智慧电厂信息系统生产管理功能方案

智慧电厂信息系统生产管理功能方案
功能方案是在“统一规划、融合设计、分步实施、注重实效”指导思想下，对智慧电厂的生产信息与管理信息进行再思考、再设计，打破传统信息化系统的人为数据分割，根据应用功能的关联性和管理的需要，进行融合设计，形成以下五大功能部分。

1.1.1.运行工况监视与查询
应包括：数据采集、过程监视、事件记录、实时趋势显示、历史趋势显示和数据查询、实时报警、数据回放、自动报表六个部分。

数据采集对底层控制系统生产过程数据进行采集，统一时标、描述、量纲，在实时/历史数据库中记录生命周期的运行过程信息。

功能如下：
●该模块提供API、OPC、ODBC、COM、TCP/UDP、RS232/485
等丰富技术的通讯接口功能，采集各类型生产控制系
统实时数据；
●数据库标签编码方式、描述、测点量纲等均采用与电
厂一致的方式；
●数据采样间隔时间为秒级，以满足过程监视和分析计
算的要求为准；
●数据采集的测点范围应满足过程监视和分析计算的
要求，可实现灵活组态；
●应提供数据接口的采集状态监视、测点配置等维护功
能，便于系统管理和维护；
●应提供完善的数据缓存功能，以保证数据的完整性和
连续性；
●应支持多种标准通讯规约、私有通讯协议及常用关系
数据库；
●数据采集平台软件应提供开放式的 I/O 驱动程序接
口开发包，可以供用户自行开发采集驱动程序以进
行接口功能扩展，且开发过程简单，代码标准、易调
试，开发周期短，开发的驱动程序稳定、可靠；
●采集系统数据应支持多种实时/历史数据库的数据写
入，包括PI、eDNA、VeStore、iH、Agilor、Insql、
InfoPlus、PHD等。

另外，采集系统数据转发平台也
提供了转发驱动开发包，用户可以针对特定数据库快
速开发出适合自己的数据转发模块。

过程监视
对全厂生产状况进行实时监视，通过生产流程监视图、趋势图、棒状图和参数分类表等多种监视方式实时显示各单
元机组及辅助车间的主要运行参数和设备状态。

可以在各终端上对各生产流程进行统一的监视和查询，实现生产数据信息的共享。

针对运行操作、生产管理及设备管理人员的不同要求，提供了多种完善、灵活的显示方式，对生产过程进行有效的监控，指导相关人员完成生产过程、系统或设备分析，更好地进行操作调整与管理决策。

功能如下：
●提供B/S模式的Web画面展示功能，且画面的切换和
刷新速度很快；
●具备丰富的过程画面显示功能：包括流程图、趋势图、
棒状图、饼图、参数列表、实时仪表盘、实时动画、
等功能强大美观的显示方式，以形象、直观地显示生
产运行工况。

●提供过程画面灵活高效的导航组织功能；
●通过鼠标可点击画面的任何测点形成趋势。

●在过程画面浏览的同时可方便查看测点的相关信息；
●能实现过程画面的历史回放，从而协助进行事故过程
的分析。

●可定义用户关心的主要画面进行巡视。

●可以通过用户自定义的编程实现各种复杂的显示效
果。

●图形、曲线及数据打印功能。

●能实现统一的界面展示方式，对所有工况监视画面，
提供完善的权限管理、配置管理功能；制作的画面具有统一的界面风格，美观大方。

●应具有极强的扩展性、开放性。

画面可随意放大、缩
小、旋转且不会失真。

●需提供灵活的画面绘制与组态功能，提供丰富的基本
图元及绘制操作功能提供专业的图元库。

●需提供功能强大的后台脚本引擎，可以根据需要灵活
配置各种动作和效果，脚本库能够根据需要扩充，可以实现用户丰富的图形展示和交互需求。

●需具有图形组态功能和图形库，可方便生成各种内容
丰富、界面友好的图形画面；
●能与国内外各种主流实时/历史数据库无缝连接，通
用性强，节约投资，方便系统扩充；
事件记录
该软件实现如下主要功能：
●DCS操作员站事件记录的保存
●事件记录的浏览
●事件记录的查询
●过程报警事件
●操作员站操作事件及其它系统事件
●SOE事件
●事件记录打印机接口方式
●操作员站事件记录文件下载方式
实时趋势显示
趋势分析模块从数据库系统获取实时及历史数据，可以根据标签号、标签描述等进行精确查询（模糊查询）实现方便快捷的参数趋势调用，还具有参数的历史回放、参数曲线生成比较、多种趋势显示方式等功能。

