丁永允

（遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179）

隨著越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施，人們更多傾向于選擇更清潔、更環(huán)保的可再生的能源，而在可再生能源中，能源生產(chǎn)發(fā)展令人擔(dān)憂。發(fā)電廠在能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，近年來(lái)，隨著發(fā)電廠智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于發(fā)電廠的能源分配網(wǎng)絡(luò)、機(jī)構(gòu)及普通能源用戶等都可以采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析，但由于控制機(jī)器的主系統(tǒng)和輔助設(shè)備數(shù)量眾多、參數(shù)復(fù)雜，因此，將過(guò)程控制系統(tǒng)集成到發(fā)電廠期間需要建立規(guī)范化的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以提升發(fā)電廠的工作效率［1］。

1 發(fā)電廠概述

1.1 發(fā)電廠現(xiàn)狀

發(fā)電廠是能夠促進(jìn)能源發(fā)電和新一代能源轉(zhuǎn)換的重要場(chǎng)所。在發(fā)電過(guò)程中，首先要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，為適應(yīng)新能源系統(tǒng)要求，除提高能源轉(zhuǎn)換效率外，還應(yīng)以發(fā)電為核心，協(xié)調(diào)智能設(shè)備層、智能控制層和智能發(fā)電層來(lái)執(zhí)行智能發(fā)電過(guò)程。目前，“智能能源發(fā)電”以自動(dòng)化、數(shù)字化和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等資源，處理來(lái)自計(jì)算機(jī)的信息，并集成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，形成自我優(yōu)化、自我學(xué)習(xí)的新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的運(yùn)營(yíng)。目前，國(guó)內(nèi)外不同學(xué)者對(duì)發(fā)電廠提出了不同的看法，主要是由于發(fā)電廠是一些小型發(fā)電機(jī)組的分布式集成，相當(dāng)于單個(gè)全球發(fā)電廠機(jī)制，能源網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的特征參數(shù)是分布式的電氣單元特征參數(shù)，給指定區(qū)域內(nèi)傳統(tǒng)電廠的組合進(jìn)行分布式發(fā)電、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能，以參與能源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。而作為對(duì)需求的一種響應(yīng)方式，發(fā)電廠可以安裝一些設(shè)備以提高能源效率并降低能源消耗。從狹義上講，發(fā)電廠是來(lái)自供電集團(tuán)的聚合物，這些能源可以是傳統(tǒng)單位的熱能、風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電和其他新能源裝置，也可以作為電能儲(chǔ)存裝置，這些裝置不受網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行調(diào)度中心的直接控制。從廣義上講，發(fā)電廠不限于發(fā)電側(cè)的鎘發(fā)電機(jī)組，可以與可控負(fù)載響應(yīng)技術(shù)和能源方面的需求相結(jié)合，在能源產(chǎn)生和消耗兩個(gè)極端情況下，將一些個(gè)人和機(jī)組組合在一起。理論上，發(fā)電廠中的個(gè)體分布不受區(qū)域限制，每個(gè)人都可以通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)與控制中心連接。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電廠規(guī)模正在逐步擴(kuò)大，單臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出功率小，安裝使用方便［2］。

1.2 發(fā)電廠架構(gòu)

