[科普中国]-火电厂自动控制

发展传统的电厂监控系统模式

传统火电厂电气监控的实现方式是由DCS 系统经I/O面板实现对电气部分的AI、DI、SOE采集和远方控制功能。如继电保护，电源切换等特殊功能都可以通过独立的电气自动化装置来完成。与电厂本身的DCS系统无关。在这种情况下DCS 系统的的I/O板与电气回路采用电缆连接，模拟量需要经过变送器转换成标准的4-20mA电流。这种形式下的DCS 系统已经可以实现对电气中的重要的信号的监视和控制，但是其监控规模还比较小，并且类型比较单一，而且需要大量变送器和电缆来实现传送，这种方式的成本也比较高。1

现代发电厂电气自动化系统模式随着科技的发展和微机保护技术的进步，电气的综合保护控制模式可以实现基于交流采样的保护、测量、录波、控制和通信，这种新型的计算机保护系统可以更快更便捷的采用现场总线、工业以太网等技术形成控制网络。而电厂的电气监控也随着科技的进步发展为以交流采样、数字通信为主要特点的综合自动化系统ECS。ECS与电厂内其他生产和管理系统如MIS、SIS、DCS、NCS等一起实现电厂的全面信息化控制。ECS系统属于分层控制系统，它可以分为站控层、通信控制层和间隔层，每层的设备与功能均相互分离。其中站控层由主站系统组成，是整个ECS系统的核心，完成对整个ECS系统的数据收集、处理、显示、监视、控制功能。1

内容发电厂发电过程自动控制包括的主要内容如下：2

①自动检测：自动地检查和测量各种物理量、化学量以及生产设备的工作状态参数，这些数据能够反映生产过程的实时进行情况，以此为依据来监视生产过程的进行情况和趋势，以便及时调整生产，保证生产的正常进行。

②自动保护：在发生事故时，保护系统自动启动。这样可以及时防止事故的进一步扩大，保护生产设备不受更严重的破坏，提高了整个系统的安全性和可靠性。

③顺序控制：预先设定好程序和条件，运行的条件满足时，系统自动地对设备进行一系列操作，保证了系统的精准运行，同时还减少了操作人员的工作量。

④自动控制：又称为自动调节，当生产过程不在规定工况下进行时，系统会自动地维持进行调整。火电厂的自动控制复杂而艰巨，要对主机和辅助设备同步实现自动控制，工艺不同采用的控制方法也有区别，控制系统、系统的结构都会有很大差别。对控制系统分块分区域进行分析研究，可以把复杂庞大的系统逐个实现自动控制。

存在的问题火力发电厂自动控制系统出现的问题分析（1）火力发电厂的自动控制系统极易受到外界干扰 火力发电厂的自动控制系统是一个较为庞大的系统。但其中的过热和再热汽温的控制系统、分散控制系统以及积水自动系统等是最容易受到外界干扰的部分，同时系统对象体积也比较大。这也是火力发电厂的自动控制较为常见的问题。3

（2）调节器的反应时间较慢,造成控制系统执行命令的的响应时间延长 在测量值与固定值的偏差值不为零的情况下,调节器的积分环节就会不断的起作用,从而引起调节器的输出值也在不断的发生变化（只有当调节器出现积分饱和时，其输出值才会停止变化）。当火力发电厂的自动控制系统的调节器处于饱和状态时，如果当偏差值产生变化时,就会造成调节器的反应时间变的非常缓慢,这样就会引起火力发电厂的自动控制系统执行命令的的响应时间延长很多。这不仅没有使火力发电厂的自动控制系统发挥其应有的功能,而且也造成了控制过程中存在着安全隐患,从而降影响了整个火力发电厂的工作效率。3

（3）性能分析方法中最小方差控制存在一定的缺陷。在对火力发电厂自动控制系统性能指标进行评价时，最主要的分析方法即是最小方差控制，利用最小方差控制方法进行评价时具有较大的优势。首先，可以直接测定闭环回路，直接进行性能评估，不需要增加额外的附加实验；其次，最小方差控制可以提供丰富的信息，通过这些信息可以来对输出方差和实际控制系统输出最小方差之间的差距进行比较，从而对系统的实际运行情况进行掌握，并对其合理进行改善。一旦控制器不能发挥作用，则需要对其不稳定的原因进行分析，对控制器进行重新设计，从而确保火力发电厂自动控制系统运行的稳定性。但在这期间，利用最小方差进行控制，不可避免的会存在着一些缺陷，从而影响自动控制系统的性能。4

