谈电厂数字化建设

谈电厂数字化建设

潘玉增

山东华聚能源股份有限公司山东273513

摘要：数字化电厂是数字化、自动化、信息化技术综合应用的最高体现形式，也是未来现代化电厂的重要标志。它是基于电厂先进采集设备、控制系统和安全高效的网络与数据库平台，集成监、控、管的一体化智能系统，是仪器仪表技术、自动化技术、信息技术与管理技术的全面融合。

关键词：数字化；自动化；智能

1概念

数字化电厂，采用先进信息技术，在自动化的基础上，构架了统一的信息平台，立足于生产和管理应用，采集应用信息，利用网络和数据采集技术实现可靠而准确的信息交换、跨平台的资源实时共享，完成电厂生产和管理的量化、分析、控制，进而利用优化决策支持，降低发电成本、提高上网电量、减少设备故障，最终实现电厂的安全、经济运行和节能增效，为企业运营提供科学指导。

2特点

数字化电厂主要特点表现在以下四个方面：

1）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；

2）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；

3）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；

4）数字化电厂建立电厂基本的主辅设备自动控制系统和特殊生产工艺过程（如脱硫、脱硝）自动控制系统。

3模式

迄今为止，数字化电厂并无明确统一的建设标准，根据国内外数字化电厂建设情况，目前主要存在以下四种模式：

1）基于智能仪控系统的数字化电厂

以德国尼德蒙受森电厂为代表，借助智能化仪表控制系统的现场总线支持功能和智能现场仪表和设备建成的大型数字化电厂。

德国尼德蒙受森电厂，借助西门子的智能化仪表控制系统强大的现场总线支持功能和丰富的智能现场仪表和设备，建成了号称全球第一个真正意义上的大型数字化电厂。系统通过大量现场总线，将智能仪表、执行机构、高低压智能保护装置及电磁阀等接入主DCS，同时现场设备的管理信息、设备维修信息等利用高速通信网络，通过现场总线送到上层生产管理软件，对机组的优化操作和优化维修进行进一步的指导，实现了全厂数据的集中管理。

但是，基于现场设备级的数字化电厂技术，由于大量设备管理信息及设备诊断维修信息通过现场总线进入DCS并进一步到上层等软件，因此DCS处理信息量将比传统过程测点增加10倍以上，因此对DCS提出了极高的要求。

2）基于仿真技术的数字化电厂

以华能伊敏电厂和巢湖电厂等新建电厂为代表，采用仿真技术为核心建设的数字化电厂。

华能伊敏电厂采用了以仿真技术为核心的数字化电厂建设方式，以计算机技术、网络技术、数字化建模技术、图形图象技术、仿真支撑软件等多学科技术为基础，根据电厂的生产结构、工艺过程、流程特点，对真实的电厂环境或过程进行模拟和再现，并通过建设仿真系统、控制系统、信息系统三位一体支撑平台，建立统一的共享数据库，信息全面共享，实现了实时数据库与历史数据库同平台运行，并进而向生产监控和经营管理延伸。但是，该基于仿真的数字化电厂，投入资金大，现场设备自动化程度要求高，即便在大型电厂也仅处于实验阶段。

3）基于电厂全生命周期管理的数字化电厂

以酒钢集团嘉峪关宏晟电热有限公司自备电厂、国电费县电厂等新建电厂为代表的全寿期三维技术数字化电厂。

国电费县电厂采用了以全寿期三维系统为核心的建设模式，从电厂设计阶段就开始对电厂有关信息进行跟踪控制，经过电厂基建阶段，一直到电厂运行阶段，进行全局的、宏观的管理。将电厂从设计阶段开始的设计数据、基建阶段的建设数据、以及运行阶段的维护和实时数据完全的科学的进行整合，建立电厂全寿期信息库；在将电厂基建成本控制在最低的同时，运用最新的计算机技术、三维虚拟现实技术和决策分析模型实现电厂现代化数字化的运营和管理，使企业达到运营成本的最小化。但是，这种模式比较适合新建电厂从设计阶段到运行阶段的全过程数据跟踪，已建电厂需要补充大量基建资料和三维模型建立，投入较大