功能如下：
●系统可实现多种形式的趋势显示和功能，能满足不同
的层次人员的应用需求；
●支持各种复杂的组合计算；
●支持将多个趋势灵活组织在一起进行分析的能力；
●模块具有很好的组态性和开放性，功能灵活、方便；
●系统预定义的趋势：提供了趋势预定义功能，以趋势
组的方式将重要的、各层管理者共同关心的数据点趋
势进行组织，放在公共区域中，授权用户均可访问这
些事先定制好的趋势；
●即点即得趋势：提供在监视画面上直接利用鼠标点击
产生趋势的功能，可不同画面中的多条趋势组合到一
副趋势图中；
●用户自定义趋势：授权用户可以根据自己关心的信息
测点进行组织，并保存到自己的工作区域内，测点的
组织允许用户按树形方式进行；
●支持完善的趋势显示、分析功能，可满足快速查看趋
势的要求，也可以对数据进行深入细致的分析。

④数据查询
以列表、曲线等方式查询实时/历史数据库中的归档数据，并可方便地按时间/标签检索某一时间段内有关参数的变化情况，譬如生产指标、设备状态、操作记录等。

功能如下：
●应可按一定时间间隔检索各机组全部或部分数据，包
括过程参数、设备状态、报警信息、操作指令等；
●归档数据应可以从任意一台客户机上授权后检索，检
索方式应包括按时间段、按数据标签、按报警情况、
按数值、按状态等，以及上述各项的组合（与、或）。

⑤报警管理
通过一体化平台后台脚本引擎，实现按照预设规则定期自动判断告警触发条件，当符合条件时生成告警信息，通过不同的方式如对话框、短信等方式提示用户。

从而将实时/历史数据转化为运行管理相关的告警信息。

功能如下：
●所提示的信息应包括告警内容、告警时间、告警责任
人、责任人联系方式等必要的信息，便于用户及时处
理故障；
●报警功能依托于后台脚本引擎，分析算法能够实现方
便的扩展；
●报警的发布方式具有多种方式，包括对话框、短消息
等，并且可以针对每一个告警设定权限，方便告警责
任到人；
●提供历史报警信息历史查询，方便查询历史告警记录；
●一体化平台架构，纯B/S方式访问。

⑥数据回放
数据回放部分能实现历史某一阶段的快速回放，从而帮助用户分析设备运行情况和查找故障发展和演变过程。

功能如下：
●能够结合系统内任一过程画面展示的内容，查询其中
各参数历史某一时间段的演化情况，真正实现运行快
照连续再现。

●能够认为调整回放数据精度，最细可以实现每秒取样
的精度；回放播放能够实现快放、慢放、定格等操作；
能够随时看到历史回放的具体时刻，为用户分析提供
了最大便利。

●能够将取样的数据导入/导出为文件，便于拷贝、转移
以及后续分析时使用。

⑦自动报表
针对现代电力企业的管理特点和需求，根据需要灵活方便地生成各种统计报表。

该模块的主要功能包括：
●报表配置功能：通过Excel报表模板文件，定义报表
的样式，通过xml配置文件，对Excel报表单元格进
行测点信息的配置。

●报表发布配置：可以对报表进行分组、分类，然后发
布到B/S和C/S。

●定时报表生成服务：可以灵活配置自动生成报表的时
间和策略，支持日报（每天生成一次）、月报（每月生
成一次）、年报（每年生成一次）。

●支持多种报表，包括：运行报表、班报、日报、月报
和年报、经济指标报表、考核指标报表等类型的报表。

●报表发布功能：可以通过B/S进行发布，方便用户浏
览、查询、下载、生成、删除和修改报表。

●具有强大的报表组态功能：可以定义报表的计算类型、
样式、计算模式等，从而形成各种不同需求的报表。

●强大的后台脚本引擎的支持，可以实现复杂的报表统
计算法。

●制作的报表美观、实用。

1.1.
2.运行统计与考核
该模块应该具备使运行人员在监盘调整的同时能清晰地看到自己所管辖机组和所在单元各项指标的完成情况，以及各岗位人员在此指标下的个人收入状况。

