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第三代基础控制技术-工程最速控制器

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-09-30 13:54:55

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 平瑞雪 | 2022-09-30 13:54:56

一种适应新型绿色能源快速发展需要的工程最速控制器

(engineering fastest controller,EFC),是一种区别于 PID 控制的

新型基础控制器(new foundation controller,NFC),适应了现有

火电机组大幅提升深度调峰和快速调频服务能力的客观需要。

2019 年至今,该技术在广东火电机组已基本普及,在短

时间内实现节能减排的基础控制技术,提升了火电机组的

深度调峰调频性能,加速了海上风电等清洁能源的并网进

程,为新型电力系统建设,碳中和,碳达峰奠定了控制基

础。可以说,没有工程最速控制器的基础控制技术,就不

会带来新能源大规模并网的可能性。如瓦特发明的飞锤调

节器直接推动第一次工业革命一样,工程最速控制器将直

接推动以新能源大规模接入的清洁能源革命。

目前已经开发出 2 种 EFC,一种是工程最速比例-积分控制器

(engineering fastest proportional- integral,EFPI)与工程最速超前

观测器(engineering fastest leading observer,EFLO)的串级结构,

另一种是 EFPI 与工程最速比例-微分控制器(engineering fastest 

proportional-differential,EFPD)的串级结构。

EFC 的基础是一种惯性组合滤波器(inertial combination filter,

ICF),ICF 是一种滑动窗滤波器(sliding window filter,SWF)的

工程化。SWF 代表了一种零加速度最速跟踪滤波器(fastest 

tracking filter,FTF),ICF 代表了一种工程最速跟踪滤波器

(engineering fastest tracking filter,EFTF)。所谓最速跟踪,即最

快的跟踪输入或者跟踪输入的时间最小。相对 PID 控制器,EFC

在控制机制上取得本质突破。

目前,已经开发出以 EFC 为核心的火电机组辅助调频外挂控

制系统,并且在广东省主力火电机组得到快速普及,在 2019 年 1 月—2022 年 9 月期间,已经签订了 62 台火电机组辅助调频、汽

温控制、脱硝控制外挂控制系统商业应用合同,总计容量

40154MW。助力实现调频里程收益累计 82645 万元,在燃煤机组

中遥遥领先。

2018 年,发明团队揭示了 PID 的一种本质缺陷,这就是常规积分

conventional integratorCI)作用存在跟踪常值扰动效率不高的本质缺陷。长

期以来,人们主要研究方向的是控制结构的问题,如 IMCSmith 预估控制器、

SO-IFCNHPC 等研究的是控制结构的问题,鲜有人提出研究控制机制的问题,

CI 作用效率不高的问题属于一种控制机制上的问题。

由此促进了 EFC 的发明,显著提高了反馈控制性能,显著区别于现有的控

制理论研究。在某种意义上,EFC 是瓦特原理的继续深入发展,代表了在工业

过程控制领域暨离心调速器、PID 控制之后的第三代基础控制技术。具有工程

易用性,没有复杂繁琐的数学解析过程,参数整定更加容易,能够更好地适应

难控过程。

目前已经开发出 2 EFC,一种是工程最速比例-积分控制器(engineering

fastest proportional- integralEFPI)与工程最速超前观测器(engineering fastest leading observerEFLO)的串级结构,另一种是 EFPI 与工程最速比例-微分控