火力发电厂自动控制系统的性能分析方法最小方差控制作为目前评价火力发电厂自动控制系统性能指标的主要分析方法，通常具有一下几大优点。首先，不需要增加额外的附加实验便可对闭环回路进行测定，直接进行性能评估。其次，它提供了相当丰富的有效信息，例如利用其提供的信息，来比较输出方差和实际的控制系统输出最小方差之间的差距，掌握系统的实际运行情况，给出合理的改善目标。在控制器不能发挥其作用的情况下，可以通过分析其不稳定的原因，重新设计控制器保障火力发电厂的自动控制系统稳定运行。不可避免的，最小方差控制也存在着一些缺陷。3

提高火电厂自动控制性能的方法（1）及时更新自动控制系统内部的各个组织结构，保证其达到最佳的运行状态为了能够让火力发电厂的自动控制系统充分发挥其性能，应及时改进、更新自动控制系统内部的各组织结构，从而实现系统的实时更新。火力发电厂应该制定计划，及时安排有工作经验的值班人员来更新自动控制系统，从而保证系能够达到最佳的运行状态。例如为了提高火力发电厂自动控制系统中的数据采集系统的性能，发电厂的工作人员就应该及时更新数据库的数据。自动控制系统中的数据采集系统主要有在线检测，屏幕显示，数据采集及处理等功能。通过采集卡扫描从外界采集的数据点，然后自动控制系统对数据进行分析判断，将新的数据点传输至数据库当中，以便数据库得到及时更新。3

（2）采用误差检测技术方法检测控制系统的故障问题，提高系统的性能目前，在对火力发电厂自动控制系统进行故障检测时，大都采用误差检测技术方法。误差检测技术方法的核心问题就是检测、分析期望值的偏离误差。通过设置测量信号的上、下限来判断测量值是否处在所设置测量信号的上下限范围之内，若不处于范围之内，则认为信号处于不正常状态，否则信号处于正常状态。此外，除了要检测故障的信号期望值以外，通常还要附加检测测量信号的变化速率，若测量信号的变化速率处于设置的上下限之内，则认为系统处于正常状态。3

（3）在火力发电厂的自动控制系统中引进AGC管理模式，提高系统的性能火力发电厂AGC系统的实现功能相当丰富，AGC系统的功能实现过程不仅是一个火力发电厂自动控制系统实现的过程，同时它还要涉及到电力调度指令等多方面的环节。因此为了能够更好的实现AGC系统功能，实现火力发电厂的自动化控制发电技术，不仅仅要提高发电机组的工作能力，而且更要增加技术研究和资金投入，加强研发力度，努力完善各发电机组的自动化水平，保障AGC自动发电控制系统能够在各个电网之中充分发挥其巨大的作用。3

（4）在火力发电厂的自动控制系统中应用PLC控制系统，提高系统的性能随着我国电力改革的进一步深化，电力企业近年来逐步实现了竞价上网、厂网分开的运行模式。这就迫使火力发电厂也要不断的进行改革，采取有效的方法来减小发电的运行成本，从而不断的提高发电的生产效率。因此，火力发电厂自动化控制系统的实施是火力发电厂的必然选择。目前，在发电厂火力发电机组的设计过程中一般都遵循自动化控制水平较高的设计原则。例如在进行辅助车间部分设计时，大都采用输煤、水处理、除灰等技术，集中缩小监控点的范围。建立控制检测网络，结合成熟可靠的PLC可编程控制器及以太网，从而实现单元控制室对整个辅助车间进行控制、检测。3

（5）在火力发电厂的自动控制系统中应用DCS控制系统，提高系统的性能火力发电厂通常都采用DCS自动控制系统。应用DCS控制系统可以实现控制系统的闭环辨识、在线检测、故障报警以及检测系统的执行机构是否处于正常工作状态等功能。3