智能控制技术在电厂热工自动化的应用

童帅

[摘    要]电力行业及相关企业对人们日常生活、生产以及学习具有重要影响，在社会不断发展的进程中，相关领域面对各种困难与挑战，尤其是电厂热工如何更好地应用智能控制技术成为备受关注的研究课题。在实际发展中，应在人力、物力以及财力上增加投入，对行业存在的问题进行深入分析。

[关键词]智能控制技术;电厂热工自动化;应用

[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）04–00–02

Application of Intelligent Control Technology in Thermal

Process Automation of Power Plant

Tong Shuai

[Abstract]The power industry and related enterprises have an important impact on peoples daily life， production and learning. However， in the process of continuous development of society， related fields are facing various difficulties and challenges， especially how smart control is used in power plant thermal engineering. Good application has become a research topic of concern to many staff. Therefore， in actual development， relevant departments need to increase investment in human， material and financial resources， and conduct in-depth analysis of problems in the industry.

[Keywords]intelligent control; power plant thermal automation; application

火電厂自动控制的任务涉及到多个专业，不仅需要对锅炉、汽轮机、发电机进行有效控制，同时需要对各种辅助设备进行相应地调控。由于采用的主机及辅助设备存在型号、使用场景上的差异，比如汽包锅炉、直流锅炉，在控制方法上就存在明显的差别。PID在火电机组控制中有着广泛的应用，但是PID控制器的参数整定存在多种方法，不同方法的执行效率不同，同时部分PID控制器的参数整定方法实施难度较大，常规PID控制难以达到预期。因而，人们需要考虑其他先进的控制技术以实现火电厂的自动控制。智能控制技术成为近几年控制工业领域的一项前沿科技，为处理复杂度大、不确定性高的系统提供有效的理论依据及实施方法，在梳理智能控制技术在电厂热工自动化应用方向的同时，深入分析其在电厂热工自动化中的具体应用。

1 电厂热工自动化中智能控制技术的应用领域

（1）自动化控制。电厂热工是较为复杂的工作，如果在电厂实际运行中仅采用人工的方式对电厂热工进行控制，不仅会增加工作人员的工作压力，同时对控制效率也会产生负面影响。将智能技术应用于控制作业中，可以将设备运行与有效调节、远程控制有机地结合起来，同时保证设备流程符合作业规范。在运行环境及运行效率不确定的条件下，需要在确保设备可靠性的基础上延长设备、系统的使用寿命。

（2）检测智能化。在电厂热工自动化中加入智能控制技术，可以实现智能检测，使得在实际应用中，对设备运行产生的各类数据、仪表数据进行控制，同时，还可以对数据的有效性进行评估，及时发现设备、系统运行中存在的异常情况。另外，智能控制技术与自动化相结合，可以在热工系统出现异常的情况下，根据自身当前的运行情况，对正在进行的作业进行调整，从而在异常提供有价值参考的同时，保证电厂其他设备的正常运行。

（3）主动保护。采用智能控制技术可以有效对电厂热工系统中的各项设备、设施进行有效的自我保护。受到多种因素的影响，电厂热工系统在运行中可能出现各种故障，相关监督人员、作业人员如未能技术发现并整改，将会大幅提高生产事故的发生率。而智能控制技术本身内涵自我保护的理念，在采集电厂热工运行、检测评估的基础上，会主动对其进行保护。

（4）报警功能。智能控制技术本身不含有报警系统或者警示灯，只是和自我检测、主动保护功能融合后衍生出报警的控制功能。电厂热工自动化设备在运行中出现不能处理或者设备故障时，控制系统的报警功能就会产生相应地信号或者指示，提醒相关人员及时发现，联合维护人员对部分存在运行故障或者异常的设备进行针对性修理，从而提高电厂热工应对突发情况的能力，减少财产损失。

