數(shù)字化電廠模型層次分析

張鴻久 何 熹

摘要:介紹了數(shù)字化電廠基本模型,對組織構(gòu)成和信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了闡述和分析,提出了一個(gè)具有四個(gè)層次,兩個(gè)支持系統(tǒng)的數(shù)字化電廠層次結(jié)構(gòu)模型,并重點(diǎn)介紹了廠級監(jiān)控層(SIS)和生產(chǎn)管理層(MIS)。最后分析了我國現(xiàn)階段數(shù)字化電廠存在的一些問題,數(shù)據(jù)管理信息化。

關(guān)鍵詞:數(shù)字化;電廠;模型;層次分析

中圖分類號:TU271.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:16723198(2009)20032202お

數(shù)字化電廠是在傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它通過應(yīng)用一系列先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、融入現(xiàn)代化的管理思想,旨在解決火力發(fā)電廠管理粗放水平低下、發(fā)電能耗高、污染物(氣、水、渣)排放嚴(yán)重、輔助系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、設(shè)備故障率高、自動(dòng)保護(hù)投入率低、運(yùn)行人員多的現(xiàn)狀,最終實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電站現(xiàn)代化的運(yùn)營和管理,達(dá)到企業(yè)運(yùn)營成本最小、發(fā)電能耗最低、污染物零排放(廢氣達(dá)標(biāo)排放)、設(shè)備可用系數(shù)高、人均產(chǎn)值高的目的。

1組織層次分析

將現(xiàn)有電廠的許多職能部門合并,從而使部門簡化、人員精干、效率提高、管理科學(xué)化的目標(biāo)。這種新的組織結(jié)構(gòu)包括管理多元化和設(shè)崗復(fù)合型兩個(gè)方面。分為三個(gè)層次:決策層、管理層、執(zhí)行層。

第一層次:決策層。該層包括廠部一個(gè)部門,由總經(jīng)理和三總師組成。

第二層次:管理層。該層為綜合性的生產(chǎn)管理、經(jīng)營管理和專業(yè)性的發(fā)電設(shè)備運(yùn)行技術(shù)管理、發(fā)電設(shè)備維修技術(shù)管理、燃料現(xiàn)場管理等。

第三層次:執(zhí)行層。

各級崗位均應(yīng)復(fù)合型設(shè)置。運(yùn)行人員要三專業(yè)或四專業(yè)合一;檢修人員要多工種、會(huì)管理合一,重視培養(yǎng)和使用復(fù)合型的員工,以適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益的要求。

2結(jié)構(gòu)層次分析

2.1第一層:直接控制層

這是指生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和直接控制,是其他三層的基礎(chǔ)。

2.2第二層:廠級監(jiān)控層(SIS)

這是指廠級監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)和煤質(zhì)在線監(jiān)測、智能化煤場、優(yōu)化燃燒、故障診斷等各種機(jī)組性能優(yōu)化的高級應(yīng)用軟件,也是管理和控制之間聯(lián)系的橋梁。廠級監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)具備以下功能:

2.2.1過程監(jiān)視和管理

通過采集電廠各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)機(jī)組DCS,水系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng),灰系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),電氣網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)(NCS),電網(wǎng)遠(yuǎn)程發(fā)送單元(RTU)等的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù),對各生產(chǎn)流程進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。

2.2.2負(fù)荷分配和優(yōu)化調(diào)度

根據(jù)遠(yuǎn)方AGC指令和其它生產(chǎn)調(diào)度指令結(jié)合本廠主、輔系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行情況,按照各機(jī)組運(yùn)行煤耗特性以及約束條件,以全廠最小供電成本為目標(biāo),進(jìn)行最優(yōu)化的負(fù)荷分配。

2.2.3廠級經(jīng)濟(jì)信息和成本核算

通過數(shù)據(jù)采集和其它的管理成本相加最后形成發(fā)電成本,用于電價(jià)計(jì)算,送入競價(jià)上網(wǎng)報(bào)價(jià)系統(tǒng)。

2.2.4機(jī)組運(yùn)行故障診斷

監(jiān)視主、輔設(shè)備運(yùn)行參數(shù),指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整和處理。

