（内蒙古能源发电投资集团有限公司电力工程技术研究院 内蒙古呼和浩特市 010090）
摘要：一直以来，火电厂都是生产电力的主力军，因此火电厂在我们生活中发挥了很大的作用。热工系统在生产过程中具有不可替代的作用，为提升热工系统的运行稳定性，可对 DCS 控制系统进行应用。基于此点，本文首先分析了火电厂热工自动化研究的现状，其次介绍了DCS控制系统的概述，最后详细的介绍了火电厂热工自动化DCS控制系统的应用及发展。
关键词：火电厂；热工自动化；DCS控制系统；应用分析
引言
近年来，我国社会发展对电能的需求量不断攀升，火力发电作为当前我国发电厂中的重要组成部分，为了满足人们的用电需求，火电厂必须保证自身的有序稳定运行。与此同时，随着科学技术的飞速发展，我国电力工业不断趋向于高度自动化。在不断优化、调整的电力结构中，电力生产中的火电发电组仍旧扮演着十分重要的角色。
1.DCS 控制技术原理
DCS 控制技术主要是将原集中控制系统中上位机集中承担的“控制” “操作”功能分开，实现上下层结构控制，使供热系统集中控制分散至多台主机以及 PLC 控制器中，同时 DCS 控制技术通过通信技术将上层主机与下层 PLC 控制器进行连接形成工业局域网，从而使 PLC 控制器测量储层的供热系统允许参数信号，稳定快速地上传至上位机内，并通过显示器直观显示，操作人员通过界面可对供热系统运行方式、温度、压力进行远程控制，该系统不仅提高了供热系统数字化技术水平，而且有效解决了传统集中控制时出现的崩盘风险，保证供热系统安全稳定运行。
2.热工自动化DCS控制系统在电厂的应用
2.1DCS 系统的应用
DCS 系统的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。DCS 系统的控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可更方便的加入所需的特殊控制算法。我国的 DCS 产品和技术在高端工业自动化领域不断打破国外垄断，其控制核心技术，已在600/660/1 000 MW 超临界机组获得广泛应用。“炉-机-电-辅-仿”一体化 DCS 控制使得电厂生产层数据流畅、监控便利、管理精细，检修维护方便；以非线性预测控制、状态重构、内模控制等先进算法为基础的超超临界机组协调控制方案，能够有效提高电厂机组控制与运行性能；通过先进控制与优化、生产过程优化，可以改善机组参数运行品质、优化运行方式与定值，提高机组效率，降低机组供电煤耗，减少排放生成，实现电厂节能减排。以世界首套“1 000 MW 二次再热超超临界机组控制系统”为例，由北京国电智深控制技术有限公司自主研发，是一套涵盖电厂主控、辅控、公用及仿真机系统的智能控制（DCS）系统，综合运用常规控制、预测控制、非线性控制等技术形成了主蒸汽温度/再热蒸汽温度控制、机炉协调控制、三级旁路控制、安全运行保护控制等控制策略；其自主研发的机组自动起停控制系统（APS）实现了机组启停过程的全程自动化；基于二次再热机组的静动态特性和运行工艺原理，建立了整套机组的仿真模型和高精度、全激励仿真系统平台，使控制策略设计、调试、仿真试验、运行人员的操作培训成为可能。该 DCS 系统符合清洁能源高效燃煤技术“高效率低排放”的行业发展方向，采用多种先进的现代控制技术解决被控参数多，交叉耦合性强、大时延大时滞突出、安全性要求高等控制难题。现已成功应用于世界首台二次再热 1 000 MW 超超临界发电机组江苏泰州电厂二期 3、4 号机组。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2重要参数测量