制器(engineering fastest proportional-differentialEFPD)的串级结构。EFC

基础是一种惯性组合滤波器(inertial combination filterICF)ICF 是一种滑动窗

滤波器(sliding window filterSWF)的工程化。SWF 代表了一种零加速度最速

跟踪滤波器(fastest tracking filterFTF),ICF 代表了一种工程最速跟踪滤波器

engineering fastest tracking filterEFTF)。所谓最速跟踪,即最快的跟踪输入

或者跟踪输入的时间最小。相对 PID 控制器,EFC 在控制机制上取得本质突破。

现已开发出以 EFC 为核心的火电机组辅助调频外挂控制系统,并且在广东

省主力火电机组得到快速普及。以提高火电机组辅助调频性能为目标的商业应

用已经证明,EFC 是一种成熟的技术,相对 PID 控制,稳定性能更好,性能和

效率更高,参数整定更加容易,能够更好地适应难控过程,也适应了现有火电

机组大幅提升深度调峰和快速调频服务能力的客观需要。

目前广东燃煤火电机组总装机总容量 64000MW,主力火电机组容量

42000MW(扣除石化、钢铁、纸业自备电厂容量),EFC 商业发展业绩在主力

火电机组占比已超过 70%,已经是一个不小的数字,而且还有进一步扩大的趋

势。若考虑全国火电机组热工控制市场,技术应用前景不可限量。

该技术可应用涉及工业过程控制领域,包括能源工业,制造业,航空业,

农业等,是节能减排,提升控制性能的基础技术,势必引起产业革命。将 EFC

直接嵌入工业控制设备,极大地节省开发成本,直接应用于流程工业改造,推

动工业控制产业变革升级。

如今已在广东火电机组基本普及,

推动了新能源革命进程,可以说新能源

大规模并网的前提是该技术的产生引起,正因为如此,电网调频调峰市场、碳

交易市场等未来商业变革,都是以技术支撑为前提的,进一步推进扩大影响碳

交易、调峰调频市场规模。

可以说,在短时期内,即未来 20-30 年,用该技术能达到最大化减碳的目的,改变目前二氧化碳捕捉封存、电力系统优化改造、先进材料重大突破、抽

水蓄能扩建升级、氢能产业体系等都不能实现短时期的效果,或者根本无从改

有力无处使之困境。

设想,如果该技术在全国全领域的应用推广普及,各行各业控制性能的提

升,就电力系统来说,居民将多余电量并入电网获得收益成为可能,那么由被

动要求居民养成习惯,变成居民主动交易达到节能减排,最终实现减碳之目的,

这是整个社会生活方式改变之杰作

按照贡献大小划分为 4 类:成果创立者为李军和黄卫剑,核心贡献者为朱亚清、潘凤萍、万文军,重要贡献者包括刘昌一、李锋、陈华忠、雷增强、郑少鹏、石上瑶、陈锦攀、李欣、李德波等,其他归为一般贡献者之列。下面对成果创立者、核心贡献者等进行介绍:

李军1962-),男,湖北应城人,工程师,中专,工程最速控制器发明者,

属于技术原创者、技术铺路者,首次发现基于惯性组合滤波器的工程最速控制机

制,完成了从 PID 指数型控制机制到线性最速控制机制的过渡;发明基于工程

最速控制机制的工程最速控制器,参数整定简单,不需要复杂数学计算,彻底

摆脱模型束缚,解决了再热气挡板控制的这一长期存在的世界性难题。

黄卫剑1969 -),男,广东茂名人,教授级高级工程师,学士,工程最

速控制器共同创立者,属于基本控制问题提出者、新技术验证者、商业技术总指

,他提出了高性能控制策略主要存在消除系统稳态偏差性能不高的问题,首

次和连续取得了 EFC 在大型火力发电机组的脱硝控制系统、再热汽温的烟气挡

板控制系统、火电机组 AGC 辅助调频协调控制系统等的成功应用及在广东火电

机组的迅速推广普及。

朱亚清(1975-),男,广东电白人,教授级高级工程师,学士,工程最速控

制器核心贡献者,属于商业技术总设计者、商业系统总集成者,从 2017 年起,

与团队一起成功开发了锅炉再热汽温、锅炉脱硝、火电机组 AGC 辅助调频优化

外挂系统并成功应用。

潘凤萍(1967-),女,河南南阳人,教授级高级工程师,博士,工程最速控

制器核心贡献者,属于商业发展事业领导者,首次完成了 EFC 在水箱实验装置

的验证工作,在推广 EFC 技术在火电热工控制广泛应用做出了重要贡献。

万文军(1974-),男,江西南昌人,高级工程师,工学博士,工程最速控制

器核心贡献者,属于数学问题解决者,首次给出了 ICF 的数学定义和完成了 EFC

在外挂系统的设计和组态工作。

陈锦攀1985-),男,湖南石门人,高级工程师、高级技术经理人(证书

编码:粤高科转 G202008004)、专利代理师(证书编码:4441012),工学硕士,开展新控制思想研究及工程最速控制器专利布局,致力于在电网控制、流程工业等领域大力推广 EFC 运用。已围绕工程最速控制器布局 30 余项重要专利,

在各大媒体平台撰写数 10 篇推广文章以及先后联系各大产业公司对接洽谈 10

余次。

2019 1 —2022 9 月期间,已经签订了 62 台火电机组辅助调频、

汽温控制、脱硝控制外挂控制系统商业应用合同,总计容量 40154MW。助力火

电机组实现调频里程收益累计 82645 万元,在燃煤机组中遥遥领先。

包括 3 个方面:

1、已成熟辅助调频外挂系统直接应用于流程工业改造。以独立项目形式,参与

到火电机组、化学、冶炼等需求单位的流程改造项目中,以技术服务费用结算。

2、以技术合作或许可方式,将 EFC 直接嵌入到各类工业设备控制模块、可编

程设备、各类芯片等中。以入门费加销售提成等形式开展许可计提,具体合作

和许可方式可以商议。

3、以技术入股形式,参与控制模块研发、推广、服务,按股权分红。