1 研究背景
随着清洁能源装机容量不断增加，环保指标考核力度日益严格，燃烧煤种经常发生变化，火电机组运行环境复杂多变。要求火电机组在满足环保排放前提下，具有更宽的负荷调节范围、更快地变负荷速率、更高的负荷调节精度和一次调频能力，对控制系统以及运行人员的自身水平和工作经验提出了更高的要求。
长期以来，传统PID控制因其结构简单、容易实现、鲁棒性强和可实现无差调节的特点始终占据主导地位。但传统PID控制器对线性、小偏差、小滞后对象的控制有优势，而对蒸汽温度、环保参数等非线性、时变、大延迟、大惯性、强耦合与不确定性明显的对象，很难取得满意的控制效果。在国内火电机组长期面临低负荷与快速大幅变负荷运行的条件下，传统PID控制方式越来越表现出力不从心的局面。同时，因运行人员的工作经验不足和人员数量的不断减少，在现有的传动控制方式和人员配置情况下，在AGC投入情况下，无法完全满足火电机组的正常运行工作需求。
本项目针对目前这种现状，同时伴随着智慧化电厂理念不断完善和进步以及人工智能技术、大数据深度分析技术的应用，基于现阶段技术发展前景，我们提出了采用优化传统控制方式，同时充分利用现有人工智能中的大数据深度分析控制方法，结合丰富的专业经验，实现现代控制理论和人机交互系统实践相结合的方案，寻求解决火电机组在运行过程中的突出问题，以实现火电机组获得更好的经济性和安全性。
2 研究内容
2.1 建立数学模型
2.1.1 充分利用集团能源管控平台，在确保数据安全的前提下，利用Python编程软件平台，编写数据分析、模型辨识软件对厂内长周期的运行数据进行提取和数据分析。结合GA遗传算法、BP神经网络、大数据深度分析等科学算法，将蒸汽温度、NOX等常规数据作为重点研究对象并在仿真系统上进行模仿训练，将控制系统中的蒸汽温度、NOX模型等数据与实时运行数据进行对比，实行多目标优化，建立更加精确的控制模型。
2.1.2 结合机组运行中不同设备故障原因和处理方式、方法，通过数据分析，结合运行人员经验，建立设备故障综合分析处理模块，为运行人员提供更加准确的信息作为判断依据，以便第一时间进行处理，最大程度避免发生重大设备损坏，影响机组的安全稳定运行。
2.1.3 建立操作提示模块。总结机组历次启停过程中发生的不足之处，根据运行人员及专业人员总结的经验，整理和分析、建立数据库，为运行人员在机组启动、运行、停止等常规操作中提示操作关键节点和把控危险点。
2.1.4 设置参数超限和趋势分析模块。通过对机组长周期运行数据分析和总结，结合设备自身运行参数要求，建立参数超限和趋势分析模块。本控制模块在传统声光报警方式基础上进一步优化。在报警的同时提供操作指导建议，更有效地指导运行调整。另外，因运行人员数量的减少和机组设备参数的增多，尤其是机组在AGC投入情况下，机组各项参数变化幅度大、变化趋势快，通过设置的参数超限和分析模块，综合各项报警参数，迅速做出提示，给运行人员提供调整指导建议，减少参数超限和机组发生异常工况。
2.2 构建具有自学习功能的智控平台
本服务器平台采用集中管理布局多元化，根据系统功能设置多个相互独立并随机组合功能模块，建立的数据分析控制模块、智能报警控制模块、设备故障综合分析处理等功能模块，开发基于安卓平台的APP、操作界面和开发端口，用于与智能移动终端进行数据传输和操作提示。
2.3 建立专用无线传输局域网络，确保数据交换安全稳定
本系统功能是服务器平台与智能机器人数据传输，基于电力系统数据安全考虑，采用内部局域网无线信号传输方式，只作为服务器与移动终端的数据传输。本系统采用成熟的无线传输技术，可以提供高稳定、高可靠、低成本的数据传输。安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、大范围覆盖等特点。
2.4 构建良好的人机交互系统
本项目中智能移动终端（智能机器人），是构建人机交互系统的关键因素，也是传统的语音播报无法所比拟的。智能移动终端，采用可行走式终端设备，并配备LED显示屏。该移动终端是将运行值班员语音命令转换为控制模块以及程序语言的关键节点。避免因运行人员对控制语言掌握不熟练而影响系统的使用。同时，因运行人员的减少，智能移动终端可以在一定程度上缓解因运行人员较少产生的心理压力。智能移动终端配置的LED显示屏，可以作为运行人员操作指令的参考依据，避免因语音提示指令不清、运行人员理解不清造成的人为误操作。
3 具体实施方案
3.1 技术路线
3.1.1 根据机组在实际运行过程中，优化传统热控控制系统参数。
3.1.2 通过集团的能管平台，使用Python编程软件平台提取相关运行参数和运行数据，完善相关数据的采集、分析和整理工作。
3.1.3 通过大数据深度分析，开发出具体控制模型，进行模型训练，同传统控制系统调整后参数进行对比、分析。
3.1.4 根据数据分析结果，优化控制模型，完成控制模型。
3.1.5 建立数据传输系统，实现服务器平台与移动终端的数据传输和对接。
3.1.6 实现软件与人工智能机器人交互数据的对接，测试人工智能控制系统在运行操作领域中应用。
