数值化电厂.doc

数字化电厂的建设目标与关键技术 ????????? 2007年11月 ? 近年来，发电企业正面临着前所未有的深刻变化。首先，是电力市场化改革所带来的企业竞争加剧和企业业务流程重组。其次，节能和环保问题的日益突出需要新的生产方式和设备来解决。同时，生产规模日益扩大使得生产过程更加复杂。当前这种发展形势迫切需要改变企业运营方式、提高信息处理效率、增强系统控制能力。这些都对发电企业的信息化提出了更高的要求。发电企业的信息化是当前和今后较长一段时间内的一项重要任务。数字化是信息化的基础，因此当前建立数字化电厂正是当务之急。 本报告首先分析发电厂信息化建设的现状和存在的问题，然后介绍了数字化电厂的建设目标，对数字化电厂的价值进行了评价，然后分析了当前数字化电厂已经具备的技术条件，提出了实现数字化电厂目标应具备的关键的技术，最后，提出了数字化电厂的三个发展阶段。 1．发电厂工作内容 对发电厂的描述需要从三个角度进行：第一个是从生产运行过程的角度（横向的角度），第二个是从经营管理过程的角度描述（纵向的角度），第三个是从电厂实体全寿命周期的角度（时间的角度）。 从生产运行过程的角度描述，发电厂的运行控制工作包括：锅炉、汽机等主系统、十几个辅助车间系统、电厂电气系统、电厂仿真系统。描述发电厂运行控制、检修维护、安全管理等动态的处理过程。这些子系统在控制方式、控制周期、耦合程度等多方面都存在着明显的差异。其中需要特别指出的是，由于现在发电厂日益复杂化、自动化，不经过仿真培训，根本不能上岗运行，因此几乎每个拥有600MW以上机组的电厂都专门配置了仿真系统。因此仿真系统的重要性日益突出，要求也越来越高。 从经营管理过程的角度描述，发电厂的管理工作包括：生产、人事、财务、物资等方面。这些工作的信息化数据种类繁多，数据结构复杂，但是都是相对静态的数据，数据交换过程少。经营管理的信息化不仅是一个办公自动化的过程，而且应该起到辅助决策的作用，从而有助于提高生产效率。 从电厂实体全寿命周期的角度描述，发电厂由各种设施、设备、装置等静态实体的构成，因此需要描述这些设备和装置的空间组成和装配情况。同时电厂的寿命周期包括前期规划、电厂设计、设备制造、施工调试、生产运行和检修维护、发电结束等六个过程。由于发电厂投资巨大，建设、运营周期较长，设备种类繁多，因此如何缩短基建阶段工期，降低工程造价、优化设备维护、保证安全经济拆除，这些问题都对信息化提出了很高要求。 2．发电厂现状和存在的问题 当前发电厂的信息化系统主要存在以下方面的问题： ①?????? 各控制系统数据交换困难、可靠性差、可维护性差； ②?????? 需要大量运行人员； ③?????? 检修维护工作复杂； ④?????? 仿真系统仿真度低，建立维护复杂，仿真系统不能配合系统优化； ⑤?????? SIS的数据库昂贵，与DCS通信复杂，SIS的价值没能完全体现； ⑥?????? MIS对生产过程的缺乏管理； ⑦?????? 设备原始资料查询困难。 （１）全厂控制一体化 发电厂生产运行过程包括锅炉汽机等主机系统、电厂电气系统、以及大大小小十几个辅助车间系统。这些子系统的运行是需要进行数据交换的，有的子系统之间传递的是重要的保护信号，还有一些子系统之间要求快速的数据交换，而且其中一些子系统之间存在着耦合的情况。 但是，当前这些生产过程的运行控制仍然是各自分离的。虽然分散控制系统（DCS）的功能已经得到很大发展，但在大多数发电厂中，DCS仍然只负责锅炉、汽机等主机系统的控制。不少发电厂的汽轮机电液调节保护系统（DEH）采用了独立的DCS进行控制。电气部分则是由基于一系列保护测控智能装置的专用监控系统构成的，称之为网络计算机监控系统（NCS）或电气综合自动化系统（ECS）。众多的辅助车间系统则是由各种PLC来控制的，在一些电厂，甚至不同的辅助车间系统采用了不同的PLC控制。 PLC是基于独立控制设备发展起来的，较少考虑对外通讯能力，因此目前大多数PLC对外数据交换能力仍然较弱，同时PLC较少考虑冗余处理，这就造成了PLC与DCS的数据交换能力不对称。现在PLC常见的与外部通信协议主要有：RS-485、MODBUS、OPC等，而且各种PLC有各自的应用层协议。这些协议与DCS之间的通信存在着通信连接方式复杂，速度慢，可靠性差等问题。而且在电厂中随着时间推移，历次改造或上新设备，往往会采用一些新的PLC，因此在一个发电厂中，多种PLC并存的现象非常普遍，这些PLC都要与DCS进行数据交换，大大增加了数据交换的复杂程度。 在大多数发电厂，电气控制系统是独立的，与DCS之间的连接的数据交换需要通过专门的交换设备才能够进行。在这种情况下，电气系统与DCS时间标签（简称“时标”）无法做到毫秒级的统一，由此造成来自电气的时标与本体