火电厂厂级自动化系统总体功能设计思路探讨发表时间:2002-2-20 电力规划设计总院侯子良摘要： 一、火电厂厂级自动化系统的开展史 提出火电厂厂级自动化系统的概念，并论述它包括厂级监控信息系统(SIS)和管理信息系统(MIS)是在一九九八年初?关于厂级自动化概念的探讨?一文中。但是，在我国，火电厂厂级自动化系统的开展已经历了近十年的时间，尽管至今仍然还处在开展的起步阶段。 众所周知，九十年代以前，火电厂自动化仅停留在机组级和车间级，根本上没有为厂级生产过程自动化和管理现代化提供自动化系统。 1993年5月和9月，吉林热电厂和陡河发电厂经过约五年的努力成功开发了厂级监控系统。这个新生事物的出现，立即受到各方面的重视，同年，作者以笔名发表了“对开展厂级生产管理信息网络的看法一文，提出应采取“积极稳妥的方针逐步开展该系统。电力规划设计总院还发出征文通知，拟召开“火电厂厂级生产管理信息网络研讨会，企图以此为契机，推动该系统工程应用得以开展。后因种种原因，研讨会未能召开，该系统在大型火电厂新建工程中试点工作也未能真正展开，仅在1994年由华东电力设计院负责的洛河电厂2300MW机组工程中立项开展全厂自动化系统网络互连工作。 九十年代中期，随着电厂现代化管理要求的日益迫切和计算机技术的开展，国外企业管理信息系统技术迅速被已有电厂所采纳，开始纷纷加装MIS系统。但是，由于在基建阶段没有统一规划，大局部MIS系统根本上没有生产过程的实时数据，功能水平很低。但是，它在电厂中发挥的作用和对推动MIS开展的作用仍不可低估。 1997年8月，电力规划设计总院向电力工业部上报的?关于建设2000年新一代燃煤示范(试点)电厂的请示?报告的附件?2000年电厂仪表和控制(IC)系统设计原那么?中提出应“提高全厂综合自动化水平，实现全厂监控和管理信息网络化。接着在基建工程中规划设计厂级监控信息和管理信息系统的要求，也正式纳入了最近国家经贸委颁发的?火力发电厂设计技术规程?(DL50002000)中。 但是，应当看到，我们目前对SIS和MIS的设计尚缺乏经验，有些外国厂家可以提供的功能模块，应用效果及适用性也了解不深，因此，当前一定要贯彻?规程?提出的总体规划，分步实施的原那么，以免付出过大的“学费。 二、厂级自动化系统和电网级自动化系统的关系 如前所述，厂级自动化系统包括厂级监控信息系统(SIS)和管理信息系统(MIS)两大系统。SIS是为厂级生产过程自动化任务效劳的，它不仅要满足全厂生产过程综合自动化的需要和向MIS提供全厂生产过程实时数据，以支持MIS的需要，而且还要满足电网实时平安和经济调度的需要，它是厂内单元机组DCS和公用辅助车间级自动化系统的上一级系统；管理信息系统是为电厂管理工作现代化任务效劳的，它不仅要完成内部任务管理现代化的需要，还要满足向电厂上级部门发送管理和生产信息，以及对外市场营销的需要。满足电厂市场营销任务需要的就是人们熟知的电厂报价辅助决策子系统(Plant Bidding System，简称PBS)。 电厂自动化系统向上那么为电网调度中心、电力市场交易中心和电力(投资)公司。 长期来，我国电网调度主要按“方案经济模式和电网平安准那么进行中长期方案负荷分配和实时调度，电厂值长主要依靠调度 或RTU接收中调发来的全厂中长期负荷曲线和实时负荷指令，再由值长通过单元机组值班员人工分配给每台机组；对于具有AGC功能的电厂，那么电网调度直接通过RTU将负荷指令发至每台机组的协调控制系统(DCS内)，实现自动负荷控制。 出现电力市场交易中心后，“方案经济的分配负荷模式将改革为通过电厂或机组的电量竞价的模式来分配负荷。