2 智能控制技术

智能控制技术是人工智能及机械自动化等多个领域结合起来的一门综合学科，它主要用于处理传统控制难以解决的超常规控制问题。自20世纪70年代首次提出“智能控制技术”的概念后，基于智能控制技术的研究理论得到深层次的拓展，应用于社会各个层面。经过长期的发展，智能控制技术应用从多个领域延伸至多个维度，基于该概念的定义、结构，国际上并没有形成统一的共识。智能控制技术意味着机器乃至设计的系统具有独立思考和学习能力。智能控制技术从类型角度，包括模糊控制、神经网络控制、专家坐诊、仿真控制等。部分学者将进化计算、集群优化算法也作为智能控制技术的应用范畴。鉴于火电机组控制对象自身的特性，智能控制技术在该领域的应用主要包括基于前人理论的神经网络控制、粒子群优化、蚁群算法等智能算法。

（1）神经网络的智能控制技术。人工神经网络是神经网络控制的主要模块，它是一种计算、推理的人机技术，可以模拟人脑的神经网络思考模式，同时，进行信息的并行处理、学习、模式分类等行为。它是利用神经元作为单元，将这些单元进行连接，同时单元与单元之间存在路径，每一段路径可以根据单元与单元间的信息密度设置相应权值。在构建人工神经网络的过程中，单元与单元之间的权值需要不断修正，在此过程中针对信息权值的计算是一个自我学习的过程。在理论上，神经元与神经元之间是一种非线性映射关系，因而面对这种类型的对象难以建立数学模型。将神经网络用于火电机组的实现方式包括，设计锅炉燃烧模型、NOx排放模型可以基于该网络建立输入输出的映射关系;借助神经网络的自我成长能力，将性能指标、学习方法作为自变量，可以对PID控制器或者控制对象进行参数优化;将算法与神经网络结合，比如将粒子群优化算法与遗传算法结合后可以对锅炉燃烧进行有效控制。

相比建模的常规方法，基于神经网络进行模型搭建需要考虑样本的数量、需求的高低、不确定程度等问题。一般该方法用于离线研究，将其用于在线应用会因为自身特点而被极大地限制。

（2）模糊理论下的智能控制技术。该控制技术借鉴了模糊数学、模糊推理以及模糊语言的规则设计，即在专家或者一定经验考虑下建立不依赖对象的控制模型，将其用于复杂系统或者非线性系统，具有优异的性能。但是需要指出的是，模糊控制在运行过程中会产生稳态静差，使得该模型不具有自我成长能力，对应隶属度函数、模糊规则都是静态的，依据一定的经验或者过去数据进行设计，本身不会因为当前的数据进行更新，因而要想对被控对象进行精确控制是不现实的。因此，在实际使用过程中模糊控制需要结合其他技术，比如PID控制采用模糊控制，将被控对象的输出/期望值偏差、偏差程度-时间作为依据，调整控制器的P/I/D值。假设复杂对象处于一个运动的状态下，模糊控制结合神经网络可以对复杂对象进行运动规则的建立，采用模糊规则可以对前馈信号、多变量解耦进行调整。

火电机组控制是一个复杂非线性运动过程，采用模糊规则下的模型可以对该过程进行很好地仿真。但是实际应用时，专家实践经验对模型的可靠性、控制的效果、模型的复杂程度起到重要作用。

（3）智能控制技术的优化算法。智能控制技术本质上是建立在一定算法的基础上，算法对一切事物、一些系统进行系统描述，事物的每个阶段、系统每个运行过程都可以用算法加以描述。智能控制技术算法包括进化计算（EC）、集群智能（SI），这些算法很好地利用自然规律，将其进行函数式的描述。这些算法都是受自然启发的算法，提取自然规则而衍生出的计量方法，属于启发式随机优化算法。其中，遗传算法、进化规则、遗传规划均属于EC类算法，粒子群优化算法、蚁群优化算法、免疫算法，这些算法属于SI类算法，这些算法对于网络安全、工业控制、故障控制均有广泛的应用。以火电厂来说，遗传算法、粒子集群优化、蚁群优化算法是应用较多的智能控制技术算法。

