总体架构
— Overall Architecture —
新一代人工智能控制技术引入带多变量控制算法，融合传统前馈控制，预测被控量未来的变化趋势，有效提前调节过程，大幅提高控制系统的稳定性和抗干扰能力，解决机组协调控制中大惯性、大滞后的控制难题，形成由数据驱动的具备自学习、自适应、自驱优、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式，实现更加安全、高效、清洁、低碳、灵活的生产目标。
AICS系统(人工智能智慧控制技术)
—————
— 工作流关联总体设计 —
— 体系架构 —
电网调度指令
操作员指令
控
制
指
令
顶层控制系统
中层控制系统
底层控制系统
感知信息
感知信息
信息与决策
信息与决策
信息与决策
数字孪生
预测系统
故障诊断
评价系统
态势感知
辅助决策与智慧支持
感知信息(频率等）
中
层
控
制
系
统
底
层
控
制
系
统
顶
层
控
制
系
统
单元机组协调控制
故障诊断
数据加工
指标评价
分系统优化
态势感知
电网调度
指
令
发电
指
令
顶层控制指令
机炉系统最优协调控制
燃煤量
给水流量
综合阀门开度
锅炉燃烧优化控制系统
汽水协调控制系统
汽轮机协调控制系统
汽温控制系统
给水控制系统
汽机控制系统
电器控制系统
燃料控制系统
风量控制系统
炉膛压力控制系统
磨煤机控制系统
一次风压力控制系统
辅助风控制系统
燃烧控制
过热器温度控制
再热器温度控制
温度控制
给水泵最小流量
控制系统
汽包水位控制
凝汽器水位控制系统
除氧器控制
旁路控制系统
给水泵汽轮机控制系统
数字电器液压控制系统
其他辅助控制系统
辅助系统
汽机控制
给水控制
有功控制系统
电压控制系统
发电控制
— 底层控制系统 —
— 中层控制系统 —
— 顶层控制系统 —
— 顶层、中层、底层 —
摆脱现有控制系统的架构束缚，将系统分为三层：顶层、中层、底层。
顶层控制
故障诊断与预测
故障辨识与定位
DAS
协调控制各子系统优化
态势感知
预测控制
安全控制
在线仿真系统
动态最优轨迹
安全域
多目标系统
优化控制
全局趋势优化
变工况主调
参数优化
预测指令集
安全域
数据集
协调控制
目标
中层控制
一级
子系统
状态辨识
底层控制
二级
子系统、
设备状态辨识
机炉系统协调优化控制
保护启动信号
优化控制目标量
机组级保护逻辑
一级系统智慧调节
各子系统、设备主控
保护启动信号
协调控制目标量
子系统保护逻辑
二级系统级智能调节
设备级智能调节与保护
针对不同的系统动态特性，研究离线和在线智能控制机制，提出能够适应工况多变的自组织优化算法和控制策略。负责实现机、炉及辅助系统中回路控制，以及必要的闭锁、保护等逻辑。
底层控制系统结构
给水系统
汽温控制系统
汽轮机系统
制粉系统
风烟系统
辅助系统
五大主控制系统
+
辅助系统
控制子系统
汽包水位控制系统
凝汽器压力控制系统
凝汽器与除氧器控制系统
加热器水位控制系统
主汽温控制系统
汽包水位控制系统
高低旁路控制系统
磨煤机煤位控制系统
一次风压控制系统
一次风量控制系统
脱硝控制系统
脱硫控制系统
二次风量控制系统
发电机氢冷系统
开式冷却水系统
闭式冷却水系统
汽机润滑油系统
汽机控制油系统
压缩空气系统
密封油系统
研究针对负荷大扰动情况下的机炉协同智能控制方法。实现机、炉协调控制、旁路协调控制以及在机炉系统中需要实施协调联动的部分控制回路（例如锅炉燃烧系统）。
顶
层
控
制
层
全局多目标优化
负荷目标值
汽压目标值
......