但交易中心与电厂成交电量前必须通过调度中心对电网平安、阻塞等因素计算后修正或确认才最后得到每个电厂或机组的中长期和短期负荷曲线，因此，不管目前的省(市)调仅起调度中心角色，还是兼交易中心和结算中心角色，从功能上看电厂厂级自动化系统与电网及电力(投资)公司间信息联系呈现图1关系： 中长期或短期方案负荷的竞价和下达以离线方式(指不直接控制生产过程而言)通过交易中心与MIS系统中PBS子系统完成；对实时调度，负荷指令，无论是按竞价确定，还是根据当时电网实际情况(例如平安稳定等因素)修正方案后确定的实时负荷指令，应由调度中心直接下到达电厂的监控系统。由于实时调度负荷要求较高的平安性和快速性，因此，均采用专用通道将中调负荷指令发送至每个电厂的RTU装置，如果该电厂的机组采用直调方式，那么RTU将中调发来的每台机组的负荷指令，直接发至每台单元机组DCS中的协调控制系统。如果采用非直调方式，那么中调可经RTU向SIS发送全厂负荷指令，经SIS系统优化后再把负荷实时分配给每台机组。 目前，国家电力公司和网(省)公司正在研究用数据网络来传送调度信息，包括负荷指令，但上述原那么仍然应当确保的。 三、厂级自动化系统功能模块的合理配置 厂级自动化系统有厂级监控信息系统和管理信息系统，管理信息系统中又包括对内管理和对外营运系统，这些子系统间常常是不仅有些数据需要共享，而且有些功能模块也有类似之处。但是，在实际工程中，由于体制和企业利益，不同的子系统有不同部门管理或不同厂商开发，容易造成各自为政，通气不够，以致造成各个子系统大而全，功能重复调置。此外，即使是由一个厂家开发，也存在着一个全厂自动化系统功能统一规划的问题。为此，作者企图提出一些设想，与同仁探讨。 1功能配置原那么 1)功能合理分级配置 对于仅仅为某一级子系统需要的功能模块，应安装在本级子系统内；上下两级均需要的功能模块那么宜设置在下一级系统中，但是，它在开发时必须充分考虑上一级的需要，以尽量减少上一级再加工的工作，但也不在上一级中重复设置下一级已设置的功能模块，将大量原始数据全传上来，重复在自己设置的功能模块中进行处理，造成数据通道拥挤和计算机及网络资源浪费。这在不同厂商分别承当各子系统时，尤其应有人作统一规划的总体设计工作，并进行互相协调配合工作。 2)简化和提高单元机组级监控系统的可靠性 在出现厂级SIS前，单元机组级监控系统DCS，不仅完成机组直接监控任务，而且有逐步扩大管理功能，或者具有实时监控性质的管理功能，例如，机组性能计算、汽轮机寿命管理、长期历史数据存贮、操作指导等。DCS中这些管理功能的增加，使DCS日趋复杂，往往也是造成数据阻塞和软件“死机的重要原因；此外，每台机组重复设置同样软件，也造成投资的增加。 厂级SIS的出现，电厂自动化系统结构也 应随之变革，本人认为，今后应尽量简化单元机组级DCS的功能，主要效劳于机组的直接监控，把实时性不强的管理功能上移至厂级SIS，DCS本身可以变成单层结构，这样必然大大简化直接监控级而提高可靠性，还可以降低综合投资费用。我认为这应当是DCS的一个开展方向。从这个观点出发，我们要正确理解管控一体化的概念，在吸收或引进外国公司的各种高级软件时，要作认真的分析，根据软件的性质，合理的配置在各级自动化系统中。 2MIS的功能模块分配 如前所述，MIS有对内管理和对外营销两大功能，MIS中的对外营销功能是由电厂报价辅助决策系统完成的，它要收集电力市场交易中心的信息以及厂内管理和监控信息系统的数据，并通过报价辅助决策软件的运算和分析，提供报价决策，PBS与MIS的其它子系统间有些功能模块应进行合理配置。例如，发电本钱计算和分析，燃料管理，检修方案和管理等不仅对外辅助报价决策需要这些资料，而且从加强电厂内部管理以适应外部报价要求和内部自身管理规律，均需要设置功能模块进行计算和分析，而且其功能远比辅助报价决策的运算要烦杂得多，因此，这些功能不宜放在PBS子系统中，而宜放在MIS的其它子系统中，PBS可调用其运算结果。