数字化电厂解决方案及其应用

&(" 和 )&* " 最 终 将 实 现 ." 和 )&* 的 闭 环 " 将 )&* 优 化 的 控 制 方 案 或 控 制 参 数 闭 环 反 馈 到 ."$ &(" 是仿真技术发展的最新成果 " 通过高精度仿真
模型实时在线仿真 " 为 )&* 和 $&/ 提供反映系统 状态的大量信息 " 特别 是 无 法 测 量 的 中 间 变 量 " 用 于控制优化 % 状态分析 % 故 障 诊 断 及 系 统 调 试 等 $
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中 国 电 力
也可集成其他厂商提供的控制系统 ! 通过网络通信 实现数据共享 "
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生产优化与分析系统 !()* "
!"# 利用共享数据库的共享数据 ! 对机组的状
态 # 设备性能进行分析计算 ! 其功能见图 $ "
ຫໍສະໝຸດ Baidu图"
()* 的功能构成
图’
,)- 的功能构成
!"# 的主要功能包括 $
线仿真系统 % 生产优化与分析系统 % 管理在线决策系统的数据共享 " 用丰富的共享信息为电厂提供经济性 分析 % 运行指导 % 控制优化 % 设备状态分析 % 故障诊断 % 在线安全分析 % 管理决策支持等功能 " 提高电厂 运行的安全性和经济性 " 并给出实施应用的实例 $ 关键词 ! 数字化电厂 ( 在线仿真 ( 生产优化与分析 ( 管理在线决策 中图分类号 ! 12345( 1)56789 文献标识码 ! : 文章编号 ! !""#$%&#% &’""( ’7;$""!<$"<
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控制系统 %*’ $
科英支撑平台支持仿真# 控制同平台开发 #运
行 ! 其优点是实现仿真系统和控制系统数据的完全 共享 ! 可增强传统控制系统的性能 " $, % 获得难测量和其他特性参数 & 电厂存在目前 技术还难以在线测量的参数 ! 这些难测参数和设备 # 系统的其他性能参数可充分利用仿真模型进行实时 计算 ! 用于自动控制 ! 解决控制领域长期存在的一些 难题 " $0 % 基于仿真的自学习和寻优 & 可实现基于仿真 的自学习和自寻优控制 ! 提高控制系统的适应性和 稳定性 " 自学习包括对历史数据和实时数据的学习 " $1 % 在 线 决 策 控 制 & 在 线 决 策 控 制 是 在 仿 真 # 控 制同平台技术基础上提出的 " 在线决策控制用于多 变量 # 强耦合 # 大延时 # 工况变化复杂的系统 ! 根据系 统工作状态和输入输出参数的变化 ! 在线决策控制 策略和控制参数 " 该方法已成功应用于钢球磨制粉 控制系统 " 在数字化电厂方案中 ! 可采用亚仿公司的产品 !
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业管理层与运行控制间的桥梁 ! 使企业管理 层 随 时 随 地 通 过 企 业 !"#$%"&#’ !"#&$"&# 实 时 了 解 各 机 组 的 运 行 情 况 ! 获得决策所需的种种支持信息 " ()* 将企业的 信息进行集中处理 # 组织与分发 ! 完成电厂经济信息 管理和在线成本计算 # 竞价决策 # 燃料管理等功能 "
作者简介 ! 游景玉 &7959$ ’" 女 " 福建福州人 " 国家仿真控制工程技术研究中心主任 " 广东亚仿科技股份有限公司总裁 " 高级工程师 & 教授级 ’" 从事电厂热工自动控制 % 过程计算机和仿真机的研究开发 # ?!@ABC )ADEFGHIGHBJA8GK@
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游景玉等 ! 数字化电厂解决方案及其应用
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解决方案
数字化电厂方案的基本思路是利用科英
&"#$%&#’ ’ 三 位 一 体 支 撑 平 台 " 建 立 实 时 共 享 数 据 库 " 接收现场测量数据及控制系统数据 % 在线仿真系 统实时计算的数据及生产管理数据 " 使实时共享数 据库成为公共数据接口 " 实现信息的全面共享 $ 从功 能 上 分 " 方 案 由 控 制 系 统 &%" ’% 在 线 仿 真 系 统 &&(" ’% 生 产 优 化 与 分 析 系 统 &)&*’ 及 管 理 在 线 决 收稿日期 ! ’""5$7=$7> " 修回日期 ! ’""5$7=$;;
