数字化电厂方案

数字化电厂方案
一、系统概述
在当今"数字化"时代，"数字化城市"，"数字化地球"等新概念、新提法不断出现，而且实践与发展得很快。

于是对电厂的数字化内涵、背景及一系列相关新技术的应用等等问题，需要冷静思考，深入研究，而不是名词的变更，以达到不追求锦上添花，而是实实在在、雪中送炭解决问题的目的。

数字化电厂是在多年来对电厂自动化、过程计算机、仿真技术、管理优化与决策系统的实践和近几年来对电厂的数字化研究后所形成。

数字化电厂是对电厂的控制、仿真与信息系统的一个整体解决方案。

对伊敏发电厂而言，它对电厂的技改与信息化建设进行了全面、系统的规划与设计，利用先进的仿真、控制、计算机、信息及网络技术进行无缝集成。

方案基本理念是利用"科英"三位一体支撑平台，建立实时共享数据库，接收现场控制系统数据、在线仿真系统模拟的数据及生产管理数据，实时对数据进行分析与处理，并保存在实时共享数据库中，实现信息的全面共享。

从功能上分，方案由控制系统（CS）、在线仿真系统（OLS）、信息系统组成，其中信息系统包括管理优化与决策系统（MOD）及生产优化与分析系统（POA）两部分。

系统如下图所示：
对于机组安全运行，数字化电厂方案充分发挥控制、仿真与信息三位一体的优势，可对机组设备进行状态检测，对事故在线预测、报警、诊断与分析：方案中POA系统的分析工具，以机组的实时数据与在线仿真系统的数据等为依据可以实现对机组设备故障的预测；CS系统在故障发生后可以产生报警，利用在线仿真系统可辩识故障原因，是操作失误还是设备故障；通过在线仿真可以对事故进行反事故演练，为故障分析提供有力的证据，并指导后续的运行。

利用在线仿真系统离线模拟机组的运行，还可以对运行方式、控制组态及参数进行优化与分析，以便机组使机组运行在最佳工况点，降低运行成本，提高经济效益。

对于发电经济运行，数字化电厂技术方案利用CS改进原有控制系统，提高机组的可控性，减少了操作人员的劳动强度，增强了运行安全性，减少了非计划停机时间，降低发电成本，增加了经济效益。

对于控制系统改造，将OLS加入改造中，减少了利用现场设备开机调试的时间（利用在线仿真系统可获得各种期望的工况进行试验，减少利用机组试验次数），既能加快了调试进度，减少调试停机时间，又能提高了调试的可靠性与安全性。

对于企业管理，MOD通过POA与现场机组的有机结合，既实现了办公自动化与现场机组的隔离，又在企业管理层与现场机组架起了一道桥梁，使得企业管理层随时随地通过企业内联网（INTRANET）/互连网（INTERNET）可实时了解到各个机组到操作面的运行情况，同时还可获得决策所需要的种种支持信息。

通过POA系统，可完成发电企业的机组过程监控、电厂经济信息管理和在线成本计算、报价系统、机组经济负荷调度、经济分析和最佳运行操作指导。

而MOD则将企业中的信息进行集中处理、组织与分发，提高职工的工作效率。

二、系统意义
数字化电厂对发电企业将产生革命性变化，它实现了从部分调节机组的特性到较全面地控制机组的安全性与到最大发挥机组经济效益的转变。

与传统的技术改造相比，数字化电厂有以下特点：
1.降低机组的燃料（主要是煤）消耗与厂用电率，降低发电成本；
2.将方案特有的"在线仿真"技术应用于技术改造，既可提高改造的可靠性与加强改造
的安全性，又可缩短改造工期；
3."在线仿真"技术可对事故进行事故重演；
4."状态检修"技术对机组事故的在线诊断、预测、报警，又想设备的本质安全迈进了
一步；
5.优化运行技术可使机组在负荷允许的条件下获得最大的经济效益；
6.采用统一的实时共享数据库，为运行指导、考核、成本核算等提供了标准统一的依
据；
7.实时共享数据库提供通用的接入与访问数据接口，将系统的拓展能力大大提升；
8.管理层查询数据可到操作面；
9.星型网络布局与访问C/S+B/S的混合架构，将客户端需求降到了最低，通过
INTERNET可实现生产监视、远程的维护与技术支持；
10、利用"组合"技术可使管理优化与决策系统快速适应企业组织、部门职能的变化。