同时各级管理人员随时可看到运行机组的参数及奖罚情况，以其指标得分情况分析判断各运行值别的工作质量。

把运行人员--机组主要参数--个人收入之间通过运行考核系统紧密地结合在一起。

⑴具体功能如下：
●应具有灵活多样的设置功能，可以满足不同现场情况
对于该功能模块的不同要求。

在绩效考核的内容、方
式、方法设置方面，提供完善的前端界面和灵活的设
置手段。

可以满足多个机组、多个指标、多种方式近
乎随意的设置，最大限度的保证系统应用的简便、快
捷。

●能对每个测点数据进行验证，以校验测点数据是否有
效，从而确保考核结果的准确无误。

●根据指标考核周期，系统自动进行数据采集与处理，
并实现指标计算、考核评分，最后保存指标考核数据。

●支持免考时段设置和手工录入数据，能对任意指标任
意时间段进行重新考核，确保考核数据的正确。

●采用实时考核的方式，实时计算指标最优运行区间，
达到实时指导的效果；支持定时（每月）和动态考核
模型调整(如指标目标值)，及时反映机组当前所能达到的最佳工况
●支持不同工况（如负荷）下指标目标值的计算，算法
包括经验公式法、插值法和定制的任意算法。

●支持批量和单个考核条件的设置（如负荷率大于50%），
支持考核区间划分评分和得分公式评分等。

●支持指标实时值、平均值、最大值、最小值、增量值、
积分值等多种考核数据类型，支持自定义算法。

●能够根据倒班表和值班时间表进行统计查询，实现各
个指标、指标总分的排名，包括每个机组的各个值次的排名、每个单元各个值次的排名、所有机组各个值次的排名等。

●能根据月度奖金和奖金分配规则，按指标考核的排名
先后分配各部分奖金到各个岗位，最后分配到各个运行人员。

结合指标的实时考核与实时排名，可以实现奖金的实时计算和展示。

●支持全面的精细统计查询。

（2）考核内容要求：
●安全性考核：基于安全性的考核，如为防止设备受损
的参数（主汽温、汽压、炉膛负压等）越限情况（次数、强度、极值等）考核；可以按值、天、月、季、年等方式分别查询，形成各种报表，方便对运行的监
督管理；也可以根据用户需要，可将其转换为量化考
核指标。

经济性考核：基于经济性的考核，如运行小指标考核、经济指标考核等；将标准煤耗、厂用电率等大的计划
指标，按工种、设备、岗位层层分解成具体的技术经
济小指标，并将其落实到车间、班组及个人，定期检
查与评比。

1.1.3.性能计算
性能计算模块利用高效有序的数值计算引擎，对面向具体设备、系统、机组搭建的性能数学模型模块进行在线计算，量化其各项性能参数，从而达到性能监测的目的。

性能计算主要包括机组级指标计算和全厂指标计算：
机组级性能计算指标包括：反平衡锅炉热效率、排烟热损失、化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失；空气预热器漏风率、空气预热器效率；给水泵汽轮机用汽量、辅汽用汽量、轴封漏汽量、汽轮机的各段抽汽流量；正平衡和反平衡的发电标准煤耗、正平衡和反平衡的供电标准煤耗；汽轮机热耗率、汽轮机内效率、高压缸效率、中压缸效率、各加热器上下端差、机组补水率、凝结水过冷度、凝汽器端差等；厂用电率；主要辅机
电耗率；主要辅机的单耗。

对于供热机组，计算指标还包括：供热量、供热比、热电比、供热煤耗等。

厂级性能指标包括：全厂发电量、全厂厂用电量、全厂负荷率、全厂热耗率、全厂汽耗率、全厂供电煤耗、全厂发电煤耗、全厂厂用电率、全厂补水率、全厂锅炉效率等。

对于供热机组，计算指标还包括：全厂供热量、供全厂热煤耗等。

1.1.4.耗差分析
耗差分析模块针对热力系统设计、设备状况、运行环境（负荷和背压）、运行方式及控制水平五大类原因造成的煤耗偏差做出精确分析。

耗差分析包括可控耗差和不可控耗差指标计算。

可控耗差包括：主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热汽温度、锅炉排烟温度、烟气含氧量、飞灰含碳量、给水泵汽轮机用汽量或者电动给水泵用电量、厂用电率、凝汽器真空、锅炉给水温度、各加热器端差、过热器减温水流量、再热器减温水流量。

不可控耗差包括：再热器压损、燃料发热量、高压缸效率、中压缸效率、辅助蒸汽用汽量、机组补水率、凝结水过冷度、轴封漏汽量等。

1.1.5.运行优化
应包括：工况分析、吹灰优化、锅炉燃烧优化、凝汽器冷端优化、启停优化五个部分。

（1）工况分析
该模块能记录典型工况下主要参数、设备状态及效率等；典型工况分析与建模；通过工况分析模块对各机组运行情况进行查看、分析，以数据、图表的形式向用户展示查询、分析的结果，从而辅助运行人员进行最优的运行操作指导。

