1、项目背景介绍

靖煤（白银）热电有限公司成立于2012年5月23日，是甘肃靖远煤电股份有限公司全资子公司，主营电力、热力生产供应业务。厂址位于甘肃省白银市银东工业园区，占地面积47公顷。公司规划建设4台350MW超临界燃煤间接空冷热电联产机组，一期建成投运2台350MW超临界燃煤空冷热电联产机组，是甘肃省白银市的供热主热源。靖煤（白银）热电有限公司于2022年筹划智慧电厂建设并于2024年正式开始实施。

2、项目目标与原则

靖煤（白银）热电有限公司开展“智慧电厂”建设工作。打造成全国首个基于生产一区DCS系统的全面感知、多系统融合、大数据分析的安全、环保、经济、低碳、高效的现代化智慧电厂，大幅提升机组自动化、智能化水平，进一步挖掘机组潜在性能，使机组时刻保持最佳运行工况，实现机组节能、降耗双提升。

3、项目实施与应用情况

为了吸纳快速增长的新能源，克服新能源发电间歇性的不稳定对电网安全稳定的影响，中国国家电网对承担主要调频调峰任务的燃煤机组要求不断提升，靖煤（白银）热电有限公司面临《发电厂并网运行管理实施细则》和《并网发电厂辅助服务管理实施细则》考核的压力也愈加突出，同时在“两个细则”考核下，快速启停机组也成为了一种新常态。在这种复杂多变的情况下，靖煤（白银）热电有限公司面临诸多挑战：

Ø  在深度调峰期间，目前机组协调控制能力差，在低负荷阶段无法快速稳定地响应电网负荷指令。同时燃料控制和给水控制复杂多变，运行人员手动操作失误率较高。另外，深调期间还有SCR入口烟温控制效果差、干湿态转态及运行参数多变等问题。

Ø  由于机组启停成为一种新常态，运行人员经验不足的技术断层问题愈加凸显，一方面机组的启停过程相当复杂，启停同一台机组，不同的运行人员的操作对设备的冲击影响、经济性指标、环保参数及安全性指标有巨大差异。另一方面，电厂运行人员新老更替速度加快，优秀运行人员的宝贵经验难以保留。并且机组启动期间各种漫长的联锁试验也严重影响电厂生产效率。

Ø  各种政策考核压力下，当前人工监盘压力更加巨大，失误率明显增高。机组监盘工作作为典型的知识密集型和劳动密集型的工种，运行人员监视的参数数量庞大，各参数间的客观关联因素仅凭人工辨识，难度非常之大，即使运行人员精神可以保持高度集中，也很难避免对一些工况判断失误，更无法对机组的早期故障做出预测诊断。

Ø  伴随着目前事故率的提升，传统的历史趋势查询分析方式因受到历史点扫描周期限制和历史点数量限制已经难以有效的查询分析出事故原因。

同时随着国内火电机组装机容量不断提升，煤炭资源愈加紧张，电厂煤质变化也越来越复杂，吹灰系统因此受到了前所未有的考验，以下问题的存在，对锅炉寿命造成很大影响：

Ø  受热面存在过吹和欠吹 。

Ø  吹灰造成再热蒸汽过低 。

Ø  吹灰系统无法通过统计学对吹灰枪投运次数和故障做记录。

Ø  吹灰逻辑缺乏数据支撑。

为了解决以上问题，靖煤（白银）热电有限公司经过多方调研，最终选择了艾默生过程控制有限公司完整的智慧化解决方案,并在多领域实现了国内首创性突破。艾默生过程控制有限公司智慧化解决方案，主要包括以下模块：

1）基于DCS系统嵌入式高级算法协调优化及深度调峰优化模块：实现了如下目标：

·   原系统机组在快速变负荷阶段，机组协调控制能力差，无法满足电网对两个细则考核的要求，加装该模块后不但满足了两个细则的考核要求，同时在电力现货市场交易过程中取得较大优势。

·   实现了机组深调阶段的全程协调、全程燃料自动、给水全程自动、全程脱硝自动、解决了深调阶段燃料控制和给水控制复杂多变，运行人员手动操作失误率较高的问题，提高生产安全，极大释放了操作人员的精神压力。

