“隨著國家《"十四五"現代能源體系規劃》的發布，清潔、低碳、高效、智慧成為未來火電機組主要發展方向。當前電力行業數字智慧建設、深度調峰常態運行、燃煤機組靈活性改造等對機組智能化控制水平提出了更高的要求，大唐中南電力試驗研究院立足發電企業實際問題，經過多年探索，自主研發了......”
6月24日，在科研總院2022年度創新創效大賽上，中南院的科技創效項目《基于智能控制的國產化自主優化控制裝置》脫穎而出，以顯著的經濟效益和廣闊的推廣前景贏得此次大賽一等獎。該裝置雖小，功效卻大，經過二代升級優化后的它已成功應用在系統內外16臺機組，能夠集中解決當前機組自動控制系統中存在的調節品質參數不佳、控制參數偏離最優區間、設備運行參數與設計參數偏差大與波動大等行業難題，實現控制系統的國產化與智能化的深度融合。
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團隊成員討論方案
立足機組需求，開展深度研究
“當前，火電機組的控制系統在配煤摻燒、深度調峰、大范圍快速變負荷等工況下，已經無法適應火電廠數字化、智慧化的發展趨勢，我們必須替發電企業想在前面、做在前面......;”
早在2016年，中南院攻關團隊在分析已有數據資料的基礎上，發現大多火電機組脫硝系統仍采用“PID+前饋”的噴氨控制策略，無法精準控制噴氨量，從而引發后端空預器堵塞、煙道腐蝕，以及煙氣中氮氧化物濃度超標的嚴重后果。
“我們研發的裝置，要既能實現氨需量自動核算、自動控制，也能實現變工況下實時在線優化調整，還能有效控制氮氧化物的排放，一舉三得。”中南院團隊堅持以問題為導向、以目標為導向，歷時六個多月，輾轉數十家發電企業，調研了三十余臺機組，深入了解機組脫硝控制系統中存在的共性和個性問題，并針對重點問題進行了攻關，經歷百余次的數據分析、仿真試驗、設計優化、參數調整等工作，為不同脫硝類型機組的制定了針對性的模塊化解決方案，綜合運用大數據分析、智能尋優、自適應控制等手段精準量化了各種影響因素對控制系統的影響，研制開發出擁有自主知識產權的“基于數據驅動的脫硝噴氨控制優化裝置”。
在某66萬千瓦超臨界機組應用后，長期穩定投入自動運行，氮氧化物濃度無超標現象、氨逃逸降低56%，應用結果顯著優于相關規程標準。
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團隊成員在現場討論技術細節
研發團隊主要負責人在現場與發電企業技術人員溝通調試與操作細節
著眼系統優化，打破技術桎梏
“大部分煙氣脫硝控制策略依托機組原有DCS系統及常見的西門子PLC、施耐德PLC等控制系統，如何實現控制平臺和控制算法的國產自主化？”
中南電力試驗研究院攻關團隊馬上投入到后續研發中。研發團隊將預測控制、相位補償、多信息融合軟測量、智能前饋等多種大滯后控制技術，綜合應用到基于麒麟系統的中國電子超御PLC控制系統和基于國產服務器型智能控制系統平臺，同時還編制了基于PYTHON、SCL和ST語言的控制算法，以實現脫硝噴氨精準控制。
“原有控制策略在設計上有些簡單，僅考慮了對象的靜態特性，缺乏自適應機制……”為了彌補這一點，研發團隊繼續對裝置進行升級換代，借助智能控制平臺高性能算力，挖掘機組運行數據信息，以期實現變工況下生產過程對象數學模型參數的在線辨識及參數優化。通過智能算法自動獲取的數學模型，可以對過程系統的動靜態特性進行自適應調整，以補償深度調峰下的協調、主再熱汽溫、脫硝、脫硫等過程對象的滯后性和慣性，讓控制系統實現更強的穩定性和更快的動態準確性。
與此同時，研發團隊還開發了基于新算法的智能控制應用模塊，整個計算過程所需算子數量少、公式簡單，大幅降低了運算時間和控制器性能要求，真正實現控制系統的數字化、智能化。
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團隊成員在智能控制中心開展優化仿真設計
聚焦技術推廣，推動科技創效
“在機組的DCS控制系統只需再裝上這臺裝置，便能突破常規上難以精準控制的生產過程的瓶頸，實現智能自主控制，既簡單、便捷，又達到了節能環保效果，為我們企業帶來了多重好處！”經過升級優化后的基于智能控制的國產化自主優化控制裝置由于實施效果顯著，加上體積小、安裝方便，不需要投入額外的改造成本，受到了發電企業的廣泛歡迎。
以某66萬千瓦機組的應用為例，使用該優化裝置后，機組長期運行負荷變化在280至620兆瓦時，其SCR入口氮氧化物變化區間穩定在270至650毫克每標立方米，自動投入率達95%以上；凈煙氣氮氧化物濃度均值控制在41毫克每標立方米，且無瞬時值和平均值超標。按照該機組平均每天發電量10346兆瓦時、尿素消耗量10862升統計，投入該優化裝置后，每發電1兆瓦時，便可節約尿素量約0.42升，直接降低尿素總消耗量達29%！目前，該裝置已成功應用在系統內外16臺機組，為8家發電企業節約資金每年達5000余萬元。
《基于智能控制的國產化自主優化控制裝置》由于核心技術在科技創新和產品升級方面極具先進性，已經通過中國電機工程學會鑒定，達到國際領先水平；并獲得了中國電力創新一等獎、全國電力職工一等獎、中國大唐集團科技進步一等獎等多重獎項；還獲得軟件著作權5項、授權發明專利4項、實用新型專利1項。
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