★靖煤（白银）热电有限公司冯钦祖，王继红，高浩浩，达举鑫，李欢，卢海金，张世强，刘占刚

关键词：智慧电厂；DCS系统；深度调峰；人工智能；数字化转型

以移动互联网、云计算、大数据和人工智能技术为核心的信息技术革命正在工业应用领域风起云涌，国务院相继印发《国家信息化发展纲要》《新一代人工智能发展规划》等政策性文件。在国家发改委发布的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》中，明确提出要促进互联网先进信息技术与能源产业的深度融合；在《中国制造》中，要求利用新一代信息技术，推动大型高效超净排放煤电机组产业化和示范作用。

第十九届中央委员会第五次全体公报提出：“十四五”期间，要“推进能源改革，加快数字化发展”。中央财经委员会第九次会议提出实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，实现2030年前碳达峰、2060前碳中和的目标，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。

在“双碳”目标与能源结构转型的背景下，燃煤机组面临深度调峰、智能化升级的迫切需求。靖煤（白银）热电有限公司通过多方调研考察后以一直被电厂忽视的DCS系统生产一区数据为研究对象，系统阐述了其在电厂数字化建设中面临的技术挑战、创新解决方案及实施成效。通过引入全流程智慧化方案，项目在深度调峰优化、智能预警诊断、机组快速启停等关键领域实现多项国内首创，显著提升了机组运行的安全性、经济性与智能化水平，为传统火电企业的数字化转型提供了可复制的行业范本。

1　项目背景与行业发展趋势

1.1　企业概况与战略定位

靖煤（白银）热电有限公司成立于2012年，作为甘肃靖远煤电股份有限公司全资子公司，承担着白银市主力热源与电力供应的重要任务。公司规划建设4台350MW超临界燃煤间接空冷热电联产机组，其中一期2台机组于2015年投运，供热能力覆盖白银市主城区80%以上区域。随着新能源装机容量快速增长，电网对燃煤机组的调频调峰要求持续提升，加上叠加环保政策收紧与煤炭资源紧张等因素，传统运营模式已难以满足新形势下的效率与安全需求。2022年，公司正式启动“智慧电厂”建设战略，旨在通过数字化技术重构生产流程，实现从传统发电企业向安全、低碳、高效的现代化能源服务商转型。

1.2　行业挑战与技术需求

近年来由于新能源在电力系统占比逐步增加，电网考核压力加剧。国家电网发布的《发电厂并网运行管理实施细则》与《并网发电厂辅助服务管理实施细则》（简称“两个细则”）对燃煤机组的负荷响应速度、调节精度及环保指标提出了严苛要求。深度调峰（负荷低于50%额定功率）时，机组协调控制能力不足导致的参数波动、手动操作失误率高等问题凸显，仅2023年上半年，公司因调峰不达标累计考核金额超百万元，同时电力现货市场竞争压力日趋明显。在这种大的环境下，电厂普遍面临如下几大问题：

首先是人力成本与操作风险上升。随着电厂运行人员新老交替加速，技术断层问题日益突出。机组启停过程涉及数千项操作，不同人员的操作差异导致设备冲击损耗波动达15%～20%，且传统联锁试验单次耗时近8小时，严重影响机组可用率。人工监盘误操作率高，早期故障预警能力不足成为安全生产隐患。

其次设备维护与能效达到瓶颈。锅炉吹灰系统因缺乏数据支撑，过吹、欠吹导致的受热面磨损年均检修成本逐年增加，再热蒸汽温度波动范围达±12℃，对机组热效率产生严重影响。与此同时传统DCS历史数据查询难以统计吹灰枪投运次数等重要数据，热控人员进行逻辑组态维护也比较麻烦。