2）嵌入式OIF平台的机组运行工况智能预警诊断系统模块：

·   亚洲范围内第一次创新设计了基于DCS画面进行预警信息动态滚动显示和基于DCS画面进行专家系统规则组态和二次性能计算。

·   亚洲范围内第一次实现预警诊断操作指导的闭环控制。其中5%重要参数闭环控制，25%次级参数实现预警监盘。

3）新常态下的机组快速智能启停系统模块：

在此次控制设计上，白银热电厂设计采用无断点控制方式，并按三个功能区分层设计。最高层为调度级APS，主要负责导航、协调下游各个系统功能组，让它们按最优时间轴运行，以达到最佳运行需求；第二层为机组级APS功能组，它主要负责协调控制各个设备层功能组的运行；第三层是作为手脚的底层的设备级功能组。

机组APS功能组能接收调度级APS信号，并接受调度级APS的指令，进行最优时间轴运行，以达到最佳运行需求。

APS和原有的控制系统在APS的投入及退出时对现有的系统无扰切换采用自动自举的概念，无论机组在运行状态还是停机状态， MCS系统所有调节系统都在自动位，等待工艺系统满足需要调节时，自动系统才进行PID运算，否则处于预置值的跟踪状态（AUTO STANDBY）。

APS系统画面不仅是机组启动和停止过程中运行人员的操作画面，同时还具备操作指导的功能。设计功能组不但可以在机组启停期间使用，在机组的日常运行期间也可以灵活得到使用。APS有相应事件推送功能，可以让运行人员及时了解关注功能组执行情况。

4）嵌入式高精度数字孪生系统模块

·   嵌入式高精度数字孪生系统，可以将现场实际DCS数据库、逻辑、画面无失真继承进来，仿真模型与原DCS系统无缝连接

·   除培训运行和热工人员外，更重要的是可以对先进想法进行无失真仿真验证

·   为成功建设机组智能启停系统提供了强有力的保证

·   配置了多媒体教学软件，教练员站可以便捷监控所有考生操作，并可根据实际情况进行远程操作知道

·   根据用户需求开发了多种考核模块，系统自动评分，满足各种考核需求

5）基于DCS数据驱动的吹灰优化系统模块

靖煤（白银）热电有限公司在智能吹灰项目中，在中国范围内第一次创新使用了一键投入吹灰全程自动控制技术，将吹灰控制过程中的所有环节都做了最优设计，极大降低了运行人员的劳动强度。在受热面换热特性得到保证的情况下最大限度降低吹灰频次，减少“四管”的磨损、防止“四管”爆漏及降“非停”，稳定燃烧系统达到节能降耗、提高机组运行的经济性、安全性及可靠性。

炉膛智能吹灰系统成果主要包括以下方面内容：

Ø  实现锅炉受热面清洁系数在线监测。计算结果显示在DCS流程图画面，可在任何操作员站查看。

Ø  可在线定义与各个受热面脏污状态对应的特征参数组，可变工况下动态更新特征参数阀值，可在线修改吹灰专家系统规则的组合方式。

Ø  改造后的锅炉智能吹灰系统首次实现按需吹灰，最大限度降低吹灰频次，减少“四管”的磨损、防止爆漏及减少“非停”。

Ø  首次实现国内同类型机组闭环吹灰过程中吹灰管道疏水问题的研究。

Ø  首次实现国内同类型机组基于大量历史数据的智能优化吹灰系统效益评估方法的研究。

6）playback视频回放系统

·   技术实现了流程图画面、逻辑画面的无限制回放，并且其时间保持与DCS系统一致

·   首次将数据查询范围从历史点扩展到了整个DCS系统数据库，不仅包含硬件点还包含所有中间点

·   利用该技术首次让历史记录频率达到了DCS系统广播频率

通过以上各个模块的建设将靖煤白银电厂打造成全国首个基于生产一区DCS系统的全面感知、多系统融合、大数据分析的安全、环保、经济、低碳、高效的现代化智慧电厂，大幅提升机组自动化、智能化水平，进一步挖掘机组潜在性能，使机组时刻保持最佳运行工况，实现机组节能、降耗双提升。 

4、效益分析

(1)  在应对深度调峰和协调优化方面，首次提出设计一种特殊的CCS模式以保证转态的稳定性，并针对性的设计了一种特殊的CCS-TF模式,使得这种模式下可以投入AGC。在此次协调优化及深度调峰优化中采用了大量先进的先进算法，将URO控制策略从机组常规运行工况（50%-100%Pe）延伸到深度调峰负荷范围（30%-50%Pe）。

(2)  在智能预警诊断系统中，在亚洲范围内第一次创新设计了基于Ovation画面进行预警信息动态滚动显示，和基于Ovation画面进行专家系统规则组态和二次性能计算。亚洲范围内第一次在智能监调系统实现预警诊断操作指导的闭环控制。其中5%重要参数闭环控制，25%次级参数实现预警监盘。