具体功能如下：
●自动建立机组在不同煤质和环境下的，负荷40％MCR、
50％MCR、60％MCR、70％MCR、80％MCR、90％MCR、100％
MCR的典型工况数据库；
●实时运行工况与历史最优工况进行全方位地对比分
析，找出当前工况与历史最优工况的差异，找出经济
性、安全性、环保性指标最优的情况，从而作为运行
优化的辅助指导；
●方便地查询历史的最优工况情况；
●提供很强的工况趋势分析功能，可以对不同的工况进
行深入分析，以掌握机组运行的各种规律；
●可以和试验工况和设计工况进行差异对比和分析；
●软件使用方便，提供很强的配置和组态功能。

●对于运行优化的决策有指导和辅助决策价值。

（2）吹灰优化
对各主要对流受热面的积灰结渣，锅炉炉膛出口温度进行在线监测和分析计算，并实时显示分析结果。

同时以机组设计和正常运行工况为基准，从炉膛清洁度对机组效率影响的角度定量查找机组运行能耗率高于设计能耗率的原因，从而为系统设备的维护，检修以及运行参数的调整提供指导和决策，实现锅炉受热面的优化吹灰和锅炉炉内燃烧工况运行指导，最终达到节能降耗、提高机组运行经济性和安全性的目的。

具体功能如下：
●能实时监测准确显示热效率及各项热损失；
●能实时监测准确显示各受热面的污染率；
●提供的吹灰优化指导，避免该吹时不吹、不该吹时继
续吹扫的不合理吹灰方法能对现场减少爆管，提高安
全运行性能有很好的帮助；
●能实时监测准确显示锅炉内部的烟气温度分布；
●能实时监测准确显示不可信测量参数显示；
●能准确显示实时数据和历史图形、曲线；能够实时对
机组运行、监测参数和计算结果等进行储存，查询及
统计报表。

●提供对锅炉受热面：锅炉炉膛、屏过、高过、高再、
低再、低过、省煤器、空气预热器等全面的锅炉污染
率监测；
●实现各受热面污染程度的量化和“可视化”。

通过提供
受热面“污染率”界面显示，能够根据受热面积灰特
性和运行状况，实时准确反映炉内各受热面污染状态
并对实时对运行人员提出优化吹灰指导；
（3）锅炉燃烧优化
可从机组硬件测量设备、优化模型和闭环控制三个方面进行综合开发。

对煤粉管道进行相应改造，在磨煤机出口煤粉管道上加装煤粉分散器和相应的控制阀门装置或者加装煤粉流量平衡阀，优化煤粉从磨煤机到燃烧器的分布，准确地平衡煤粉和空气流量，改善煤粉分配，提高锅炉性能；引进国外先进的测量器件对风、粉、煤、灰等参数进行精确测量，为燃烧优化控制系统的成功运行奠定坚实的基础；可采用基于工况划分的数据建模方法建立锅炉燃烧模型，通过最佳运行模式规则的数据挖掘，寻找最优化工况（低NOx燃烧工况），智能地选择合适的锅炉控制参数的组合模式，以此为基础优化现有DCS控制逻辑，采用规则控制替代现有的反馈控制，达到NOx排放与锅炉效率二元优化目标的最优化闭环控制。

（4）凝汽器冷端优化
在凝汽器真空耗进行综合分析，在分析机组冷端总耗差值的基础上，对汽轮机冷端系统，包括凝汽器、冷却塔、循环水泵、汽轮机低压末机组等子系统的数学建模的基础上，实现各子系统的运行状态监测、定速循环水泵运行方式、最佳真空的定值优化等功能。

（5）启停优化
能对机组启停参数及操作过程的分析，对照有关设备和系统标准曲线参数进行启停评估，建立不同工况下的启停优化方案，指导运行人员以最经济最安全的方式进行操作。

主要功能包括：
●可以实时对比当前启停过程和历史最优、标准启停过
程存在的差异；
●可以分析历史启停和历史最优、标准启停过程存在的
差异；
●提供完整的启停过程各项消耗的统计结果；
●可提供启停过程的评估，包括机组启动时间、辅机启
停时机、曲线、燃油、厂用电、金属超温等。