3.1.7 优化运行人员配置，解决机组正常运行中因运行人员工作经验不足带来的弊端，达到机组安全、经济稳定运行的目的。
3.2 实施方案
3.2.1 智能交互系统各功能模块开发
(1) 数据采集及分析。充分利用集团能源管控平台，在确保数据安全的前提下，利用Python语言及其软件开发平台，编写数据采集、分析等相关程序，对厂内长周期的运行数据进行提取和数据分析。
(2) 智能优化模型的建立。SO2、NOX的排放是一个极其复杂的过程，受多种因素影响，难以通过传统的数学计算进行精确的分析。利用神经网络自适应模拟非线性输入输出的原理及遗传算法并行的随机启发式搜索的优化方法。将SO2、NOX等环保参数作为重点研究对象，对其进行模型训练，建立优化模型，以达到指导运行人员进行参数调整的目的，保证机组的经济稳定运行。
(3) 智能预警模型的建立。根据参数的重要程度确定各个系统中的被预警参数，并寻找与被预警参数相关的机组运行参数。分析和筛选被预警参数及相关运行参数的历史运行数据，选择出训练样本和测试样本。被预警参数作为BP神经网络的输出，与被预警参数相关的机组运行参数作为BP神经网络的输入，通过大量的历史运行数据对被预警参数进行模型的训练和建立，训练模型和好坏通过测试样本进行检验。模型成熟后，通过被预警参数相关的机组实时运行参数对被预警参数进行预测，当预测值与真实值偏差大于设定阈值时，发出报警，提示运行人员及时干预。
(4) 双向查询数据库的建立。双向查询功能可以查询机组目前存在的缺陷及两票办理情况、机组运行参数、规程、保护定值及启停机过程中的重要节点信息等。
3.2.2 智能交互系统软硬件平台构建
(1) 硬件平台构建
此项目要访问能管平台及ERP系统，为保证内部主机的安全，从逻辑上隔离、阻断对内网具有潜在攻击可能的一切网络连接，使外部攻击者无法直接入侵、攻击或破坏内网，故需要一台网闸，但网闸需要考虑调试问题。优化模型及预警模型的训练工作需要进行大量的数据运算，预警和优化模型及其他信息的存储需要一定的存储空间（数据库），故硬件上需要一台运算服务器及存储器。为实现人机交互，还需要一台交互设备。
(2) 软件平台构建
本项目程序是基于python平台开发设计，Python语言提供了高效的高级数据结构，还能简单有效地面向对象编程。Python解释器易于扩展，可以使用C或C++扩展新的功能和数据类型。Python也可用于可定制化软件中的扩展程序语言。Python丰富的标准库，提供了适用于各个主要系统平台的源码或机器码。
集中开发环境选用的是PyCharm软件，它带有一整套可以帮助用户在使用Python语言开发时提高其效率的工具，比如调试、语法高亮、Project管理、代码跳转、智能提示、自动完成、单元测试、版本控制。此外，该IDE提供了一些高级功能，支持专业Web开发。
3.2.3 建立专用无线传输局域网络，确保数据交换安全稳定
本系统功能是保证服务器平台与智能交互设备之间的数据传输，基于电力系统数据安全考虑，采用内部局域网无线信号传输方式，只作为服务器与移动终端的数据传输。本系统采用成熟的无线传输技术，可以提供高稳定、高可靠、低成本的数据传输。安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、大范围覆盖等特点。
3.2.4 构建良好的人机交互系统
智能交互设备是构建人机交互系统的关键因素，此项目要求智能交互设备采用可行走式终端设备，并配备显示屏，满足语音播报及实时显示的需要，故选用智能机器人。同时，因运行人员的减少，智能移动终端可以在一定程度上缓解因运行人员较少产生的心理压力。
4 结语
本发明涉及人工智能领域，是一种应用现代控制理论和人机交互系统实践相结合的方式，解决火电机组在运行过程中突发问题的智能交互系统。本科技项目如果成功应用，将有效缓解困扰火电企业中的运行人员经验不足、机组运行中蒸汽温度、环保参数等重要参数无法精准控制以及故障无法准确分析的问题，为同类型供热机组控制系统参数优化、人员配置优化起到示范作用，具有指导意义。
参考文献：
［1］臧艳辉.车联网智能交互系统设计探索［J］.电子技术与软件工程，2014(11):88－89.
［2］张挺，欧阳元新，陈真勇.基于上下文感知和ＲFID的智能交互系统［J］.计算机工程，2008(15):268－271.
［3］崔廷馨.SNS架构的数字图书馆系统探索［J］.河南图书馆学刊，2012(3):25－27.
［4］徐芳，戴炜轶.国内数字图书馆用户交互体验比较实验与分析［J］.图书馆学研究，2014(12):18－22.
［5］徐芳，金小璞.基于用户体验的数字图书馆用户交互模型构建［J］.情报理论与实践，2015(8):115－119，134.
［6］周明.图书馆可视化多媒体触摸导读与查询系统研发［J］.科技与创新，2015(10):23，27.
［7］彭艳萍.自助服务设备在图书馆的可用性研究———以广州图书馆新馆应用为例［J］.图书馆学研究，2013(14)10－15，23.
［8］刘占平.并行数字图书馆系统中人机交互系统的设计与实现［D］.哈尔滨：黑龙江大学，2002.