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在线仿真系统 "+-’ $
与传统的离线仿真系统相比 ! 在线仿真在技术
上的重大突破就是实现了仿真系统与被仿真对象实 现有机连接与同步运行 " 电厂的在线仿真通过控制 系统与仿真系统的数据共享直接取得现场运行状态 和操作指令 ! 并实时地对当前状态进行仿真计算 # 分 析与预警 ! 为在线安全监 视 # 经 济 性 计 算 # 故 障 诊 断 提供在线的 # 智能化的辅助信息 ! 确保运行安全 " 同 时用于生产优化和管理决策支持 ! 使电厂管理和生 产有了最及时和科学的决策依据 " 在线仿真系统的功能 $ 见图 0 % 包括 &$, % 在线仿 真数据采集 # 分析 ’$0 % 运 行 状 态 初 始 化 ’$1 % 高 精 度 的电厂全物理过程的仿真 ’$2 % 针对工况变化和设备 性能变化的自学习 ’$3 % 机组设备和系统特征参数的
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科英三位一体支撑环境 "’()*+(, #
科英三位一体支撑平台是支持控制 # 仿真和信
息系统的设计 # 开发 # 运 行 的 大 型 支 撑 软 件 ! 其 核 心 是实时共享数据库 " 共享数据库也是数字化电厂的 信息交换枢纽 ! 为 +)% 和 ()* 提供大量 # 安全的信 息 " 科英平台的主要功能概括如下 " $, % 开发管理系统 & 对整个数字化系统开发进行 控制和管理 ! 使系统能建立多个独立的开发系统 ! 支 持多人并行开发或多人合作开发 " 同时 ! 统一管理下 的 +)% #)-. 和 /. 可 互 相 作 为 调 试 和 测 试 的 辅 助 支持系统 " $0 % 实时共享数据库管理 & 实时共享数据库是科 英三位一体支撑平台的基础 ! 通过实时共享数据库 ! 实现 /. #)-. 及 +)% 系统数据采集和传输的功能 " 科英三位一体支撑平台提供应用系统的核心数据环 境 ! 包括实时共享数据库控制 # 编辑 # 组态等 " $1 % 历史数据库管理 & 科英支撑平台包括功能强 大的历史数据库 ! 采用增量存储和历史压缩存储技 术 ! 可存储和查询长达 , 年的历史数据 " 另外 ! 开发 了多种数据查询接口供 )-. #+)% #()* 调用 " $2 % 支 持 多 系 统 同 平 台 运 行 & 科 英 平 台 支 持 仿 真系统 # 控制系统 和 生 产 优 化 与 决 策 系 统 的 同 平 台 运行 " $3 % 在 线 仿 真 支 撑 工 具 & 主 要 包 括 自 动 编 程 工 具 # 程序编辑工具 # 仿真编译工具 # 仿真连接工具 # 离 线和在线调试工具及仿真运行支撑模块等 " $4 % 控 制 系 统 开 发 工 具 & 主 要 包 括 逻 辑 控 制 组 态工具和监控画面 组 态 工 具 ! 是 仿 真 和 控 制 公 用 的 工具 " 图$
在线计算 ’$4 % 在 线 实 时 # 同 步 仿 真 运 行 ’$5 % 异 常 事 件预测和安全预警 ’$6 % 控制系统研究 ’$7 %*/. 组态 转换与 仿 真 ’$,8 % 在 线 仿 真 控 制 及 在 线 信 息 显 示 ’ $,, % 仿 真 运 行 研 究 ’$,0 % 重 演 历 史 运 行 过 程 和 演 绎 系统未来的发展趋势 "
+-’ 的功能构成
)-. 在科英平台上实现开发 # 运行 ! 为更好地发
挥仿真技术作用 ! 设计了 1 种不同的运行模式 ! 即 在线同步仿真模式 # 离线分析仿真模式和在线预测 仿真模式 " 1 种模式可同时运行 "
)-. 包括在线参数安全监督模型软件 ! 通过分
级的参数连续监督 ! 及时发现参数异常 ! 启动异常分 析专家系统 ! 分析异常原因 " 该专家系统是通过仿真 模型计算各种异常 # 故障和事故过程而建立的 ! 以实 现严防死守电厂安全 "
