中南大学研究院(中南大学研究院招生系统)--考研乐学帮

中南大学研究院，中南大学研究院招生系统

“随着国家《"十四五"现代能源体系规划》的发布，清洁、低碳、高效、智慧成为未来火电机组主要发展方向。当前电力行业数字智慧建设、深度调峰常态运行、燃煤机组灵活性改造等对机组智能化控制水平提出了更高的要求，大唐中南电力试验研究院立足发电企业实际问题，经过多年探索，自主研发了......”

团队成员研讨方案

在科研总院2022年度创新创效大赛上，中南院的科技创效项目《基于智能控制的国产化自主优化控制装置》脱颖而出，以显著的经济效益和广阔的推广前景赢得此次大赛一等奖。该装置虽小，功效却大，经过二代升级优化后的它已成功应用在系统内外16台机组，能够集中解决当前机组自动控制系统中存在的调节品质参数不佳、控制参数偏离最优区间、设备运行参数与设计参数偏差大与波动大等行业难题，实现控制系统的国产化与智能化的深度融合。

立足机组需求，开展深度研究

“当前，火电机组的控制系统在配煤掺烧、深度调峰、大范围快速变负荷等工况下，已经无法适应火电厂数字化、智慧化的发展趋势，我们必须替发电企业想在前面、做在前面......;”

早在2016年，中南院攻关团队在分析已有数据资料的基础上，发现大多火电机组脱硝系统仍采用“PID+前馈”的喷氨控制策略，无法精准控制喷氨量，从而引发后端空预器堵塞、烟道腐蚀，以及烟气中氮氧化物浓度超标的严重后果。

“我们研发的装置，既能实现氨需量自动核算、自动控制，也能实现变工况下实时在线优化调整，还能有效控制氮氧化物的排放，一举三得。”中南院团队坚持以问题为导向、以目标为导向，历时六个多月，辗转数十家发电企业，调研了三十余台机组，深入了解机组脱硝控制系统中存在的共性和个性问题，并针对重点问题进行了攻关，经历百余次的数据分析、仿真试验、设计优化、参数调整等工作，为不同脱硝类型机组的制定了针对性的模块化解决方案，综合运用大数据分析、智能寻优、自适应控制等手段精准量化了各种影响因素对控制系统的影响，研制开发出拥有自主知识产权的“基于数据驱动的脱硝喷氨控制优化装置”。

在某66万千瓦超临界机组应用后，长期稳定投入自动运行，氮氧化物浓度无超标现象、氨逃逸降低56%，应用结果显著优于相关规程标准。

着眼系统优化，打破技术桎梏

“大部分烟气脱硝控制策略依托机组原有DCS系统及常见的西门子PLC、施耐德PLC等控制系统，如何实现控制平台和控制算法的国产自主化？”

中南电力试验研究院攻关团队马上投入到后续研发中。研发团队将预测控制、相位补偿、多信息融合软测量、智能前馈等多种大滞后控制技术，综合应用到基于麒麟系统的中国电子超御PLC控制系统和基于国产服务器型智能控制系统平台，同时还编制了基于PYTHON、SCL和ST语言的控制算法，以实现脱硝喷氨精准控制。

“原有控制策略在设计上有些简单，仅考虑了对象的静态特性，缺乏自适应机制……”为了弥补这一点，研发团队继续对装置进行升级换代，借助智能控制平台高性能算力，挖掘机组运行数据信息，以期实现变工况下生产过程对象数学模型参数的在线辨识及参数优化。通过智能算法自动获取的数学模型，可以对过程系统的动静态特性进行自适应调整，以补偿深度调峰下的协调、主再热汽温、脱硝、脱硫等过程对象的滞后性和惯性，让控制系统实现更强的稳定性和更快的动态准确性。

与此同时，研发团队还开发了基于新算法的智能控制应用模块，整个计算过程所需算子数量少、公式简单，大幅降低了运算时间和控制器性能要求，真正实现控制系统的数字化、智能化。

聚焦技术推广，推动科技创效

“在机组的DCS控制系统只需再装上这台装置，便能突破常规上难以精准控制的生产过程的瓶颈，实现智能自主控制，既简单、便捷，又达到了节能环保效果，为我们企业带来了多重好处！”经过升级优化后的基于智能控制的国产化自主优化控制装置由于实施效果显著，加上体积小、安装方便，不需要投入额外的改造成本，受到了发电企业的广泛欢迎。

以某66万千瓦机组的应用为例，使用该优化装置后，机组长期运行负荷变化在280至620兆瓦时，其SCR入口氮氧化物变化区间稳定在270至650毫克每标立方米，自动投入率达95%以上；净烟气氮氧化物浓度均值控制在41毫克每标立方米，且无瞬时值和平均值超标。按照该机组平均每天发电量10346兆瓦时、尿素消耗量10862升统计，投入该优化装置后，每发电1兆瓦时，便可节约尿素量约0.42升，直接降低尿素总消耗量达29%！目前，该装置已成功应用在系统内外16台机组，为8家发电企业节约资金每年达5000余万元。