自动控制在煤电技术管理及节能中的效能分析

一、自动控制在煤电技术管理中的应用领域

1. 协调控制系统与机组优化运行

协调控制系统（CCS）是火电厂自动控制的核心，通过协同控制锅炉 - 汽机 - 发电机组，实现安全、经济和环保运行。现代智能 CCS采用动态耦合补偿、自适应滑压优化及控制执行集成等技术，显著提升了控制品质。该系统无需大规模设备改造，仅通过运行精细化管理即可实现节能。实践表明，优化后的 CCS 使主汽压力动态偏差小于±0.8MPa ，稳态偏差低于 ±0.2MPa ，负荷响应时间缩短至 60 秒内，显著提高了调节精度与响应速度。控制策略上，基于大滞后控制理论的智能算法逐步替代传统 PID 控制，实现风、煤、水自动协同，增强了机组多工况适应能力。

2. 智能燃烧与污染物控制

锅炉燃烧是煤电机组能量转换的核心环节，也是自动控制技术重点应用的领域。智能燃烧优化系统通过多参数实时调控，实现燃烧过程在线自寻优，有效提升一次风压、二次风、燃尽风及氧量控制水平。依托泛在电力物联网，系统实时获取机组运行数据，并借助深度强化学习算法动态优化燃烧过程，提高燃煤热值利用率，单台百万千瓦机组年节煤可达千吨级。在污染控制方面，脱硝优化系统采用神经网络软测量及预测控制算法，精准预测 NOx 浓度变化并调节喷氨量，不仅使 SCR 出口 NOx 浓度偏差降低 20% 以上、节省喷氨 10% 以上，还可快速抑制变负荷等扰动，保障环保参数稳定。

3. 设备健康管理与故障诊断

自动控制技术极大提升了煤电机组设备健康管理的安全性和维护效率。依托多源数据融合的故障诊断技术，智能系统可实时监测关键设备状态，提前识别并预警潜在故障。通过对主机保护逻辑的优化，系统支持机组长期适应调峰及低负荷运行，同时实现制粉自启停、给水泵自动切换等高级功能，显著减少人工干预。数据表明，先进自动控制系统将日均操作量由数千次降至 300 次以下，降幅超 90% ，大幅减轻人员操作负荷，降低人为误操作风险，为机组稳定运行提供可靠保障。

二、自动控制的节能机理与关键技术

1. 滑压优化与参数自适应控制

滑压运行通过动态调整主汽压力设定值来优化汽轮机调节阀开度，有效减少节流损失，是火电机组重要的节能方式。自适应滑压优化技术基于机组实际运行参数的时变特性，能够实时修正预设滑压曲线，并综合考量当前负荷需求与锅炉蓄热能力变化，动态生成最优运行初压目标值。研究表明，660MW 超超临界机组的主汽压力每变化 1MPa将影响煤耗 0.33g/kW⋅h ，这表明精确的滑压控制具有显著的节能效益。现代控制系统采用变参数技术，根据机组负荷、煤质特性等工况实时调整控制参数，特别是在给水控制和汽温控制等关键回路中，自适应控制技术能够有效克服低负荷和煤质波动等复杂工况，显著提升参数稳定性，凸显了其在节能优化中的重要作用。

2. 智能算法与大数据挖掘

随着厂级监控信息系统（SIS）的广泛应用，电力企业积累了海量运行数据，为智能算法提供了坚实的数据基础。大数据挖掘技术通过对历史运行数据的深度分析，能够明确节能潜力空间并识别关键经济性参数。智能方法如基于案例的推理和概率因果推理被引入机组运行优化，形成“三工况”运行决策体系，通过决策因子优先级排列增强系统辅助决策能力。深度学习模型已成为燃烧优化和参数预测的核心工具，能够构建可调参数与供电煤耗的映射关系，量化各因素对经济指标的影响。通过在准稳态工况下筛选数据并剔除动态过程干扰，智能算法可提取更可靠的运行规律，为控制优化提供精确依据，大幅提升控制精度与效果。

