数字化电厂

转载导言：本文来源自AMT。

发电企业正面临着前所未有的深刻变化:电力市场化、业务流程重组、管控一体化…，这些变化逐步改变了发电企业经营运作的基本规律；另一方面，新技术不断涌现并迅速应用于发电企业,如现场总线控制技术、、物联网、信息技术等。

通过对电厂运行的基本规律的研究和总结,并结合数字化管理的先进思想，国内外发电企业均提出了建设数字化电厂(e-powerplant)模式。

这就是: 用流程工业的计算机集成制造系统（CIMS）理论来设计数字化电厂的体系结构,在电厂先进控制系统和安全高效的网络平台、数据库平台基础上,基于国际最新的管理理论和信息技术研究成果，整合电厂管控一体化系统，用ERP管理思想和信息技术对电厂的经营和生产管理系统进行全面设计,使信息技术与电力工业技术、现代管理技术有机融合,全面提升电厂的生产技术和经营管理水平,增强电厂电力市场的竞争力。

1 概述数字化管理思想是在企业再造管理思想和业务流程重组的基础上产生并形成，属于21世纪企业管理思想的一个新的突破，数字化管理将信息技术贯穿与企业的整体管理流程，可为管理者及时提供过去和现在的数据，并能够预测未来和引导企业人员的工作。

数字化管理恒定式：知识资本=能力*激情。

知识管理、企业管理和电子商务是企业发展的三大功能，数字化管理可以推动企业在知识管理、企业经营和电子商务等诸多方面的提高，从而推动企业的管理和发展。

数字化管理将企业的业务流程视为建立在企业管理系统上的价值链，可以对价值链上所有环节，如定单、采购、库存、计划、设备、质量、运行、检修、财务、人事等进行有效管理，强调动态监控生产技术和经营状况，及时掌握信息。

数字化管理表面上是一种新型信息管理系统，实质上是一场对企业现有的组织结构、管理观念、管理方式等管理系统的革命性变革，已经超越了企业本身固有的框架和模式，就像ISO9000一样，是一种基于企业价值链而建立起来的系统而规范的管理体系，体现为企业获得持续发展的系统运作能力和新的竞争优势。

数字化管理的核心是业务流程重组，优化企业价值链。

发电企业正面临着前所未有的深刻变化:电力市场化、业务流程重组、管控一体化...，这些变化逐步改变了发电企业经营运作的基本规律；另一方面，新技术不断涌现并迅速应用于发电企业,如现场总线控制技术、信息技术等。

通过对电厂运行的基本规律的研究和总结,并结合数字化管理的先进思想，我们提出了数字化电厂(e-powerplant)模式。

这就是: 用流程工业的计算机集成制造系统（CIMS）理论来设计数字化电厂的体系结构,在电厂先进控制系统和安全高效的网络平台、数据库平台基础上,基于国际最新的管理理论和信息技术研究成果，整合电厂管控一体化系统，用ERP管理思想和信息技术对电厂的经营和生产管理系统进行全面设计,使信息技术与电力工业技术、现代管理技术有机融合,全面提升电厂的生产技术和经营管理水平,增强电厂电力市场的竞争力。

2 结构层次分析数字化电厂是在传统的火力发电站的基础上发展起来的，它通过应用一系列先进的科学技术、融入现代化的管理思想，旨在解决火力发电厂管理粗放水平低下、发电能耗高、污染物（气、水、渣）排放严重、辅助系统运行不稳定、设备故障率高、自动保护投入率低、运行人员多的现状，最终实现火力发电站现代化的运营和管理，达到企业运营成本最小、发电能耗最低、污染物零排放（废气达标排放）、设备可用系数高、人均产值高。

数字化电厂面向锅炉这个复杂的对象，立足于烟气成分在线监测分析系统、煤粉浓度细度在线检测装置、锅炉飞灰含碳量在线检测装置（特种检测信号）及来自电厂DCS系统的常规检测信号，应用锅炉神经网络燃烧优化控制系统，实现电站锅炉稳定、经济、清洁的运行。

