2025燃煤机组智能控制技术

燃煤机组智能控制技术目录TOC\o"1-3"\h\u9062适应新型电力系统的燃煤机组智能控制技术 131575一、项目概述 37206（一）企业简介 311014（二）项目背景 410478（三）项目建设情况 529769二、应用场景及建设方案 513550（一）场景描述 529969（二）技术架构 612258（三）建设方案 6187981）磨组启停预判模块 7112002）主蒸汽压力预测模块 743783）稳态煤量平衡点迁移模块 812422三、项目效果 918057（一）项目效益 916288（二）鉴定评价（如有） 106952（三）推广前景 102964四、下一步计划 10一、项目概述（一）企业简介XXXX集团科学技术研究总院有限公司电力试验研究院2015年1月8日注册，是XXXX集团科学技术研究总院的分支机构，主要承担陕西、甘肃、宁夏、新疆、青海及山西区域内大唐集团所属及部分系统外发电企业的技术监督服务、科技研发和科技信息工作。公司坐落于西安经济技术开发区凤城七路155号。公司设置新能源、汽轮机、化学环保、金属材料、电气、热自、锅炉等7个专业技术研究所，建设空冷研究中心、信息中心、清洁高效发电工程研究中心、远程诊断中心4个特色中心，建成38个标准实验室，5200平方米的科研实验场所，拥有仪器设备1500余台（套），包括原子吸收仪、离子色谱仪、伏安极谱仪、激光粒度分析仪、热重分析仪、超声相控阵检测仪、奥氏体不锈钢氧化物检测仪等大批高端设备。企业相继通过“三标”体系认证，取得承装（修、试）电力设施许可证（承试一级）、CMA、CNAS等资质。公司已实现了火电、水电、风电、光伏等电源侧常规试验和技术服务全覆盖，同时还开展能源政策研究、高新技术研发、电力工程技术研究、能源工程咨询服务、基建工程调试等业务，承担机组一次调频和测参建模、PSS、AGC等涉网试验技术服务，完成完成15家企业的网络风险评估和等级保护测评。（二）项目背景构建以新能源为主体的新型电力系统是实现"碳达峰、碳中和"目标的重要手段。在高比例可再生能源和高比例电力电子设备的"双高"趋势下,电力系统将从"源随荷动"的确定性电量平衡向源-网-荷-储多元协同概率性电量平衡过渡。我国新型电力系统规划下，新型清洁发电机组装机容量不断增加，其随机性、间歇性和不稳定性的发电特点使得作为常规电源的燃煤火力发电需要承担电网的调峰重任。这些因素无疑对火电机组的调频调峰能力提出了更高的要求，同时对机组负荷调整的快速性及稳定性的要求也更加严格。随着机组运行年限的增长，设备老化、故障率增高等因素将不可避免，这些都将对火电机组的安全稳定运行造成更大的影响。根据国家能源局/国家发改委的多项政策，深度挖掘火电调峰潜力、提高机组灵活性成为当前火电机组的重要任务，而燃料灵活性作为火电灵活性的重要组成部分，在当前煤炭市场价格波动剧烈、电厂燃用煤源复杂的情况下，具有降低燃料成本、提高电厂收益的重要意义。由于火电机组的燃料供应处于卖方市场，电厂供应的燃煤无法保证为设计煤种。体现为入炉煤种的不固定性及随机性。由于配煤的情况和设计煤种偏差较大、所掺烧低价煤的水分/灰分/硫分等较高，导致机组运行时锅炉稳燃、结焦、SOx/NOx排放等特性会发生变化，严重时甚至会发生灭火、非停等严重事故。以上因素导致燃煤机组普遍存在煤质多变燃烧不稳、复杂工况主参数波动大、宽负荷下涉网性能不佳等难题，现有控制技术在精准建模、工况适应、整体协调等方面存在不足，难以实现复杂工况下机组协调控制能力的综合提升。