發(fā)電廠架構(gòu)應(yīng)基于“智能發(fā)電”概念，以新一代智能管理和集成控制系統(tǒng)為核心，專(zhuān)注于智能生產(chǎn)控制和智能管理，通過(guò)智能控制、智能安防和生產(chǎn)控制這三種智能管理功能，集成智能設(shè)備層、智能控制層、生產(chǎn)監(jiān)控層和智能管理層，旨在優(yōu)化過(guò)程的完全控制、自學(xué)習(xí)分析和診斷、自恢復(fù)故障處理等智能發(fā)電運(yùn)行的控制和管理模式，最終幫助發(fā)電廠提高設(shè)備可靠性，降低能耗排放。通常來(lái)說(shuō)，發(fā)電廠的智能設(shè)備層主要是基于發(fā)電廠的傳統(tǒng)操作設(shè)備層，采用先進(jìn)測(cè)量和檢測(cè)技術(shù)對(duì)發(fā)電廠的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，并發(fā)送有關(guān)設(shè)備狀況和狀態(tài)的信息。環(huán)境信息被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并進(jìn)行高效管理和傳輸，為智能控制層和智能管理層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持［3］。而智能控制層和智能管理層可以對(duì)海量數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)處理方案，進(jìn)行設(shè)備可靠性分析和早期故障預(yù)警，實(shí)現(xiàn)智能化在線構(gòu)建。其中智能設(shè)備層嵌入了先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，例如紅外探測(cè)設(shè)備以熱成像的形式反映設(shè)備的三維溫度信息，有效執(zhí)行實(shí)時(shí)預(yù)警和設(shè)備故障診斷，或者使用智能機(jī)器人完成一些無(wú)法由人員執(zhí)行的操作，如高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的巡邏檢查、故障檢測(cè)等。使用先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備檢查生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的全方位檢測(cè)感知，能夠提升風(fēng)險(xiǎn)防控水平。

1.3 發(fā)電廠結(jié)構(gòu)特征

發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：首先是網(wǎng)絡(luò)的通信和管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)控制中心和區(qū)域內(nèi)對(duì)象之間建立的雙向通信連接，保證物理層、數(shù)據(jù)連接層和其他級(jí)別的連接；其次是可以整合短期、中期和長(zhǎng)期天氣數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)該區(qū)域內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組的輸出功率，作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，并在一定條件下，將其視為部分中斷負(fù)荷供電，以滿足該地區(qū)和整個(gè)電網(wǎng)的調(diào)度和運(yùn)行；最后是可收集和分析工藝區(qū)對(duì)象操作的數(shù)據(jù)，如調(diào)整后發(fā)電機(jī)的輸出、運(yùn)行效率和功率負(fù)荷。發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要包括收集市場(chǎng)信息、制定發(fā)電計(jì)劃并簽署中長(zhǎng)期合同。通過(guò)開(kāi)放式應(yīng)用控制器、高級(jí)應(yīng)用服務(wù)器和實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)與具有復(fù)雜操作的控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，以執(zhí)行發(fā)電廠的相關(guān)功能，提供實(shí)時(shí)、高可靠性的技術(shù)支持，同時(shí)也可以在高級(jí)應(yīng)用服務(wù)器上開(kāi)發(fā)類(lèi)似驅(qū)動(dòng)程序的配置。通過(guò)正常運(yùn)行的電網(wǎng)環(huán)境和可靠高效的接口，基于歷史數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和分析復(fù)雜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的智能優(yōu)化。而實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)采集并壓縮海量數(shù)據(jù)，為智能發(fā)電平臺(tái)中的各種應(yīng)用提供高速和長(zhǎng)期存儲(chǔ)，保證人員能夠?qū)崟r(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)并隨時(shí)調(diào)用。

2 發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的概念

發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成通常分為主機(jī)控制和輔機(jī)控制。由于控制室的系統(tǒng)改造，對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化不僅涉及控制系統(tǒng)的選擇，還涉及新舊系統(tǒng)之間接口的組合，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造、主控窗口的控制面板以及線路信息的修改，都更多地取決于相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范?；诖耍疚奶接懙陌l(fā)電廠積極與廠家合作，開(kāi)展新老發(fā)電廠熱微分系統(tǒng)工程，合作涉及不同的主要靜電控制系統(tǒng)，包括汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)控制、順序控制和汽輪機(jī)回路維護(hù)系統(tǒng)等，輔助機(jī)械控制系統(tǒng)則包括管理程序控制、吹灰程序控制、除灰程序控制、固定混合料程序控制與濾網(wǎng)控制等，以上均可反映發(fā)電廠系統(tǒng)的集成能力［4］。