通过锅炉炉管泄漏报警系统、锅炉火焰监测报警系统、锅炉受热面结焦监测系统，实现锅炉安全稳定的运行。

通过应用低NOx燃烧器、脱硫、脱硝技术实现锅炉清洁的燃烧及废气的达标排放。

通过制粉系统运行优化系统、锅炉受热面吹灰优化系统、空预器漏风控制系统、静电除尘器节能优化系统实现电站经济的运行。

数字化电厂从源头开始进行控制与管理，通过采用入场煤煤质成分在线检测装置、优化配煤系统以及煤场调度管理系统，将传统的煤场转变成数字化煤场、将被动供煤转变成主动供煤、将以"设计煤种"为目标的采购方式转变成以"成本最低"的采购方式，实现燃料采购成本最小化。

数字化电厂关注着电厂每一个关键的辅助系统，通过采用零排放技术、凝结水净化技术、污水回用技术及水务系统实现电厂用水的最优化，实现电厂废水的零排放。

通过采用灰水优化调度系统、干除灰技术，实现除灰系统高效、稳定、可靠的运行及灰渣的综合利用。

通过采用现场总线技术以及先进的检测控制仪表，实现电厂除灰系统、水系统（循环、凝结水及生产（生活）用水）稳定可靠的运行。

数字化电厂继承了经典的DCS控制系统的思想，同时将其它控制系统如输煤程控、化水程控、灰水程控、电气控制等纳入到DCS系统中来，最大限度的实现电厂生产的集控，对发电厂的生产过程进行统一调度，达到生产过程可靠稳定、运行人员少、生产能力高的目的。

数字化电厂在DCS系统的基础上，构架了统一的数据平台，立足于生产过程中的实时信息，应用厂级信息监控系统（SIS系统），实现电厂机组间的负荷分配、机组级的经济性能计算、设备的故障诊断及实时电价的分析，从而确保电厂的安全、经济的运行。

数字化电厂在DCS系统及厂级信息监控系统（SIS系统）的基础上，融入现代化的管理思想，应用电厂资源信息计划系统即ERP系统，为电厂的日常生产经营如检修管理、运行管理、设备管理等提供决策依据，最终达到设备零部件库存最低、采购费用最小及电厂营运成本最低的目标。

电子商务交易系统为电厂经营者提供采购决策信息如设备价格、设备性能、供应商等，从而实现电厂设备零部件采购费用最低。

通过对发电企业管控一体化模型的研究并结合火力发电厂的的特征,我们提出了一个具有四个层次,两个支持系统的数字化电厂层次结构模型。

四个层次分别是直接控制层、管控一体化层、生产管理层、经营决策层,两个支持系统是数据库支持系统和计算机网络支持系统。

数字化电厂的系统结构如图1所示：上层是生产经营管理层，构架在电厂ERP管理系统上，外挂电子商务交易系统，主要为电厂高层提供决策依据。

中层是生产管理层，构架在厂级信息监控系统上，为电厂生产过程如机组负荷分配、机组性能诊断与分析、设备维护等提供决策依据。

下层是生产过程控制层，构架在经典的DCS系统上，用于电厂生产过程的控制和调节。

底层是生产设备，由常规的生产主、辅设备以及监测控制仪表等组成，是电厂生产流程的基本单元。

图1 数字化电厂层次结构模型图1描述了数字化电厂的四层结构和两个支持系统各自的模块构成以及它们之间的关系。

第一层：直接控制区该层是指生产过程的数据采集和直接控制,包括单元机组DCS、DEH、SCADA、辅机、水处理、输煤、除灰(渣、尘)等辅助设备的控制系统。

目前技术的发展是以现场总线为代表的先进控制系统以及DCS 系统机、炉、电的一体化。

该层属于生产范畴，直接与生产设备关联，现在一般都随着设备直接集成，主要提供设备的运行实时信息，属于生产基础数据提供层，是其他三层的基础。

第二层：管控一体化层该系统即为厂级监控系统(SIS)和煤质在线监测、智能化煤场、优化燃烧、故障诊断等各种机组性能优化的高级应用软件,它完成厂级生产过程的监控，结合管理层的信息,对控制系统和机组性能进行整体优化和分析,为过程控制层提供操作指导,该层是管理和控制之间联系的桥梁。