%% & 在线性能分析系统 $ 确定主 # 辅机及热力系 统运行参数和运行方式的经济性 ’ 分析系统在各种 运行方式下的节能潜力 " %& & 可 靠 性 管 理 系 统 $ 通 过 大 量 数 据 统 计 确 定 机 组 设 备 或 系 统 的 薄 弱 环 节#关 键 部 件 #各 种 可 能 的潜在故障及应采取的对策 " %$& 设备状态分析系统 $ 在建立设 备 台 帐 ! 获 得 各设备或系统当前状态的基础上对比机组在标准运 行方式时的各参数 ! 对其偏差及设备性能下降引起 的机组效率下降进行分析 ’ 并进一步分析相对于机 组最优化运行方式 ! 设备性能下降对机组效率的影 响" %’ & 在 线 安 全 分 析 与 预 警 系 统 $ 用 实 时 共 享 数 据与历史数据对机组的故障和工况偏离进行预测 分 析 !分 析 发 生 异 常 或 故 障 的 原 因 !并 对 运 行 人 员 的操作提出建议 " %( & 在 线 寻 优 系 统 $ 利 用 基 于 仿 真 的 在 线 决 策 控 制 技 术 !针 对 电 厂 运 行 实 现 在 线 寻 优 !达 到 使 电 厂整体效率提高的根本目的 " %) & 在线热力试验系统 $ 通过试验 ! 在线获得机 组的热力特性及汽轮机和锅炉的各种特性资料 " 热 力试验结果可直接用于状态分析系统中 "
*"+ 的主要功能包括 $
%% & 厂 级 综 合 分 析 $ 为 各 级 管 理 层 及 时 提 供 从 当前机组运行 # 企业运营和市场的原始数据中整理 和提炼出的生产经营数据及各种在线辅助决策用 的咨询信息 ! 使各级管理层进行科学决策具有可靠 依据 " %& & 检修辅助决策 $ 依据 !"# 的设备状态分析 ! 参考企业的长期发展规划 # 各种资源的安排及电力 市场等因素 ! 通过风险分析 ! 作出辅机检修预报 # 主 机有关系统故障预报 ! 进行设备检修管理 " %$ & 备 件 决 策 $ 以 ",- 的 系 统 安 全 监 督 参 数 和
)&* 系统实现发电厂各机组过程监控 % 设备状态分
析 % 经济性分析与控制 优 化 及 运 行 控 制 操 作 指 导 等 功能 $ 对 于 企 业 管 理 "$&/ 通 过 )&* 与 现 场 机 组 的 有机结合 " 隔离了 $&/ 与现场控制与优 化 系 统 的 直 接 联 系 " 保 证 系 统 的 安 全 " 同 时 )&* 又 充 当 了 企
策系统 &$&+ ’ 组成 & 见图 , ’$
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引言
计算机控制 ! 数字仿真与信息技术在电厂获得
了普遍应用 " 而且这 ! 个领域的技术都在快速发展 # 但目前电厂的控制 ! 仿真 ! 信息系统一般是彼此独立 的系统 " 影响了综合应用水平的提高 $ 而今天的电子 计算机技术和网络技术 为 这 ! 个 系 统 的 信 息 共 享 % 推动其应用效果的提高提供了技术基础 $ 可以预见 " 通过在线仿真 ! 控制和信息系统的合理融合 " 实现电 厂信息最大程度的共享 " 以丰富全面的数据为基础 " 能更有效地实现电厂安全预警 ! 故障诊断 ! 运行优 化 ! 设备状态分析等功能 " 并为电厂管理决策提供及 时 ! 有效的数据支持 " 提高管理效率和决策的科学 性 " 为提高电厂生产的安全性 ! 经济性发挥独到的效 能 $ 亚仿科技公司提出了电厂数字化的整体解决方 案 $ 实现数据共享的基本途径是电厂信息的数字化 " 并通过计算机网络进行数据传递和交换 " 所以数字 化是实现电厂信息共享的基础 $ 图’ 数字化电厂结构 数字化电厂技术方案中的 %" 主 要 是 指 计 算 机 控 制 系 统 &+%" 或 -." ’" 其 功 能 是 实 现 电 厂 的 自 动 控制 " 同时 " 把测量数据 % 操作和控制信息提供给
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中 国 电 力 *+*,-./, 012*.
数字化电厂解决方案及其应用
游景玉 7!;!周维长;
"7) 国家仿真控制工程技术研究中心 ! 广东 珠海 摘
L7=67L#;8 亚仿科技股份有限公司 ! 广东 珠海
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要 ! 提出数字化电厂整体解决方案 " 以科英三位一体支 撑 平 台 &"0$%&0’ ’ 为 基 础 " 实 现 控 制 系 统 % 在