2　智慧电厂建设目标与技术路线

2.1　总体建设目标

项目以“全流程智能化、全系统高协同、全数据驱动化”为核心，致力于打造全国首个基于生产一区DCS系统的智慧电厂，具体目标包括：

（1）自动化提升：实现深度调峰、机组启停等关键环节的全自动控制，大幅降低因人为操作失误导致的停机事故（每年＜1次）；

（2）能效优化：供电煤耗降低1g，年节约燃煤成本超100万元；

（3）安全强化：早期故障预警覆盖，实现模拟量概率达100%，研究不少于60个专家规则课题；

（4）管理创新：建立“数据-决策-执行”闭环管理体系，加强热控人员技能培训。

为实现以上目的，项目构建了以DCS系统为核心的六大创新模块，形成“感知-分析-控制-优化”的完整技术链条。

3　关键技术创新与实施路径

3.1　深度调峰协调优化技术

针对深度调峰（30%～50%负荷）时的协调控制难题，项目开发了嵌入式高级算法模块，通过引入模型预测控制（MPC）与模糊控制算法，重构了机组功率、燃料、给水的多变量协同逻辑，一举解决了传统串级PID控制滞后的弊病。创新性提出的CCS-TF模式，实现了AGC（自动发电控制）在深度调峰区间的稳定投入，负荷响应速度从传统控制的2分钟/5%负荷提升至1.5分钟/5%负荷，满足“两个细则”中负荷变动速率≥1.5%Pe/min的要求，带来了诸多重大突破和经济效益：

（1）考核达标率：深度调峰考核K1值从0.89提升至1.43，综合KP值从0.83提升至1.14，2024年累计减少考核损失过百万元；

（2）市场竞争力：在甘肃电力现货市场中，机组调峰收益提升22%；

（3）操作解放：燃料、给水、脱硝系统全程自动化，运行人员手动干预频次下降70%。

3.2　智能预警诊断系统的亚洲首创实践

项目基于DCS的闭环控制开发的嵌入式PDS平台智能预警诊断系统，不同于以往的外挂式方案，本方案将各种AI模型直接嵌入现有DCS系统，在保留传统控制稳定性的前提下，首次实现了预警信息与DCS画面的无缝联动：

（1）动态预警显示：在DCS操作界面嵌入滚动预警条，实时推送超阈值参数及关联分析结果，预警响应时间＜2秒；

（2）专家规则组态：传统的智能预警建模需要高度的专业软件编程知识，这给电厂热控人员带来了极大的挑战，诸多电厂因为后期热控人员没有维护更新能力导致智慧监盘系统沦为摆设。此次项目创新性地通过DCS画面实现“无代码”直接配置诊断规则，大幅降低了后续维护和二次开发难度；

（3）闭环控制执行：对5%关键参数实现“预警诊断-自动调节”闭环，调节精度提升至±0.5%，25%次级参数实现多级预警分级管理。

综合以上创新，使运行监盘压力大幅下降，各项技术指标得到极大提升，同时有效降低了因人为失误导致的各种事故：

（1）故障预测能力：2024年成功预警并处理磨煤机堵煤、空预器漏风等早期故障17起，避免非计划停运3次；

（2）监盘效率：人工参数监视强度降低50%，复杂工况下的误判率从10%下降至3%。

3.3　机组启停机方式的革新

通过分层控制架构设计，将汽机启停过程分为三级分层控制模式：

首先是调度级ABS：基于遗传算法优化启停时间轴，协调锅炉、汽轮机、电气等12个系统的功能组协同，设计出启机“七步走”方针，使机组冷态启动时间从22小时缩短至17小时；

其次是机组级ABS：通过断点控制技术，实现各设备组（如制粉系统、风烟系统）的平滑切换，启停过程中主汽压力等各项指标参数得到极大改善；

最终下沉到设备级功能组：集成一百多个标准化操作子模块，例如磨煤机启动功能组可自动完成暖磨、给煤量阶梯调节等。

在实现以上过程中，我厂为了避免影响正常的机组运行，确保完成市政供热的重要社会责任，通过引入嵌入式孪生仿真系统建立了一整套无扰部署与培训体系，通过1:1复刻DCS数据库与逻辑，构建了与现场完全一致的仿真环境：

（1）离线验证：通过对DCS系统逻辑的仿真功能，实现在不影响实际生产的情况下完成了整个启停机系统的逻辑验证工作；

（2）培训创新：开发200多个故障场景，不仅实现了对运行人员的培训，更是创新性地给予了热控专业实操上手的培训机会，使得热控专业DCS系统培训时长从原先的每周0小时提升到了如今的每周不低于8小时。

