数字化电厂策划方案

【摘 要】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.

【关 键 词】数字化电厂结构层次；数字化电厂模型分析；数字化电厂特点

一、概述

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.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.数字化管理的核心是业务流程重组,优化企业价值链.

二、数字化电厂结构层次

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.通过水岛采用现场总线技术以及先进的检测控制仪表,实现电厂水系统（循环、凝结水、中水、锅炉补给水及生产（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、电气控制等纳入到全厂计算机控制系统网络中来,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.

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,将本工程数字化信息管理划分为四个层次,四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,四个支持系统是KKS编码支持系统、现场级设备数字化支持、数据库支持系统和计算机网络支持系统.

第一层：直接控制区

该层主要功能为生产过程的数据采集和直接控制,包括单元机组DCS、DEH、脱硫、SCADA、辅网（水岛、输煤、除灰（渣）、空调程控）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,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,该层目前为电力集团公司统一规划并部署.

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（点检定修管理）、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.

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.该层是数字化电厂的系统入口和决策枢纽.

三、数字化电厂模型分析

数字化电厂应是在数据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（来自水岛程控系统数据）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）.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；

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.

通过对大量影响机组安全运行和经济性能指标的主要过程参数和设备状态的实时数据及历史数据的统计计算,提供丰富的数据源及分析方法和手段,并能生成各职能部门需要的生产、经济指标的统计报表等.为厂级生产管理人员决策提供支持.

在线计算整个热力系统的各种效率（锅炉、汽轮机、各辅机及其辅助系统等）、损耗（燃料、水、电、热耗等）及性能参数等.对数据进行分析,为用户提供成本核算依据和数据.并利用性能计算的期望值与计算值进行比较,确定机组运行在最佳状态并分析出偏差产生的原因和改进措施.

同时将经济负荷分配和调度结果实时建立全厂经济信息和成本核算结果反馈回来,在线显示电厂各机组目前经济运行情况.同时,SIS系统还将调度执行结果转送给调度端.

四、数字化电厂特点

新一代的数字化电厂主要特征表现在四个方面,第一、数字化电厂除了电厂常规的主辅设备、检测控制仪器仪表外,还配备了特种检测控制分析仪表以及先进的现场总线控制系统；第二、数字化电厂将管理放在首位,通过科学的管理思想、方法来提升电厂的运营能力；第三、数字化电厂实现了电厂生产的安全性、经济性,同时也实现了电厂污染物的零排放或达标排放；第四、数字化电厂人均产值高、人员配置少,在人员配置结构上,管理人员和生产人员的比例大于常规电厂.

五、结束语

通过现代电厂建设者的努力,通过完善的管理需求信息收集与整合,通过企业信息管理创新和“四新”技术的成功运用,建设具有数字化电厂的目标可以实现.