(3)  在智能吹灰系统中首次实现国内同类型机组闭环吹灰过程中吹灰管道疏水问题的研究。首次实现国内同类型机组基于大量历史数据的智能优化吹灰系统效益评估方法的研究。

独创的基于DCS数据驱动的锅炉受热面清洁因子专有技术

Ø  一体化设计，实现按需吹灰，精准对脏受热面进行吹灰

Ø  减少受热面吹灰频次约30%，当年累计减少吹灰时间约700小时，减少吹灰蒸汽量月1.1万吨，减少煤耗量约1000吨，节约燃煤成本约80万元

Ø  平均提高再热器温度8度，当年累计减少煤耗约2500吨，节约燃煤成本约200万元

Ø  提高吹灰自动控制水平，大大降低运行人员监盘工作强度

(4)  同时由于新常态下的机组快速智能启停系统需要大量的机组启停机会进行逻辑验证和优化，靖煤（白银）热电有限公司引入嵌入式高精度数字孪生系统，电厂首次实现对实际DCS数据库、逻辑、画面无失真转化，搭建高精度仿真模型，实现了仿真机操作与现场操作无差别。满足运行培训、技术比武、以及热工逻辑验证、离线静态调试需求。此次新常态下的机组快速智能启停系统就利用该方案实现了在保证电厂正常生产的情况下完成相关的逻辑验证和优化。首次实现了在不对电厂的日常生产影响的情况下完成全部逻辑验证工作，是国内首个实现无扰部署的智能启停系统。

(5)  新常态下的机组快速智能启停系统

Ø  将技术人员的经验和知识显化为一套标准运行操作规范，不给运行人员操作上犯错误的机会，每个人的操作过程即为最优操作过程，解决了因运行人员流失带来的操作安全风险问题

Ø  日常管理和帮助信息整合至智能启停系统中，通过DCS画面实时推送给运行，能够帮助运行人员高效、准确的进行整台机组的启停或生产过程中的大型操作

Ø  智能启停系统能够快速提高运行人员的操作水平，同时运行人员更佳优秀的技能水平对智能启停操作规则进行不断完善，从而实现人机技能的正向迭代

Ø  一体化设计，硬件与开发平台均采用Ovation Studio软件包，逻辑完全开放设计，保证了运行的更好经验能够实时与智能启停系统进行交互完善

Ø  建成智能启停系统后，运行人员将从传统的繁琐操作过程中解脱出来，从事高级的指标优化、关键节点确认、故障诊断等工作

Ø  运用高级算法实现点的自动强制切除功能，帮助热工人员解决大型试程中需要手动强制、切除点扫描问题，大大减轻热工的劳动强度，同时避免犯错

Ø  智能启停系统完全开放，为客户技术创新提供了无限的平台

Ø  智能启停系统在启停机组及日常大型操作过程中取得了良好的安全效益、经济效益和环保效益

靖煤（白银）热电有限公司选择的艾默生过程控制有限公司完整的智慧化解决方案,在多领域实现了国内首创性突破。

Ø  在应对深度调峰和协调优化方面，首次提出设计一种特殊的CCS模式以保证转态的稳定性，并针对性的设计了一种特殊的CCS-TF模式,使得这种模式下可以投入AGC。

Ø  在智能预警诊断系统中，在亚洲范围内第一次创新设计了基于Ovation画面进行预警信息动态滚动显示，和基于Ovation画面进行专家系统规则组态和二次性能计算。亚洲范围内第一次在智能监调系统实现预警诊断操作指导的闭环控制。其中5%重要参数闭环控制，25%次级参数实现预警监盘。

Ø  在智能吹灰系统中首次实现国内同类型机组闭环吹灰过程中吹灰管道疏水问题的研究。首次实现国内同类型机组基于大量历史数据的智能优化吹灰系统效益评估方法的研究。

Ø  同时由于新常态下的机组快速智能启停系统需要大量的机组启停机会进行逻辑验证和优化，靖煤（白银）热电有限公司引入嵌入式高精度数字孪生系统，首次实现了在不对电厂的日常生产影响的情况下完成全部逻辑验证工作，是国内首个实现无扰部署的智能启停系统。

以上的各种突破，将靖煤（白银）热电有限公司“智慧电厂”打造成全国首个基于生产一区DCS系统的全面感知、多系统融合、大数据分析的安全、环保、经济、低碳、高效的现代化智慧电厂，并大幅提升机组自动化、智能化水平，进一步挖掘机组潜在性能，使机组时刻保持最佳运行工况，实现机组节能、降耗双提升。