1.1.6.负荷优化分配
传统的自动发电控制（AGC）是根据中调负荷指令来调整单元机组的出力。

随着电力市场的发展，发电企业在机组负荷分配方面将有一定的自主权，以利于全厂整体效益的提
高。

在此背景下，中调下达的负荷指令将不是针对单个机组，而是针对全厂的总负荷指令。

负荷优化分配模块在保证机组安全和满足电网负荷要求的前提下，通过综合分析进行负荷二次分配。

最大限度地减少机组主、辅机设备的寿命损耗，降低全厂供电煤耗，以提高全厂的运行效率。

主要功能包括：
●负荷指令的接受功能：支持操作员输入指令模式、
96/288点负荷曲线模式和NCS、AGC或其他生产调度
指令三种运行模式。

●能对信号判断与故障处理功能，避免出现错误的负荷
调度；
●具备准确实用的煤耗特性曲线确定方法，通过优化统
计方法实现机组煤耗率特性曲线的准确评估方法；
●充分考虑机组出力限制，实现多约束条件下极值求解
问题；
●多种约束条件下的动态规划负荷优化分配算法。

●结合机组主、辅机运行状况及其他安全因素，利用科
学的分配方法，在保证机组安全和满足电网负荷要求
的前提下，通过综合分析进行负荷二次分配。

●自动生成各台机组的运行负荷曲线和负荷分配建议，
以直观、友好的界面反馈给用户（值长站、监控站）；
●分配结果可以进行显示打印，也可以经过值长确认后
传送到机组协调控制系统。

1.1.7.控制系统优化
随着机组自动化程度的不断提高，控制系统的调节品质对机组安全、稳定、经济运行起到越来越重要的作用。

尽管近年来现代控制理论发展很快，而且计算机的迅速发展为复杂控制器的实现提供了必要的硬件基础，但在工业控制中广泛采用的仍是PID控制器。

但是，实际工业过程控制中PID控制器的参数常常处于非“最优”状态，这些参数通常是凭经验整定出的，因而控制效果不能达到最佳。

尽管目前已有很多整定方法，但大多局限于理论研究，还不为调试人员采用。

具有的功能如下：
●提供过程模型辨识方法，可以很方便地获得系统模型
并进行验证；
●给出整定方法的自动实现，用户只需输入所辩识的过
程模型，即可实现参数整定；
●能实现PID参数和实际控制系统DCS的PID参数进行
快速转换；
●可比较各种整定方法优劣，从而为整定实际PID控制
器参数提供参考；
●提供的算法理论应先进且实用，算法应通过了反复的
理论和实际数据的验证；
●闭环辨识可以在不切除自动的情况下可获得过程的传
递函数数学模型，便于进行控制系统的优化调整；
●具备数据采集与存储功能；
●具备传递函数开环辨识功能；
●具备传递函数闭环辨识功能；
●控制器参数整定功能。

1.1.8.应力与寿命管理
能根据工艺系统和设备本体参数的变化，对工作在恶劣环境下的重要部件和设备进行应力计算、分析和预测；也可按一定周期对过程的历史数据进行评估并将计算结果存储、积累起来，以便从中推导出总体损坏因数，为机组（设备）状态检修提供参考。

设备应包括汽包、管道、换热面（过热器、再热器、省煤器、除氧器）、转子、汽缸、螺栓等。

具体功能如下：
●实时转子温度场计算；
●实时汽缸温度场计算；
●汽轮机部件寿命评估；
●汽包应力与寿命计算；
●联箱应力与寿命计算；
●实时转子温度场和应力计算。

1.1.9.设备状态监测与故障诊断
提供基于数据库和专家系统的主机和主要辅机以及辅助系统故障诊断功能，通过实时分析出主机设备的故障原因、故障点，并提供排除故障的处理办法，通过诊断软件，能够实时分析出主、辅机设备的故障原因，故障点并提供排除故障的处理办法。

通过对设备参数的全过程监控与故障诊断，为设备状态检修提供决策支持。

具体功能如下：
●应进行设备启/停统计，累计运行时间；监测设备参数变化情况，应包括：历史记录、参数曲线等，应根据累计运行时间、劣化状况，提供状态检修决策支持，设备检修提示。

●设备性能预测，应进行安全余量计算以及劣化分析，结合各主要部件的原始资料、历次缺陷情况、有无返修情况等设备基础资料，分析主机和主要辅机设备的故障原因，并能通过设备基础资料的分析预测可能出现的故障情况，通知运行操作人员。

并进行设备故障预报警；
●主机和主要辅机故障诊断，应监视主、辅设备运行参数，当运行参数偏离正常值时，分析其原因，以此为基础进。