数字化发电厂建设探讨

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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21世纪信息技术的迅猛发展为中国电力带来了前所未有的机遇和挑战。在信息技术的驱动下，作为国家基础设施产业的电力工业，本着“信息化带动工业化，工业化促进信息化”的方针，正由传统工业向高度集约化、高度知识化、高度技术化工业转变，实现电力企业生产运营的现代化、电力管理的数字化，信息化已迫在眉睫。

一、火电厂信息技术发展概况

中国电力系统的信息化从20世纪60年代开始起步，那时主要集中在发电厂和变电站自动监测/监制方面。20世纪80至90年代开始进入电力系统专项业务应用，涉及电网调度自动化、电力负荷控制、计算机辅助设计、计算机仿真等系统的使用。20世纪90年代后，信息技术得到了进一步的综合应用，以图形为界面、网络和数据库为支撑的管理信息系统逐步在电力企业中推广，计算机控制技术也在发电厂控制系统中得到了广泛应用，电力行业信息化实现了跨跃式发展，信息技术的应用达到了前所未有的深度和广度。

虽然我国电力行业的信息化建设有了一定的规模，电力企业的网络已普遍建立，但仍存在计算机应用系统的分散，信息无法共享的现象。

二、数字化火电厂建设思路的探讨

2.1数字化管理

数字化管理是指利用计算机、通信、网络、人工智能等技术，量化管理对象与管理行为，实现计划、组织、协调、服务、创新等职能的管理活动和管理方法的总称。数字化管理有2层基本涵义：一是企业管理的活动是基于网络实现的，企业的知识资源、信息资源和财富可数字化；二是运用量化管理技术来解决企业的管理问题，即管理的可计算性。

2.2探讨建设数字化火电厂

通过对发电企业数字化管理的研究并结合公司实际情况,提出了按照2个平台、3个管理区域的概念逐步建设数字化火电厂的初步想法。公司为大型发电企业，公司有8台发电机组，总容量120万kW。

（1）两个平台。

1）网络平台的建设及完善。公司网络系统始建于1998年，采用的是主干100M快速以太网，中心交换机为BayAccelar1200。随着网络应用的日益扩大，网络信息量迅速增加，大部分网络设备达到了满负荷，百兆骨干网已经形成瓶颈，严重制约了整个信息系统的发展。针对以上情况，公司于2002年下半年开始进行网络改造。为了保证网络的实用性、先进性与一致性，在改造工程中，主干网络升至1000M，100M到桌面。根据国家电力监管委员会2004年12月公布的《电力二次系统安全防护规定》的要求，建立了独立的电力调度数据网。该网基于MPLSVPN技术、采用独立网络设备和专用物理通道组网，并与其他网络实现物理隔离。由于火电厂存在个别办公地点较分散，边远设备及边远值班点较多等问题，如污水泵房、换热站及部分三产公司等；同时基于无线网络方便灵活的特点，综合考虑性价比后，于2003年10月架设了无线局域网，作为有线网络的补充，用以解决信息孤岛的问题。随着网络应用的逐步深入，生产区域的网络安全问题日益重要，为进一步完善网络管理，充分保证生产控制区域的绝对安全，于2005年单独隔离生产区域网络，做为SIS网络的基础。SIS系统是由网络通讯系统、服务器、工作站、存储设备、网络安全设备、接口设备、操作系统、数据库系统等集成起来的一个独立网络，为实现SIS各项功能建立的一个专用网络运行平台。至此，公司所有信息点全部实现分类联网，信息交换速度有了极大的提高，网络运行安全可靠，为建设数字化发电厂搭建了稳固的网络硬件平台。

2）数据库平台。发电厂是一个复杂的系统，从设计、建设到运行的每个阶段，都密切相关又有不同的规律，所以数据库平台的选择要统筹考虑。发电厂的数据信息主要分2大类，非实时数据和实时数据。非实时数据来自设计、建设及运行阶段的办公信息，包含以设计、竣工技术资料为对象的图档数据、项目管理过程中产生的工程质量、验收结果、费用等文件和日常办公数据。实时数据来自发电机组及其辅助控制系统，包含各种设备的开关量、模拟量及设备状态等信息。针对火电厂信息数据分类的特点，建立了存储实时数据的PI数据库及存储非实时数据的关系数据库（SQL）。对来自生产现场的实时数据统一进入PI数据库。PI是一套基于C/S的软件应用平台，是用于过程工业全厂信息集成的数据库平台。它能够以数据原型的方式长期在线储存所有的生产数据，满足快速、高效地数据采集、存储和显示的要求。同时为下一步开发SIS系统提供了统一的数据库平台。对非实时数据，建立统一的SQL。同时通过PI-ODBC、PI-SDK等接口实现了PI与SQL的无缝连接，充分保证了数据的安全性和可靠性。