三、系统效果
1.简化系统结构
a.控制系统结构更加紧凑
集散控制系统的结构随着功能的增加，其结构也日趋复杂化。

数字化电厂方
案中，我们将简化控制系统的方式，只保留采集与控制功能，将历史、经济
分析等置于生产优化与分析系统中，将使控制系统结构更加清晰，减少了控
制器间的通讯量，提高仪控系统的可靠性。

b.公用数据枢纽的建立，简化整个数字化电厂的系统结构
采用公用的统一的实时共享数据库，有效地保证了数据的同步性与一致性，
以此为基础进行的分析、预报将变得更为准确。

更重要的是简化了繁杂的系
统间数据通讯。

对比图如下：
2.
3.延长设备寿命
传统的设备管理依赖于采购日期及检修计划，于是设备是否真需要检修？设备是否需要提前检修？设备是否可用？如何避免事故发生？等等问题就不断被提出。

一方面状态检修技术根据实时数据有效地判断出设备目前的状态，决定其使用寿命，既能防止事故发生，又能最大限度地使用设备；另一方面，通过优化控制，使设备工作在最佳工况点，减少设备损耗，提高机组设备的使用寿命。

4.解决技术疑难问题
在线仿真技术应用于电厂，将有效地解决以下问题：
a.改造调试控制系统组态与参数整定
利用在线仿真系统在指定的工况下，运行控制系统设计的逻辑，并在与现场
一致的监控画面上显示运行情况。

由于仿真、控制在逻辑控制与监控画面上
的通用性，可在在线仿真系统上修改，再下载到控制系统中去，在控制系统
调试结束后，关闭在线仿真系统向控制系统传送文件的权限。

b.在线仿真系统模拟程度的动态客观检查
在线仿真系统复位到指定时间点机组的工况，通过加速运行并与现场同步
后，接受与现场一致的操作，动态显示机组的实时特性与模拟机组的实时特
性，以检查是否满足给定的误差要求。

c.动态复现与现场一致的事故过程
在线仿真系统复位到故障前的工况，按多种运行速率（慢速、快速或跳跃），
在监控画面等多种人机界面上显示事故的全过程。

d.确定事故的准确原因
在线仿真系统复位到故障前的工况，在线仿真系统在现场记录的操作激励，
模拟运行故障发生过程，并与记录的历史数据比较，确定故障原因-操作问
题还是设备故障？通过设备故障诊断程序，还可以进一步确定故障的具体部
件（指定类别）。

e.试验事故处理规程
在线仿真系统复位到故障后的工况，可反复做操作试验，确定最佳操作规程，
使再发生同样故障时机组的损失降到最小。

f.确定机组的最优运行方式与控制的参数
在控制系统中更改组态，并模拟运行更改的效果。

在确定修改内容后，可下
载到工程师站中，由其再下载到控制器中运行。

g.协助分析机组设备的状态
将实时仿真的数据传送到实时共享数据库中，供生产优化与分析系统的机组
设备寿管理模块分析使用。

h.动态自适应调整仿真主设备模型
根据现场机组主设备的实时数据，提取其物理特性，自动修改在线仿真系统
中与之相关的参数，保持仿真主设备特性与现场一致。

5.革新机组监控环境
a.辅助车间高度集中监控
机组自动化水平的提高，将辅助车间的监控功能进一步加强，基本实现就地
自动控制，部分重要功能接入集控室的远操功能，实现就地的无人值守。

b.电气纳入控制系统
随着电气系统纳入控制系统，集控室内的操作盘台将基本被取消，代之以高
可靠性的显示器（CRT）与大屏幕投影来监控机组的运行。

集控室的面积将
大为缩小，操作人员也将进一步减少，基本实现"1+1"主副值的配置，对运
行人员也就提出了全能值班的要求。

c.控制系统智能程度提高
控制系统的智能化程度的提高，从传统的面向回路的控制将逐步转化到面向功能组的控制，降低运行人员的工作强度，减少人为的误动作。

提供更完善的紧急状况下的自动保护功能与自动恢复功能，加强整个系统鲁棒性。

数字化电厂技术的最佳运行指导将自动调节机组到安全与最经济的运行状态。

d.监控多样化
自动化程度的提高，将控制任务的减少，面对回路的操作部分将以功能组替代，减轻操作负担。

由于采用实时共享数据库，并以POA实现了与现场机组的隔离，使得值长、厂长及更高层，在办公室就可对现场进行监视，了解机组的运行状况。

由于软件采用B/S构架，网络用户只要接入MOD的网络，可实现移动的值长站。

e.电厂数字化将大大降低维护工作量
新型控制系统的采用，大大减少了电缆的铺设与维护。

"状态检修"功能将有效控制设备检修的工作量。

利用在线仿真系统实现的优化运行指导将使机组随时运行在最佳状态，大大降低热工人员维护的工作量。