3. 辅机变频与系统协同优化

辅机耗电约占机组总发电量的 5%-10% ，是影响厂用电率的关键因素。采用变频调速技术对高压辅机（如一次风机、凝结水泵和引风机）进行改造，可实现近 30% 的节电效果，低压辅机和外围设备的优化改造同样具有显著节能效益。变频改造需同步优化控制策略，包括组态修改和参数重新整定，以避免系统振荡或运行不稳定。系统协同优化通过协调各子系统运行方式实现全局最优，例如利用凝结水变负荷、给水旁路和供热抽汽调节等辅助手段，充分挖掘锅炉、回热系统和热网系统的蓄能潜力，从而提升机组负荷响应能力，减少锅炉过燃调节，降低高压调阀节流损失。此类多系统协同策略需以准确的设备特性和系统模型为基础，对控制系统设计与调试提出了更高要求。

三、自动控制系统的实施难点与解决路径

1. 数据采集与系统集成难度

煤电机组自动控制系统的实施面临多方面的挑战，首当其冲的是数据采集难题。由于许多电厂建成时间较早，机组经过多次升级改造，许多运行和结构参数已严重偏离设计值，这为数据采集带来了极大困难。解决这一问题需要技术小组深入一线、广泛摸排，组织厂内专家会议，为系统开发人员提供精确、可靠的原始数据。同时，需要对给水流量、汽包水位、凝结水流量等重要测量参数精度进行补偿校核，必要时通过试验对低负荷工况进行标定，保证深度调峰工况关键参数的测量准确性。在系统集成方面，异构系统兼容是另一个常见挑战。现代煤电厂通常包含来自不同供应商的多个控制系统，这些系统往往采用不同的通信协议和数据格式。全国产化智能控制系统的开发应用在这方面做出了有益探索，该系统作为全国产化智能控制系统，具备全自主可控、安全可靠等特点，全面支持机组的安全启停、稳定运行与优化控制，实现了从底层芯片、操作系统到上层组态软件与控制算法的全面自主研发，这种一体化解决方案有效避免了多系统集成带来的兼容性问题。

2. 控制策略与设备适应性

制定适合特定机组的控制策略是自动控制系统成功的核心。由于每台机组的设备特性、运行方式和面临的问题都存在差异，通用的控制策略往往难以达到理想效果。这需要控制系统具备高度的可配置性和灵活性，能够根据机组实际情况进行调整。如 "W" 火焰锅炉因其特殊结构延长煤粉燃烧时间，尤其适用于无烟煤高效清洁利用，但同时也带来了结构复杂、燃烧控制难度大等挑战。针对这种锅炉，需要专门设计控制策略和参数，普通锅炉的控制方案难以直接应用。设备适应性也是实施过程中需要充分考虑的因素。机组设备的老化、磨损和特性变化都会影响控制系统的性能。因此，现代自动控制系统需要具备一定的自适应能力，能够识别设备特性变化并调整控制策略。例如，对于存在屏过壁温超温、左右侧烟道烟温存在偏差问题的锅炉，需要根据机组实际情况进行系统相关改造工作，而不能简单套用标准解决方案。这种量身定制的改造方案需要控制系统设计人员深入理解设备特性和工艺流程，确保控制系统与设备的完美匹配。

四、结束语

自动控制技术通过智能化、自适应手段显著提升煤电机组运行经济性与环保性，是应对能源转型挑战的核心支撑。未来应进一步融合人工智能与先进算法，突破系统集成与设备适应性瓶颈，推动煤电向清洁、高效、灵活方向持续发展。

参考文献:

[1] 王晔 , 张振宇 . 浅析自动控制的原理及其应用 [J]. 河北农机 ,2020,(11):66-67.

[2] 清洁高效煤电成套设备国家工程研究中心 [J]. 发电设备 ,2018,32(04):228.