当然，它们的开发，包括具体功能、数学模型，乃至数据格式等均应综合考虑内部管理和对外报价决策的需要，这样可使MIS中的PBS简化二次加工的工作量和减少数据库，防止每个子系统大而全，自成体系的资源浪费现象。 3SIS功能模块分配 SIS作为机组级DCS与厂级MIS间的中间层，起着承上启下的作用，它属于以实时监控为主，同时兼有实时信息管理的作用，因此，在SIS中必须建立一个比拟完善的和一定规模的实时数据库，并为MIS共享，这已被人们普遍认同。下面将就假设干功能模块如何配置谈点看法： 1)性能计算、分析及其操作指导 全厂综合性能计算、分析，是优化调度所必须的，无疑应放置在厂级SIS内。问题是机组级的性能计算、分析到底配置在那一级较好。过去人们习惯于放在DCS中，我认为当工程中配置完善的SIS后，将此功能上移至SIS中完成较为合理，这是因为，有利于属于单元机组级，提高DCS的可靠性；设置在厂级，经济上也是合理的；实时性也能满足要求。 2)全厂负荷(有功、无功)优化调度 实施电力市场，竞价上网后，电厂是直调还是非直调，目前尚有分歧，从华东院向各电厂函调看，多数电厂主张非直调，根据我国情况，这不无一定道理。对于非直调电厂来说，机组负荷根据平安和经济因素进行全厂负荷的优化分配就是SIS的一个重要功能了。优化分配要考虑三方面因素： 1 经济性，不仅要考虑机组经济性，而且当机组不同出线时，还要考虑不同潮流的线损因素。 2 系统稳定和线路阻塞。 3 机组平安域，例如主辅设备缺陷，无功能力等。 机组平安域计算和分析模块可以设置在单元机组级，也可以设置在SIS级，本人认为设在单元级较好，一那么计算比拟简单，二那么单元级、SIS及PBS均需该模块的数据，选择数据流较顺。因此，热工自动化专业应尽快研究各级子系统对平安域计算分析的要求，以便在DCS内使该软件模块的配置更为合理。 4 机组优化控制 外商在机组优化控制方面提出了很多软件，各厂商也不尽相同。例如，优化燃烧控制或指导，锅炉吹扫优化控制，新型协调控制，凝结水节流控制等。 这类模块，绝大局部需要快速、可靠和直接干预单元机组的生产过程。因此，宜于纳入机组级控制系统中。但是，对于吹扫优化控制和燃烧优化操作指导等模块，由于实时性要求不太高，那么可根据提供的软件复杂程度，可置于SIS级，以节省资源，简化机组DCS。 5 机组寿命管理 机组寿命管理是通过机组部件的金属温度及其变化率来计算热应力，并评估寿命损耗。 汽机在启停和负荷变化时，金属部件的热应力变化很快，而且是汽机实现ATC控制的主要控制指标，因此，国外均纳入汽机DEH中，不宜上移至SIS级。但是，对于机组各局部寿命耗损，以及无需实时监视的某些部件的应力计算和分析，宜纳入SIS以节省资源。 6 状态监视、故障诊断及其操作指导 这类功能模块往往需要大量实时数据和/或历史数据，有的要求采取特殊的快速采样(例如，汽机和旋转机械振动故障分析)。为了完成该功能，往往还需要开发各种各样高级分析软件。 这局部功能宜配置在SIS级，并设置专用工作站完成特定状态监视和故障诊断功能，所需数据可取自SIS的实时数据库，或专用工作站自配快速数据采样(例如汽机振动故障诊断系统)。 四、结束语 厂级自动化系统的设计是个系统工程。本文仅就各子系统间功能合理配置的假设干问题提出了一些极不成熟的设想，目的不在于它的一些具体结论，而是希望通过具体问题引起对这个问题的重视，引出一些探讨这个问题的思路。 为了使我国火电厂自动化事业更快向前推进，少走歪路，少付“学费，作者希望与同仁们一起尽力丢弃专业间的偏见，努力学习，扩大知识面，真正使