（2）三个管理区域。

1）生产控制区（DCS、RTU、FAG）。指生产过程的直接控制和数据采集的区域,包括机组DCS、水、煤、灰（渣、尘）等辅助控制系统及RTU、FAG等信息采集系统。该区直接提供生产设备的实时运行信息，是生产实时数据的原始来源。

2）厂级监控区（SIS）。是基于PI实时数据库平台的发电厂专用的一种信息系统，用以整合电厂各机组、辅助车间的实时生产信息，并为运行管理提供基于优化分析的实时生产指导，是介于机、炉、电、热等底区系统和管理信息系统之间的“管理控制中间件”。简单说，SIS系统是实现DCS系统到管理信息系统MIS的桥梁，一般包括5大核心功能：过程监视、性能计算、优化分析和操作指导、事故诊断、负荷分配。它可以降低发电成本、提高安全系数，从而提高电厂的整体效益。SIS系统对于中国电力来说是一个崭新的课题，目前大部分火电厂都持观望态度。基于这种情况，公司一直积极收集多方资料，认真考察各种优化计算的数学模型及应用效果，力争寻求zui佳的解决方案。

3）综合管理区（MIS）。MIS的建设是一个形成系统的过程，但在开发过程中，许多出于局部利益的问题影响了系统的统一性。随着企业的不断发展，管理理念发生了变化，企业的管理信息系统也随之改变。zui初的MIS系统仅仅是企业的一个管理业务的模拟，而现在的管理信息系统要对企业的生产和管理的全过程实施管理，包括：物资信息、管理信息以及资金信息等，它包括生产过程管理的优化、人才资源和资金的管理优化、物资资源的合理利用、成本核算等。同时根据企业的实际情况,对经营目标、生产目标和发展规划提出管理要求，对整个企业形成闭环管理，寻求整体zui优管理。该区是建设数字化电厂的始点，也是终点。随着公司现代化管理水平的提高，部分原有的信息应用系统已经不能适应公司发展的需要。根据发展规划，我公司重新组织开发了管理信息系统，并对原有子系统进行了整合，包括：设备管理、物资管理、财务管理、人事管理、运行管理、班组管理、生产日报、计划管理、图库管理等模块，大大提高了公司的综合管理水平，促进了企业新的机制的形成，真正把信息化建设与企业经济效益紧密地在一起。

三、在建设数字化火电厂过程中遇到的具体困难

3.1设备级数字化问题

由于受部分老机组自动化程度的限制，部分设备尤其是辅助设备的数字化水平有待提高。如各辅机的轴承振动、润滑油温、电度等数据均未能进入DCS，仍然靠人工定时测量并抄录，无法满足设备实时性能计算、故障诊断及状态检修的要求。

解决方法：

1）通过软件接口（PIManualLogger）由相关专业运行人员定时将设备数据手工送入PI数据库。逐渐发现该方法虽然可以暂时解决问题，但实时性差，不符合数字化电厂实时性能计算的要求。

2）辅机系统作为一个单独的控制系统，通过标准接口，直接将实时数据送入PI数据库，避免了DCS过于复杂，又保证了小系统的简单可靠及数字化控制。

3.2运行优化技术的不成熟

总体看，火电厂运行优化技术还不十分成熟。由于涉及设备较多，各电厂运行方式不同，优化指标不尽相同，优化目标值及修正系数的确定与个人经验有很大关系，故寻求统一的优化算法有一定困难。另一方面，运行优化技术与厂级监控区域的建设水平相互制约，厂级监控系统的建设，可提供更为高效的在线试验手段，从而推进运行优化技术的进步。

3.3逐步实现现场总线控制系统的应用

现场总线是用于过程自动化和制造自动化zui底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络,是现场通信网络与控制系统的集成。其本质是全新的第5代自动控制系统，是开放式的控制网络。

现场总线系统有3大特点：1）全数字：现场级的测控设备都有各自的处理器、输出全是串行的数字码。2）全开放：以统一标准来规范系统部件的接口、外部连接和相互通信，实现即接即用；不同品牌的同类设备可互换，实现设备供应通用化。3）全分散：常规控制功能下移给智能化的现场级设备，实现彻底的分布式控制。由于我公司老机组及小容量机组较多，要部分或全面实现现场总线控制还需要进一步的全面论证。

四、结束语

数字化发电厂就是用先进的信息技术和管理思想对发电厂全部管理活动进行规划设计,使信息技术与工业技术、管理技术全面融合,从而实现管理的可计算性和数字化，达到提高企业综合经济效益、增强企业竞争力的目的。我公司正是基于以上认识，力争通过先进的管理思想、科学的管理方法来提升企业的综合竞争力，与时俱进，全力打造数字化火电厂。

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