摘要：电能生产是自动化技术应用最早的领域之一，可以对设备运行工况进行精确控制，可以确保电厂生产设备的安全运行和提高发电机组运行效率。但节能减排理念下电厂生产所产生的废水和废气中的污染物浓度、燃煤等能源的电能转化率也成为了衡量生产效益的重要指标。本文首先阐释了电厂自动化控制技术与管理理念的演变，介绍了自动控制技术对于电能生产安全、效益以及环保的重要性，分析了在节能减排理念下，电厂分散控制系统--DCS的关键技术及其应用，探讨了如何利用其实现对生产过程、设备运行状态的动态、精确控制，达到节能减排的目标。
关键词：自动化；技术应用；节能减排；电厂
引言：
虽然近年来新能源发电的装机容量增势强劲，但由于用电需求依然保持着较快的增长率，所以在未来相当长的时期，以煤炭为主要原料的火力发电仍然是最主要的电能来源。因此在推行节能减排发展理念的背景下，如何有效控制电厂的污染物排放并提高能源转化效率，是必须解决的重要问题。
一、电厂自动化控制技术与管理理念的演变
由于自动化控制源自于电子、电力技术，因此电能生产、传输系统的自动化控制技术应用由来已久。早期的自动化控制技术基于对模拟信号的检测和逻辑电路设计，通过线路中电气开关的启闭控制机电设备的开停。而随着微电子、半导体等技术的不断升级演化，基于计算机与通信技术的数字化控制系统得到普遍应用。而电厂的自动化控制也从模拟量的检测、判断与逻辑电路控制动作的执行，演化为利用计算机软件与自动化数字信号感知、处理装置，实现对发电机组以及辅助设备系统的动态控制。可以基于数学分析模型进行生产过程的多目标优化，达到提高机组运行效率和保障电厂运行安全的目的。改变了电厂乃至电力系统的运营管理理念，基于智能化控制系统的区域电能生产、调度，实现了电厂生产过程和输配电网络运行的一体化管理，对于优化能源配置和提高供电服务质量具有深远意义。
二、自动化对电厂实现节能减排目标的作用
（一）有效提升机组运行效率
在节能减排背景下改进电厂的自动化技术应用，可以通过对原有系统的升级和改造，进一步提高发电机组的运行效率。首先目前电厂的锅炉以及汽轮机等关键设备的运行状态如何，决定了煤炭等燃料的电能转换率和废气废水中的污染物浓度。利用性能更加优良的自动控制装置，提高系统的响应速度、信息采集和处理效率，无疑能够更加精确的调控发电机组的运行参数，控制其自身能耗并提高电能生产效率，到达节能减排的要求。
（二）构建一体化的控制系统
在节能减排背景下完善电厂的自动化控制，可以利用信息技术构建生产过程、运营管理的一体化控制系统，从而优化各个环节的信息利用。在电力系统载荷动态变化的条件下，对电能的生产和输送实现精确调控，确保电厂的发电机组及其辅助设备始终在性价比最佳的状态下运行[1]。从而一方面把系统的功率因数、输出功率控制在理想水平，保障能源的利用率。另一方面提高所有设备的使用寿命并发挥出其产能潜力，从宏观视角确保电能生产取得最佳的资源环境效益。
（三）实现生产过程的智能化控制并降低污染物排放
电能生产领域的最新自动控制系统融入了传感、通信以及人工智能等技术，能够对生产过程中机组设备运行和现场的环境参数、废水与废气的污染物浓度等信息进行持续采集和分析，由管理系统中不同控制模块完成智能化的控制。通过调节设备的转速等运行参数、控制设备进风与排气流量等方式，动态控制电能生产的各个工艺流程，从而一方面确保设备在理想工况下运行并降低故障发生率，另一方面精确控制燃料燃烧、能量转换以及污染物的排放过程。在节能减排理念下，让电厂的生产和运营满足环保法规以及行业管理规范的要求。
三、自动化技术的应用
（一）DCS系统及其关键技术
分布式控制系统被简称DCS，系统基本上由分布于电厂生产车间中的信息采集装置构成的现场层、控制层以及集控中心的管理层构成，系统的关键技术应用详见图1所示。通过系统服务器、终端设备等硬件以及系统软件，实现对电厂生产设备、环境以及各个工艺流程介质参数的自动化的分类存储和集中处理，根据整定值做出决策并向不同控制模块发出指令，完成对工艺参数、设备运行状态的动态调节。通信技术保障了信息的双向传输，而自动控制技术则用于实现对设备运行状态的调节，显示技术保障了相关信息的可视化。
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图1. 电厂DCS系统的关键技术
（二）机组运行状态的自动化控制技术
发电机组的运行状态调控主要通过变频技术实现，针对电厂的生产设备特点以及机组运行需要，设计和安装变频控制系统，可以实时采集锅炉等关键设备的工艺和状态参数。结合电力负荷以及环境参数变化，对汽轮机转速等进行动态调节，确保机组的输出功率保持稳定状态。从而提高电能供应质量和保障机组的运行效率。
（三）电厂生产过程的智能化控制
电厂的电能生产过程涉及到原材料供应、燃烧、能量转换以及电能输出等多个环节，传统的自动化控制技术只能实现单机或小范围的控制。而随着通信和信息技术的成熟，可以基于智能化的集中控制系统，利用计算机软件构建电厂生产过程的数学分析模型，对系统各个控制模块所采集到的数据进行高效处理[2]。基于机组运行效率、污染物排放指标等多目标，对生产过程中各个环节设备的运行进行优化和动态调节，达到优化能量转化与降低污染物排放指标的目的，满足节能减排理念下的电厂生产管理自动化要求。
四、结束语
近年来随着通信以及计算机技术的迅速进步，在很多生产领域都基于通信技术实现了生产、运营管理的自动化。因此电厂自动化系统，也应尽快完成单机生产设备控制系统的升级，将自动化控制拓展到所有生产环节，以期实现对燃料供应、电能转换到废水废气排放过程的精确控制。
参考文献：
[1]吴春燕, 李金阳. 节能减排理念下电厂自动化技术研究[J]. 电力系统装备, 2018(3):232-233.
[2]姜青松. 热电厂节能减排技术路径设计与评价研究[J]. 电工技术, 2019(12):74-76.
论文作者:张洵,
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 17期
论文发表时间:2020/1/9
标签：电厂论文; 电能论文; 机组论文; 技术论文; 节能论文; 生产过程论文; 控制系统论文; 《当代电力文化》2019年 17期论文;