3 發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化構(gòu)建

通過(guò)對(duì)發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的特征分析可知，為了符合能源行業(yè)發(fā)展方向，以提高大型熱能機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性為原則，應(yīng)實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的自動(dòng)化管理，其主要目的是調(diào)節(jié)控制順序和信號(hào)，包括一次元件和變送器的供電和監(jiān)測(cè)等。系統(tǒng)應(yīng)基于調(diào)節(jié)控制和順序控制程序的模塊，提供自動(dòng)化指令，在操作員、過(guò)程和系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，包括監(jiān)控、操作、系統(tǒng)配置、診斷和數(shù)據(jù)歸檔［5］。發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化可以促使操作站向操作員提供過(guò)程監(jiān)控所需的所有信息。通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)在自動(dòng)化站和通信站之間傳輸，不同的工程區(qū)域通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)總線相互耦合，總線網(wǎng)絡(luò)取代了以前系統(tǒng)的唯一剛性連接，而分層總線允許實(shí)時(shí)組織和傳輸所有數(shù)據(jù)，從而保證發(fā)電廠自動(dòng)化過(guò)程的所有內(nèi)容都可以通過(guò)配置站來(lái)滿足。每個(gè)站包括一個(gè)中央單元和幾個(gè)輸入/輸出單元，不需要額外配置，只需將另一個(gè)具有相同功能的單元連接到系統(tǒng)。這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，使過(guò)程控制非常靈活，易于擴(kuò)展。

4 發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化要求概述

4.1 過(guò)程控制系統(tǒng)集成規(guī)范化的范圍及要素

要想滿足發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化要求，就需要采用相關(guān)技術(shù)規(guī)范描述系統(tǒng)硬件、工作站、通信網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源、自診斷和精度等內(nèi)容。而系統(tǒng)軟件支持能力包括多臺(tái)臺(tái)式機(jī)的報(bào)警、計(jì)算、控制算法、位移配置算法、數(shù)據(jù)采集接口、數(shù)據(jù)顯示、打印等。為明確控制接口，應(yīng)提供應(yīng)用于電氣接頭的機(jī)組控制釋放模塊［6］。過(guò)程控制系統(tǒng)集成規(guī)范化在控制系統(tǒng)功能方面，還應(yīng)提供功能設(shè)計(jì)的具體控制周期，如供水系統(tǒng)、汽輪機(jī)系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制指令，以避免重復(fù)或不完整的功能缺陷。

4.2 過(guò)程控制系統(tǒng)集成規(guī)范化的技術(shù)要求

通常來(lái)說(shuō)，發(fā)電廠的輔機(jī)控制配置沒(méi)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，通常是將可編程設(shè)備用于機(jī)器控制輔助系統(tǒng)，如化學(xué)水處理和除灰等，其控制系統(tǒng)可以從汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)控制逐步延伸，當(dāng)項(xiàng)目允許時(shí)，也可以將覆蓋范圍擴(kuò)展到輔助設(shè)備控制系統(tǒng)，如化學(xué)水程序控制和模具傳輸程序控制。制造商也在擴(kuò)大功能范圍，在改變控制值的基礎(chǔ)上，增加了模擬硬件和軟件功能。據(jù)了解，一些國(guó)家發(fā)電廠已采用過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行發(fā)電廠的控制工作。采用單個(gè)DCS或PLC來(lái)執(zhí)行發(fā)電廠主輔機(jī)控制，系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于裝配、操作和維護(hù)更加方便，然而，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)場(chǎng)總線儀表等新技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用，發(fā)電廠不僅可以在主、輔控制設(shè)備上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，還可使用變送器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)成為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接化合物，屆時(shí)，發(fā)電廠控制系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范將很容易保持一致［7］。

5 結(jié)論

綜上所述，在發(fā)電廠運(yùn)行期間使用狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)共存，有效完成發(fā)電廠的監(jiān)控和調(diào)整任務(wù)。通過(guò)智能生產(chǎn)控制中心與智能管理中心集成控制平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)控制、智能化生產(chǎn)安全與智能化生產(chǎn)管理。一般來(lái)說(shuō)，目前我國(guó)發(fā)電廠的調(diào)查還處于起步階段，最終要適應(yīng)中國(guó)地理、氣候和能源生產(chǎn)類(lèi)型的不同進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整，而發(fā)電廠過(guò)程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化使用功能應(yīng)以風(fēng)能和太陽(yáng)能為代表，其具有顯著的間歇性和強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性等特點(diǎn)，可為新能源的安全高效利用開(kāi)辟一條新途徑。