4）基于企业资源计划管理的数字化电厂

以芜湖发电厂、靖远第二发电有限公司为代表的基于企业资源计划管理（ERP）系统的数字化电厂。

芜湖发电厂采用了以ERP系统为核心的建设模式，该模式基于企业资源计划系统（ERP），是在MRPII（制造资源计划）系统基础上发展起来的。它除了对电厂内部制造资源（燃料、物资、设备、人力、资金、信息）运用MRP算法进行全面规划和优化控制外，还通过计算机网络把电厂生产经营过程的合作伙伴，如供应商、电网、大客户等的资源和能力集成起来，充分调动电厂所有可利用的资源。这使得企业的物流、信息流与资金流更加有机地集成，能更好地支持电厂经营管理各方面的集成。但是，其对电厂工业现场层和生产监控层的支持和关注力度不足，仅仅依靠系统集成模块获取现场的数据实施全面的生产管理，缺乏必要的实时数据分析处理机制和过程控制支持，对电厂是一种缺失。

大型电厂数字化建设普遍采用PCS+SIS+MIS的数字化体系结构，其硬件、基础软件配置应用于200MW以下机组，投资大，资源有效应用少。电力公司集团式一体化应用刚刚起步，仅“十一五”期间在国家电网公司进行了“SG186”一体化试点，尚处总结阶段。

4价值

在发电厂的投资方面，相对于基础建设、设备本体等方面的投资，控制系统和信息化系统的投资比重要小的多，但是先进的信息化和自动化技术在减少建设成本和运行费用起着非常重要的作用。

1）采用一体化集中控制方式后，可以大幅减少辅助车间的运行人员，向“无人化”工厂发展。目前每个发电厂至少需要各类辅助控制运行人员100多人，采用一体化集中控制方式后，可以减少三分之二的辅控运行人员。

同时，由于对辅助车间的统一管理和控制，便于优化控制，减少和处理各类事故。

此外，采用一体化集中控制方式后，检修维护人员的工作难度和强度都大大下降，从而优化检修维护能力。

2）采用一体化集中控制方式后，各系统的控制功能之间的数据交互可以在统一通信平台上进行，避免了众多的数据交换接口，可以很大程度上减少数据交换的故障发生率。

MIS功能的强化，可以对设备信息进行实时、准确的掌握，有助于从全局角度加强的设备的安全监管，增强设备的安全性。

3）一体化的控制系统，可以减少采购费用，避免在各种通信接口或通信界面上的投资。

4）采用数字化全寿命周期管理技术，可以准确掌握各种基建和设备信息，顺利进行设备改造和维修维护。

5）SIS和DCS的高级应用功能，可以有效的优化生产过程&pide;提高生产效率，减少能源损耗。

采用一体化的平台构架，在公司总部建立一套数据中心，在各分部建立数据采集平台，具备统一的数据交换功能，做到了“一次录入，多方使用”，化解信息孤岛的同时避免产生新的孤岛，大大提高了数据的真实性、一致性和完整性，避免了建设多套系统，实现了模块化无缝升级功能，减少了大量的软硬件投入和实施费用。

构建一个集团式信息一体化的发供电管理系统平台，作为整个应用系统的基础平台。在一体化发供电管理系统平台上建设基于webservice技术的企业服务总线。将平台的各种服务以统一的形式发布给上层应用系统使用，也是各个应用服务之间彼此访问、传递数据的通道，是数字化电厂的信息枢纽。

为建设一体化的发供电管理系统，进行信息系统的标准化建设，包括数据编码、系统接口标准。规范各类数据的量程、量纲和数据来源定义。规范系统内外的各种接口，保证数据在系统内部的一致性和维护性。

平台整合原有的信息孤岛，建设统一的数据中心，统一采集华聚能源各部门及下属单位的生产管理数据，华聚能源及下属五电厂实现数据共享长期存储，并对全公司的生产管理数据进行数据挖掘分析进行数据挖掘，为生产管理提供辅助决策建议，采用分析结果指导企业生产。

各业务系统充分集成在统一的集团式一体化发供电管理系统平台上，各业务系统之间数据充分共享，业务数据一次录入，全公司共用，提高数据一致性和完整性。

作者简介潘玉增：（1981-），男，工程师，主要从事电厂安全管理工作