3.4　吹灰系统的国内首创技术

基于DCS数据分析建模的吹灰优化系统突破传统定时吹灰模式，建立了“状态监测-需求预测-自动执行”的闭环：

（1）清洁系数在线计算：通过对电厂生产一区DCS系统历史数据分析，建立清洁因子模型，计算各受热面清洁系数，动态生成吹灰需求矩阵；

（2）一键全自动控制：集成疏水预热、吹灰枪轨迹优化等功能，吹灰全程无需人工干预，有效降低吹灰耗时。同时实现“无编程”在线修改吹灰组态逻辑，让吹灰过程能根据实际情况做出及时调整；

（3）效益评估模型：基于DCS历史数据建立吹灰效果评估模型，可量化分析每次吹灰对清洁度的影响。

通过以上技术手段，我厂吹灰系统在原有基础上增加了再热汽温保护暂停吹灰、吹灰暖管程控、吹灰蒸汽压力控制、减温水线路选择、吹灰器程控及本体运行记录、防过吹和防欠吹保护、在线调整吹灰器顺序和受热面的吹灰顺序、受热面脏污开环提示及闭环智能吹灰七大新功能，进一步提高了吹灰系统整体自动化使用率。

3.5　全数据链追溯的视频回放技术

全数据链追溯的视频回放系统实现了DCS系统全数据链的高精度追溯：

（1）无限制回放：支持流程图以及控制逻辑图的任意时段回放，时间精度达毫秒级，覆盖99.9%的运行参数；

（2）全数据查询：突破传统历史节点限制，可查询包括中间计算点在内的全量数据，事故原因分析准确率从60%提升至95%；

（3）培训应用：通过历史工况视频复现功能，为运行人员提供沉浸式事故处理演练环境，应急响应速度提升40%。

4　实施成效与行业示范价值

4.1　综合效益分析

在经济效益层面上：

（1）节能降耗：供电煤耗降低1.2克/千瓦时，年节约标煤9600吨；

（2）考核与市场收益：避免“两个细则”考核，机组最低稳燃负荷从40%降至30%，电力现货市场收益超130万元；

（3）运维成本：智能预警覆盖76种故障工况，实现从被动报警到主动预测的根本转变。

从安全与管理效益上来看：

（1）安全指标：非计划停运次数从年均4次降为1次；

（2）人力优化：运行人员配置减少15%，热工维护人员效率提升30%；

（3）环保提升：NOx、SO2排放达标率从92%提升至98%，满足超低排放升级要求。

4.2　行业创新与示范意义

技术首创性：项目在亚洲范围内首次实现DCS画面集成预警与闭环控制，国内首次实现智能启停系统的无扰部署，填补了火电智能化领域的多项技术空白。

模式可复制性：其“DCS核心+模块化扩展”的技术路径，可为同类型300-1000MW燃煤机组的智能化改造提供标准化方案；

政策契合度：通过“数字化+节能化”双轮驱动，为煤电行业落实“双碳”目标提供了实践样本，相关成果已入选《2023智慧电厂产业洞察白皮书》。

5　结论与展望

靖煤（白银）热电有限公司DCS全感知智慧中枢平台通过技术创新与系统整合，成功破解了传统燃煤机组在深度调峰、智能运维等领域的核心难题，标志着我国火电企业在智慧化转型中取得了重要突破。未来，可进一步探索人工智能与数字孪生技术的深度融合，例如开发基于机器学习的负荷预测模型、构建全生命周期设备健康管理系统，推动智慧电厂向“自主决策、自适应优化”的更高阶段迈进。该项目的成功实践，不仅为企业自身创造了显著的经济与社会效益，更向行业展示了传统能源企业通过数字化转型实现高质量发展的可行路径。

作者简介：

冯钦祖（1973-），男，甘肃白银人，正高级工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为火力发电厂智慧工厂建设。

王继红（1981-），男，甘肃白银人，工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为火力发电厂智慧工厂建设。

高浩浩（1986-），男，陕西咸阳人，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为电气。

达举鑫（1985-），男，甘肃白银人，工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为热能与动力工程。

李　欢（1984-），男，甘肃靖远人，工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为自动化。

卢海金（1984-），男，甘肃景泰人，工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为自动化。

张世强（1990-），男，甘肃天水人，工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为过程装备与控制工程。

刘占刚（1991-），男，甘肃白银人，工程师，现就职于靖煤（白银）热电有限公司，研究方向为自动化。

摘自《自动化博览》2025年6月刊