该层对直接控制区提供的生产基础数据进行实时的采集，然后对采集到的数据进行显示、统计、分析和保存，结合生产管理层和决策层所下达的控制信息，反馈到直接控制区，控制生产，同时为生产管理层和决策层提供所需的分析、统计信息。

第三层：生产管理层该系统体现电厂资源计划系统（ERP），以安全、经济运行管理为重点，以设备检修为基础,以完成发电量为目标,以企业资产管理为主线（包括实时数据、技术监督、设备可靠性管理、质量、环境、安全职业卫生三标一体化等）来优化电厂的机组性能指标，整合生产计划和策略,为协调发电企业的高效运转提供信息,实现全厂的安全、高效、经济运行，优化电厂的生产计划和策略,协调各个部门的运转,实现全厂的安全、高效、经济运行，该层是数字化电厂管理的基石。

该层从经营决策层获取经营指标信息来制定相关的生产计划，并加以实施，同时为SIS层提供控制指导信息。

该层是数字化电厂管理的基石。

第四层：经营决策层该层主要体现为经营管理和商业化运营、电子商务物资交易系统（ERP扩充）。

以综合计划管理为主线、以全面预算和成本管理为核心，以物资管理、燃料管理为基础、人事管理以及OA等系统为辅助手段，提高实时成本计算速度，满足商业化运营管理需求。

用全面预算来预测电厂的各项经济指标和费用指标，通过事前预算计划的编制、事中计划实施过程的控制以及事后的总结分析和考核来实现生产经营的闭环管理，确保电厂的运营规范化、科学化和效益化；通过商业化运营提供竞争上网电价报价和辅助决策功能，通过对实时生产成本的运算，使得报价更具有准确和及时性。

该层是数字化电厂的系统入口和决策枢纽。

支持系统一：数据库支持系统以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库构成了数字化电厂的数据库支持系统和技术支撑平台，电厂数据仓库以对电厂各类数据进行分析、提炼、集成,为电厂的分析和决策提供支持。

支持系统二：计算机网络支持系统以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术,结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术,构成了数字化电厂的计算机网络支持系统。

3 模型分析数字化电厂应是在数据仓库基础上的对电厂物流、资金流、信息流、工作流进行综合分析的系统,其功能体系应涵盖电厂生产经营和决策等各个方面。

构成直接控制层的实时系统如：DCS、水处理、输煤程控和煤质在线监测、智能化煤场等。

实时系统包括机组经济技术指标实时系统（来自机组DCS系统数据）、燃料经济技术指标实时系统（来自燃料程控系统数据）、粉煤灰实时系统（来自粉煤灰程控系统数据）、化学水处理实时系统（来自化水程控系统数据）和厂用电自动分析系统（来自电厂厂用电自动抄录分析系统）。

计算机管理实时系统以图形界面的方式反映上述系统的技术参数并记录（时间间隔5秒或更短）。

要求DCS数据采集子系统提供以下功能：组态的系统结构：组态中心、网关采集、用户接口的层次结构可与各种DCS系统、各种SIS系统的有机集成；长期历史数据的存储能力：采用高效的数据压缩及还原技术，可快速存取大量的历史数据；强大的数据挖掘功能：通过数据抽取、分类等建立生产数据仓库，通过数据挖掘为故障诊断及状态检修提供支持；用户接口的全组态：以共性化及个性化组态两种方式提供：模拟图、F(T)曲线图、F(X)曲线图、棒图、趋势图、相关报警、屏幕打印等功能。