2.2.5機(jī)組設(shè)備壽命計(jì)算和分析

以SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫評估機(jī)組關(guān)鍵部件的壽命損耗及剩余壽命。提供主要設(shè)備壽命計(jì)算和分析功能的軟件利用該軟件對重要部件或設(shè)備的壽命進(jìn)行計(jì)算、分析和預(yù)測。

2.2.6設(shè)備狀態(tài)(泄漏、磨損等)檢測和計(jì)算

通過對機(jī)組主要設(shè)備和部件,在使用中的金屬材料老化狀態(tài)進(jìn)行檢測與監(jiān)督,預(yù)測部件的老化程度和老化速度、部件使用壽命和失效時(shí)間及失效后所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)大小,提供監(jiān)督和綜合的分析及建議。

2.2.7鍋爐燃燒優(yōu)化

利用鍋爐燃燒優(yōu)化模塊,提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性、降低大氣污染物排放,在鍋爐建模的基礎(chǔ)之上,利用先進(jìn)的優(yōu)化方法對不同負(fù)荷(連續(xù)負(fù)荷)下鍋爐的操作變量與運(yùn)行工況進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.8機(jī)組在線性能試驗(yàn)

常規(guī)設(shè)備的性能試驗(yàn)按照電廠慣例,并根據(jù)鍋爐、汽輪機(jī)相關(guān)的ASME標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程進(jìn)行。試驗(yàn)完畢后自動(dòng)生成性能試驗(yàn)報(bào)告并存儲(chǔ),以便運(yùn)行和管理人員隨時(shí)查看報(bào)告。

2.2.9仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

通過建模工具(例如MATLAB等)建立電廠主輔設(shè)備數(shù)學(xué)模型,從SIS數(shù)據(jù)庫中仿真所需的邊界條件和性能曲線,仿真預(yù)演電廠在設(shè)想工況下的運(yùn)行情況。

2.3第三、四層:生產(chǎn)管理層(MIS)和經(jīng)營決策層

這兩個(gè)層在數(shù)據(jù)和展現(xiàn)上密不可分,多數(shù)情況下是由一套MIS實(shí)現(xiàn)的,也可以視為一個(gè)層次。

生產(chǎn)管理層以電廠資源計(jì)劃、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理為重點(diǎn),以設(shè)備檢修為基礎(chǔ),以完成發(fā)電量為目標(biāo),以企業(yè)資產(chǎn)管理為主線。進(jìn)而優(yōu)化電廠的機(jī)組性能指標(biāo),整合生產(chǎn)計(jì)劃和策略,為協(xié)調(diào)發(fā)電企業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供信息;實(shí)現(xiàn)電廠的安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,優(yōu)化電廠的生產(chǎn)計(jì)劃和策略,協(xié)調(diào)各個(gè)部門的運(yùn)轉(zhuǎn)。該層是數(shù)字化電廠管理的基石,同時(shí)為SIS層提供控制指導(dǎo)信息。

經(jīng)營決策層以綜合計(jì)劃管理為主線、以全面預(yù)算和成本管理為核心,以物資管理、燃料管理為基礎(chǔ),以人事管理以及OA等系統(tǒng)為輔助手段,提高實(shí)時(shí)成本計(jì)算速度,滿足商業(yè)化運(yùn)營管理需求。該層是數(shù)字化電廠的系統(tǒng)入口和決策樞紐。

電廠MIS系統(tǒng),包含基建MIS與生產(chǎn)MIS,是對電廠從基建到生產(chǎn)運(yùn)行的全過程管理。除了對內(nèi)部的工作過程及內(nèi)容進(jìn)行全面規(guī)劃和優(yōu)化控制外,還通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把電廠生產(chǎn)經(jīng)營過程的合作伙伴,如供應(yīng)商、電網(wǎng)、大客戶等的資源和能力集成起來,充分調(diào)動(dòng)電廠所有可利用的資源。