（三）项目建设情况项目由XXXX集团科学技术研究总院有限公司西北电力试验研究院在大唐陕西发电有限公司延安热电厂1,2号机组实施。其中1号机组2021年实施，2号机组2022年实施。延安电厂共投资145万元，目前项目部署的智能控制器在机组中运行良好，有效提升了控制水平。二、应用场景及建设方案（一）场景描述针对新型电力系统中燃煤机组频繁变负荷导致“两个细则”考核严重、协调控制系统调节品质差等问题，本成果根据电网考核指标算法和AGC负荷指令变化特点，结合机组变负荷特性，研发以智能控制器为基础，包含多种智能控制方案的控制技术，解决电厂“两个细则”考核问题并获得更多补偿，降低了运行人员操作强度，并对配煤掺烧和深度调峰具有较强的适应能力。（二）技术架构项目属于火力发电自动控制领域，通过进行智能控制优化系统的开发，结合先进控制算法的优点，针对新型电力系统下新能源消纳和燃料灵活性对火电机组运行的要求，建立了基于参数建模的寻优技术、超前预测控制和自适应控制相结合的协调控制优化策略。主要技术目标包括：1、负荷指令重构方案。综合考虑机组变负荷时机炉能量平衡、主蒸汽压力裕度、综合阀位裕度等限制性因素，对机组负荷指令进行智能重构以提高AGC响应速度。2、基于历史数据挖掘的宽负荷基准煤自适应控制。建立基于偏最小二乘回归的基准煤自寻优模型。基于机组历史运行大数据分析，得到对应于机组目标负荷的目标基准煤，使机组燃料量始终精确跟踪目标负荷，保证机炉能量动态平衡。3、主蒸汽压力预测控制。基于对多项相关数据分析，超前预测压力的变化提前调节，抑制压力超调。4、基于向量自回归的水煤比寻优技术。采用向量自回归控制算法，基于大数据分析拟合自动寻找出当前煤质下机组最合适的“水煤比”，并根据机组当前负荷实时修正机组给水设定值。（三）建设方案本项目采用智能控制手段，在提升机组调频调峰能力的同时，保证机组主要参数在合理范围内，同时具备自学习能力，针对煤质频繁变化表现出较强的适应性。解决了新型电力系统下燃煤机组涉网调节、提高机组燃料灵活性与安全稳定运行的协同优化难题。主要内容如下：1、基于机炉能量平衡的负荷指令重构方案。机组负荷快速跟随AGC指令是保证AGC补偿积分的关键。常规逻辑中，机组负荷指令经过速率限制后再叠加一次调频动作量后直接送给汽机主控设定值，未考虑机组实际带负荷能力。本方案综合考虑机组变负荷时机炉能量平衡、主蒸汽压力裕度、综合阀位裕度等限制性因素，对机组负荷指令进行智能重构以提高AGC响应速度。2、主蒸汽压力预测控制。主蒸汽压力稳定是保证“两个细则”奖励提升的关键。本方案基于机组当前及5~10min之前的负荷指令、实际负荷、燃料量、给水量、主蒸汽压力设定值及实际值，超前预测压力的变化，使压力偏差PID调节器超前动作，抑制压力超调。主要包括以下3个功能模块：1）磨组启停预判模块AGC模式下以机炉能量需求为指引，根据不同负荷段磨组投运模式不同，对磨煤机启停进行提前判断，并对协调系统煤量进行针对性调节，最大限度减少磨组启停和切换对协调控制系统压力和温度的影响。2）主蒸汽压力预测模块基于主蒸汽压力实际变化趋势，对其变化趋势进行预测，并提前动作炉主控给煤量，解决PID控制器积分作用反应滞后、“绕大弯”等现象。3）稳态煤量平衡点迁移模块机组稳态时，在主蒸汽压力动态变化过程中，靠锅炉主控制器显然不足以有效推动燃料平衡点移动，因而无法有效解决由于煤质变化导致得主蒸汽压力频繁波动问题。