遗传算法是结合生物界的自然选择、遗传变异法则而设计的一种自适应、具有自我进化的全局并行随机搜素算法。它能够计算全局最优解，该最优解适用于待研究的具体问题，这些问题一般都存在多段不连续峰函数、无解析式目标函数。粒子群优化算法充分利用集群优势，挖掘个体协作、竞争函数，从而获取搜索空间内的最优解。相较于遗传算法，粒子群优化算法操作复杂度低，更容易实现，算法具有较强的收敛性能，同时面对不同的场景，该算法的适应性能较强。蚁群优化算法是在蚁群算法的基础上进一步拓展，将信息素更新、概率转移作为算法执行的两个基本函数，从而决定下一步的搜索方向，即方向是不断改变的，从而有助于一个多问题集合的解决。在这种情况下，一个问题内多个问题虽然不存在直接相关，但是基于方向的确定，有助于多个问题逐步解决。上述3种算法可以对火电机组进行负荷分配，对控制器参数进行优化，根据不同的控制方案进行优化等。

3 智能控制技术在电厂热工自动化的应用

（1）智能控制技术在温度调节中的应用。在电厂热工锅炉的使用中，对锅炉燃烧温度的控制是一项重要的工作，对电厂热工自动化的效果产生重要影响，该项工作的主要目的就是减少温度大幅调整对设备、燃烧产生的不利影响，其中，温度过高会降低锅炉的使用寿命，温度过低会降低燃烧的整体效果。在过去的锅炉温度控制中，缺乏一致的控制技术，导致锅炉的燃烧温度难以有效地掌控。借助智能技术的应用，可以对锅炉温度进行有效地监督，即锅炉温度如果过高，控制系统会对其进行高温超标分析，并采取相应措施进行降温，进而促使锅炉温度在正常范围内;如果锅炉温度过低，控制系统也会做出相应调整，检测燃料的使用情况，避免燃料使用效率过低。

（2）智能控制技术在水资源控制中的应用。智能控制技术可以应用到电厂热工自动化的给水领域，即采用模糊控制的方式对电厂变频器进行调整，进而对输出电路进行有效控制，实现给水系统的自我控制、智能化调节，进而大幅提升电厂热工系统的运行效率。相比以往的电厂热工系统，智能控制技术可以改善电厂热工系统原有的管理不足，提升给水控制水平和供水管理水平，进而对电厂生产运营产生明显的经济效益，进一步推动电厂的持续发展。

（3）智能控制技术在制粉作业中的应用。过去电厂热工的自动化运行中，主要采用“储式”的制粉系统，该类制粉系统存在运行效率过低的问题，不仅会对电厂热工的运行效率产生负面影响，同时会制约电厂的可持续稳定发展。制粉系统采用智能控制技术可以对运行产生的复杂生产数据进行建模，生成模型可以对电厂热工制粉系统中的信号数据进行区分与筛选，从而提高电厂热工的控制效率。

（4）智能控制技术对机组负荷的调控。机组运行效率是评估电厂生产运行水平的一项重要指标。通过在电厂热工自动化系统引入智能控制技术，可以对机组负荷进行有效监督，进而合理释放/增加机组负荷，实时掌握运行状态，及时发现运行存在的问题，并采取强有力的措施解决问题，保证机组正常运行，促进电厂热工自动化控制水平达到效益最大化。

4 结语

在电厂热工自动化的发展进程中，智能控制技术对该领域具有广泛的推动与促进作用。在电厂热工系统引入智能控制技术，不仅有效解决以往存在的控制问题，同时可以最大限度提升热工系统控制的反应速度、检测的力度。基于智能控制技术使得电厂热工系统的自我检测、主动保护、报警功能及综合控制得以实现，对促进电厂持续、较快发展具有积极的意义。

参考文献

[1] 王亚冬.智能控制技术在电厂热工自动化中的应用[J].华东科技，2017（3）：259.

[2] 王偉平.智能控制技术在电厂热工自动化中的应运分析[J].电气技术与经济，2020，17（5）：23-25.