電廠MIS產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)對電廠內(nèi)外部資源的統(tǒng)一管理,從功能上應(yīng)分為基建、生產(chǎn)、經(jīng)營、辦公自動(dòng)化四個(gè)板塊,共20多個(gè)業(yè)務(wù)功能模塊?；ò鍓K包括工程、計(jì)劃、財(cái)務(wù)、安全、人力資源、設(shè)備等功能模塊,大部分模塊在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與生產(chǎn)時(shí)的應(yīng)用一并考慮。生產(chǎn)板塊包括運(yùn)行、檢修、設(shè)備、安監(jiān)、技監(jiān)、全面質(zhì)量、環(huán)保等業(yè)務(wù)功能模塊;經(jīng)營板塊包括計(jì)劃、物資、燃料、商業(yè)化運(yùn)營、全面預(yù)算、多經(jīng)、項(xiàng)目、合同、財(cái)務(wù)、人力資源等業(yè)務(wù)功能模塊;辦公自動(dòng)化板塊包括文檔、黨群、保衛(wèi)消防、OA、綜合查詢與輔助決策等業(yè)務(wù)功能模塊,各模塊之間應(yīng)做到數(shù)據(jù)依存度大、模塊依存度小。

在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上,應(yīng)采用“企業(yè)系統(tǒng)集成應(yīng)用EAI”的開發(fā)技術(shù),確定不同應(yīng)用系統(tǒng)組合的接口標(biāo)準(zhǔn),建立針對于發(fā)電廠業(yè)務(wù)應(yīng)用的自己的EAI標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)中應(yīng)將成熟的C/S體系結(jié)構(gòu)與先進(jìn)的B/S體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合,綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)。

2.4支持系統(tǒng)一:數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)

以關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的面向數(shù)據(jù)主題的電廠數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)成了數(shù)字化電廠的數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)和技術(shù)支撐平臺(tái),電廠數(shù)據(jù)倉庫以對電廠各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、提煉、集成,為電廠的分析和決策提供支持。

2.5支持系統(tǒng)二:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)

以ATM和千兆以太網(wǎng)為代表的先進(jìn)組網(wǎng)技術(shù),結(jié)合系統(tǒng)-網(wǎng)絡(luò)-終端三級安全策略、目錄管理統(tǒng)一認(rèn)證等先進(jìn)技術(shù),構(gòu)成了數(shù)字化電廠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)。不同的層需要不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?下面給出廠級監(jiān)控層和生產(chǎn)管理層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

3國內(nèi)數(shù)字化電廠建設(shè)存在的問題

3.1傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式與數(shù)字化設(shè)計(jì)的要求相差很遠(yuǎn)

由于設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)機(jī)制沒有針對數(shù)字化電廠的特點(diǎn)進(jìn)行提升和變革;加之由于設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念還局限于傳統(tǒng)電廠的設(shè)計(jì),沒有深入理解數(shù)字化電廠的特點(diǎn),造成數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)的目的僅僅是數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)可查。由于采用的應(yīng)用軟件平臺(tái)不同,缺乏規(guī)范統(tǒng)一性,使大量的有用信息無法真正共享,造成資源浪費(fèi)。

3.2軟件不能合理利用盲目引進(jìn)造成浪費(fèi)

近幾年隨著國外設(shè)備的引進(jìn),有些電廠就像引進(jìn)設(shè)備那樣來引進(jìn)軟件,沒有對整個(gè)電廠的信息系統(tǒng)進(jìn)行總體規(guī)劃,使數(shù)據(jù)傳遞不暢,結(jié)果使引進(jìn)的軟件不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。同時(shí)由于沒有系統(tǒng)規(guī)劃,還造成了許多軟件功能的重復(fù),引起數(shù)據(jù)冗余,造成浪費(fèi)。

3.3企業(yè)技術(shù)人員缺乏

國內(nèi)的不少企業(yè)已經(jīng)引入了國外先進(jìn)的軟件,但是技術(shù)人員缺乏,不能使軟件功能最為有效的發(fā)揮成為一個(gè)不可回避的問題。

3.4其他問題

在現(xiàn)在的數(shù)字化電廠中,還普遍存在系統(tǒng)目標(biāo)不明確,系統(tǒng)規(guī)劃不合理,以及設(shè)計(jì)階段缺少統(tǒng)一的編碼等問題。