温度目标值
水位目标值
机炉协同管理
机炉系统最优协调控制
中
层
控
制
层
底
层
控
制
层
燃煤量
给水流量
综合阀门开度
子系统动态优化
各层
风量等
锅炉燃烧子系统
最优协调控制
水冷壁及各级过热
器吸热量
汽水子系统最优协调控制
主蒸汽压
力、流量
汽轮机子系统最优协调控制
设备运行状态信息
入炉煤量、
二次风量、
燃尽风量等
汽包水位、
主汽温度、
管道流量等
输出功率、实时转速等
磨煤机转速、二次风档板等设备控制
给水阀、给水泵、喷水阀等设备控制
主气阀、调节阀等设备控制
机炉协调总控与子系统动态优化相结合
承接顶层与底层控制系统
四大控制系统：机炉协调控制系统；汽水协调控制系统；汽轮机协调控制系统；锅炉协调控制系统
具备离线学习、在线学习以及进化的智慧能力
研究考虑经济性的全局优化控制策略、一键启停机制以及故障感知机制。实现机、炉系统大协调控制；并且可以对中层实现的协调控制分系统及回路实施在线优化。
模型参数优化
输入、输出、状态变量
直接测量得到
由在线仿真系统估计得到
在线运行
模型参数
离线训练
模型参数无扰切换
人工智能算法
被控对象模型架构
底
层
电厂系统
输煤
制粉
锅炉与燃烧
风烟系统
灰渣系统
发电机控制
励磁控制
厂用电控制
保护系统
升压变电系统
P
S
S
控制
蒸汽系统
给水系统
冷却水系统
补水系统
能量转换
中
层
顶
层
机炉电大协调
燃料
锅炉
汽轮机
发电机
电网
燃料系统
汽水系统
发电系统
底层执行器（装置、泵、阀门、风机等）
燃烧系统控制
机炉协调
汽机系统控制
电气系统控制
优化控制
经济、灵活、可靠评估
在线仿真
数字孪生
预测系统
评价系统
态势感知
故障诊断
控制器
磨煤机
送风机
给水泵
凝水泵
转速
励磁电流
控制器
控制器
信息
指令
通过实时跟踪机组的状态，在线计算并获得机组当前的详细动态特性，并为整个机组的监测、系统的控制和优化提供参数依据。
在智慧电厂投运初期，平台可通过离线运行的方式为运行优化及故障分析提供故障工况样本，并在之后配合方案及分析结果得以验证等。
作为数字化的虚拟火电机组，承担着机组各个控制回路智慧控制策略及优化方案的校验、完善等任务，以提高新方案的可靠性和适用性。
通过试验设计可实现机组运行方式研究、特殊工况性能提升、机组灵活运行及深度调峰性能、APS性能等智慧功能的测试。
— 在线仿真 —
高性能智能控制器的软硬件系统，支持智能算法的运行
基于飞机控制器的设计经验和技术，采用主备双冗余架构和开源操作系统设计开发智能控制器，支持无扰在线下和智能控制算法运行。
研发的自主可控智慧控制器、板卡及芯片可提高电厂控制系统品质，提升电厂数据运行处理能力。
研发的自主可控智慧控制器、板卡及芯片可提高电厂控制系统品质，提升电厂数据运行处理能力。
控制器单元
处理器板CPU
离散量输入输出板DIO
模拟量输入输出板AIO
I/O接口板IOC
控制器背板
IO单元
I/O
板卡
控制柜
控制器
CPU
芯片
— 硬件 —
交互应用层
包括控制平台的主要应用
包括具体应用的访问接口
包括对资源的管理及系统异常处理软件
包括基础支撑软件
业务接口层
基础管理层
资源支撑层
控制逻辑
输入
权限控制
硬件
驱动
操作
系统
固件
数据库
其他
支撑库
信息
安全类
平台
GPU
资源调度
业务发布
订阅管理
组态
逻辑分发
系统异常
与作业
冲突处理
系统备份、
容灾、
日志记录
服务器
访问接口
组态逻辑
综合
云端平台
访问接口
AI服务器
GPU
访问接口
在线状态
监控
仿真服务
调用
云端辅助决策与智慧支持
推送
提供交互界面支撑保护与控制逻辑输入
人员操作的权限控制
各类服务器的访问接口
组态逻辑转换为控制器可执行代码
数据库、GPU资源管理
组态控制逻辑至控制器的定位、下载
控制器、服务器、操作员站、工程师站之间业务交
互管理
数据服务器和应用服务器上的操作系统、硬件驱动
和其他必要的支撑软件
系统异常处理、数据备份、容灾
控制器上的操作系统、硬件驱动、固件
AI服务器上GPU驱动平台
所有硬件上安装的信息安全类平台
与云端仿真系统、顶层控制器交互接口
单元机组在线状态监控（状态、告警）
仿真系统调用，面向人员分析、培训
云端辅助决策与智慧支持推送（诊断、预测、控制
优化建议、措施建议、评估)
数据库
管理
— 软件 —
历史和实时数据
煤质工业分析输出
效率
热值
固定碳
灰分
挥发份
全水率
固有水份
煤源产地信息
低位发热量
烟焓量
负荷/压力
磨煤机出煤流量
一次风流量
水系统流量
热力学和流体力学
合理的基本假设和边界条件
建立炉膛物理模型
有限元计算
实时温度数据
实时工况信息
修正模型
对比
以现有方程为参考约束，筛选原始数据，利用长短记忆神经网络，引入注意力机制，提取特征，实现目标分析。
利用ANSYS软件建立炉膛模型，得到不同工况下炉膛内的温度场分布图。通过现场试验数据验证仿真数据的可靠性，并对模型进行修改，提高模型的精确度。
— 软测量 —
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