本功能模块为锅炉主控制器再增加一项前馈量，该前馈量基于主蒸汽压力偏差变化趋势及变化幅度，可实现燃料量平衡点的移动，减少稳态时主蒸汽压力的波动。3、基于历史数据挖掘的宽负荷基准煤自适应控制。针对机组煤质变化引起协调系统品质下降，建立基于偏最小二乘回归的基准煤自寻优模型。基于机组历史运行大数据分析，获取机组在高、低负荷段实际燃料量，利用偏最小二乘回归法建立机组实时负荷、目标负荷、主蒸汽压力偏差、给水流量与蒸汽流量偏差及高低负荷段实际燃料量与机组目标基准煤量之间的非线性映射关系，得到对应于机组目标负荷的目标功煤比。再基于离散Hopfield神经网络对机组变负荷过程协调系统主要参数调节性能进行评价，对目标功煤比做出“精确”、“过量”以及“不足”3种评价结果，根据评价结果对功煤比做出循环修正，直至以评价结果为“精确”，最终根据功煤比折算出基准煤，使机组燃料量始终精确跟踪目标负荷，保证机炉能量动态平衡。4、基于向量自回归的水煤比寻优技术。针对配煤掺烧背景下固定水煤比曲线无法及时反映机组实际水煤关系，导致水煤比失调的问题，采用向量自回归（VAR）算法，通过大数据分析比对筛选出稳态工况下的机组水煤比参数，计算VAR模型最优阶数，建立VAR模型从多个参数的时间序列寻找对应工况下水煤比最优值，并使用误差分析，不确定分析，脉冲响应分析确保水煤比最优值的准确性，安全性。最终形成适应当前煤质下的水煤比曲线。项目的创新点有1、负荷指令重构方案。综合考虑机组变负荷时机炉能量平衡、主蒸汽压力裕度、综合阀位裕度等限制性因素，对机组负荷指令进行智能重构以提高AGC响应速度。2、基于历史数据挖掘的宽负荷基准煤自适应控制。建立基于偏最小二乘回归的基准煤自寻优模型。基于机组历史运行大数据分析，得到对应于机组目标负荷的目标基准煤，使机组燃料量始终精确跟踪目标负荷，保证机炉能量动态平衡。3、主蒸汽压力预测控制。基于对多项相关数据分析，超前预测压力的变化提前调节，抑制压力超调。4、基于向量自回归的水煤比寻优技术。采用向量自回归控制算法，基于大数据分析拟合自动寻找出当前煤质下机组最合适的“水煤比”，并根据机组当前负荷实时修正机组给水设定值。三、项目效果（一）项目效益项目在延安电厂1号机组实施后，2021年累计“两个细则”净收益4541分。2020年净收益为-832分，同比提升5373分。按照每分兑现金额1000元计算，2021年净收益454.1万元，同比提升537.3万元。（二）鉴定评价（如有）2022年5月16日经中国电力企业联合会鉴定项目成果达到国际先进水平，在基于向量自回归的水煤比寻优技术方面达到国际领先水平。（三）推广前景随着可再生能源发电装机容量占比的逐年增加，电网结构日趋复杂，如何提高可再生能源的并网消纳能力、破解“三弃”问题是整个电力行业的难题。项目成果显著提升了燃煤机组负荷调节能力和安全稳定能力，为提高可再生能源大规模并网消纳能力提供了可复制的电源侧适配技术路线，具有行业全面推广的应用前景。针对燃煤机组普遍存在煤质多变燃烧不稳、复杂工况主参数波动大等难题，项目成果解决了复杂工况下机组主参数精准控制问题，基于先进控制平台形成了成套技术成果，促进了燃煤机组智能化控制技术的发展。项目建设符合国家产业政策。四、下一步计划项目成果显著提升了燃煤机组负荷调节能力和安全稳定能力，为提高可再生能源大规模