智能仪表、智能设备的出现，三维可视化技术的发展和大数据分析技术的应用为电厂生产过程的智能化监视、故障在线诊断和实时数据的智慧化分析提供了技术支持。（1）先进在线测量技术应用。烟气成分在线测量系统。将 SCR 入口和出口 CEMS 系统中的 CO、NO x 浓度、O 2 含量等参数的实时测量数据送到优化控制器系统，为智能控制提供可靠测量参数。（2）重要参数软测量。测量计算结果应用到相关控制回路中，可降低机组煤耗，提高运行效率。（3）锅炉 CT。锅炉 CT 技术根据声学测温原理，对炉膛温度进行非接触式测量，实现炉膛温度场的可视化和在线检测，声波测点布置对锅炉本体不造成任何破坏，充分利用锅炉现有的观火孔和短吹预留孔。
2.3自动控制
自动控制是实现生产过程的自动启停、运行控制以及生产经营人员行为标准化的关键。智能化的控制技术可以提升电厂机组协调控制响应能力和精度，覆盖全过程各工况设备和工艺系统的自动投退，实现机组及全程自动控制、自启停和负荷切换，达到闭环优化、少人高效运行的目的。以其中几个智能控制算法为例。（1）基于锅炉效率最优的风燃比优化。锅炉燃烧过程中保持最佳风燃比是提高锅炉效率和经济性的关键措施。优化氧量定值，以锅炉效率最高为优化目标，结合锅炉运行工况中热效率与空气系数的特定关系曲线，利用最优控制理论，寻求不同负荷状态下的最佳风燃比，实现锅炉经济稳定燃烧。（2）制粉系统预测控制。正压直吹式制粉系统是一个典型的多变量非线性时变系统。各控制量和被控量之间存在着严重的耦合关系，控制量扰动大，被控量滞后严重，基于经典 PID 设计的控制方案难以实现制粉系统的解耦控制。（3）主蒸汽温度预测控制。应用主汽温预测控制功能，提高锅炉汽温控制的鲁棒性，提升汽温控制精度，实现锅炉变负荷情况下，减少汽温波动幅度，延长过热器设备寿命，降低锅炉爆管风险，节约机组运行维护费用。同时减少减温水喷量，提升锅炉运行效率，进一步降低机组供电煤耗。
3.火电厂热工自动化DCS控制系统的发展方向
3.1数字化发电
随着火电厂的不断发展进步，数字化发电理论已经成为当下人们研究的重点，通过对发电设备的一体化控制，将 MIS 以及 SIS这两组数据进行整理和管控，实现将火电厂的发电管理、设备控制、实时监控以及移动办公等功能整合为一体化系统中。真正实现火电厂的资源、设备、人员的统一化管理。在数字化发电系统中优化火电厂的产业链整合效果。
3.2 DCS自动化控制系统
当前火电厂的热工自动化系统中已经完善了初级的数据资料库的建设工作，正在朝着数据控制应用阶段发展。一些火电厂已经开始对 DCS数据进行检测、控制，但这种形式的管理还没有达到对 DCS控制系统真正的全面运用，还需要很长的时间人们才能彻底掌握这一控制系统的功能。
3.3未来的发展方向
当前我国的许多火电厂都在使用国际品牌的自动化控制系统，火电厂热工自动化还处于引进国外技术的阶段，很多 DCS系统都被国际品牌所垄断，国产的自动化控制系统还处于较低的发展水平。因此需要加强对热工自动化控制技术的研究力度，不断发展我国自己的热工自动化控制技术。
4.结束语
综上所述，热工自动化作为火电厂生产过程中不可或缺的重要组成部分之一，其运行稳定与否关系重大。为此，火电厂可在热工自动化中对 DCS 控制系统进行合理应用，通过对各个子系统功能的优化设计，发挥出 DCS 系统的应用优势，对机组运行进行有效控制，确保火电厂生产安全有序进行。
参考文献：
[1]莫荣侦.热工自动化 DCS 控制系统的应用实践论述[J].中国科技投资，2016（18）.
[2]刘艳丽.谈热工自动化控制在火电厂的应用及发展[J].科学技术创新，2012（30）：93-93.
论文作者:刘江涛
论文发表刊物:《河南电力》2019年5期
论文发表时间:2019/11/19
标签：火电厂论文; 机组论文; 系统论文; 控制系统论文; 锅炉论文; 热工论文; 技术论文; 《河南电力》2019年5期论文;