研究燃煤電廠DCS系統(tǒng)中的電壓控制節(jié)能方法

肖石 王成玉

（中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 102400）

一、DCS系統(tǒng)探概述

DCS系統(tǒng)在國內(nèi)被稱為集散控制系統(tǒng)，其主要功能特點(diǎn)為控制分散、管理集中，表現(xiàn)為以通信網(wǎng)絡(luò)作為紐帶的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過在過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)形成，以此多級(jí)信息技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行處理各類問題，常由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、顯示器以及控制系統(tǒng)組成。在DCS系統(tǒng)不斷應(yīng)用于電廠發(fā)電生產(chǎn)后，不斷有效拓展它的應(yīng)用范圍。科技工作者不斷開發(fā)出各類新類型的DCS操作系統(tǒng)，從而滿足了不同產(chǎn)品生產(chǎn)和不同生產(chǎn)規(guī)模的需要。DCS控制系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念方面也不斷改進(jìn)，常以分散控制并且集中操作，分級(jí)管理卻又靈活配置作為其設(shè)計(jì)理念，現(xiàn)代信息技術(shù)手段在DCS系統(tǒng)中存在廣泛的影響，保證電廠中DCS系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性是保證電廠良好穩(wěn)定的運(yùn)行的基礎(chǔ)。

二、DCS系統(tǒng)相關(guān)功能

目前燃煤電廠節(jié)能控制研究的主要對象就是，如何利用DCS系統(tǒng)中的發(fā)電系統(tǒng)控制來提升燃煤發(fā)電的安全性能以及工作效率。下面我們主要闡述一下燃煤電廠DCS系統(tǒng)的主要功能，首先是能夠控制所有發(fā)電機(jī)組以及變電機(jī)組的閘門，其次是能夠自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)，第三是能夠自動(dòng)控制輸電線路，最后是能夠自動(dòng)控制所有的輔助保護(hù)系統(tǒng)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，絕大部分的燃煤電廠DCS系統(tǒng)在電壓控制過程中存在著嚴(yán)重的能源損耗，如果不能降低不必要的能源損耗，將會(huì)引起熱量堆積，造成元器件絕緣性能降低，并縮短使用壽命。因此，如何降低燃煤電廠DCS系統(tǒng)中的能源損耗，已經(jīng)成為電力領(lǐng)域一個(gè)熱門研究課題。當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，主要的燃煤電廠DCS系統(tǒng)中的節(jié)能方法包括基于PLC控制的節(jié)能控制方法，基于動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的節(jié)能控制方法和基于能量損耗模型的節(jié)能控制方法。其中最常用的是基于能量損耗模型的節(jié)能控制方法。由于燃煤電廠DCS系統(tǒng)中的節(jié)能控制方法在節(jié)能減排方面能夠發(fā)揮巨大的作用，因此，該課題具有廣闊的發(fā)展前景，受到越來越多人們的重視。

節(jié)能技術(shù)在不斷發(fā)展與進(jìn)步，以往的節(jié)能控制方法進(jìn)行DCS系統(tǒng)的節(jié)能控制，在很大程度上受到了限制，不能真正發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)中的控制單元屬性，也無法提供確切的系統(tǒng)控制現(xiàn)狀及控制情況，容易導(dǎo)致不協(xié)調(diào)的問題以及浪費(fèi)能源的問題。通過仔細(xì)分析以往方法的不足之處，我們不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了運(yùn)用電壓的分散控制完善DCS系統(tǒng)的節(jié)能措施。我們可以通過DCS系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析詳情，為新的節(jié)能措施奠定理論基礎(chǔ)，通過對各個(gè)控制單元的正向電壓和負(fù)向電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)的節(jié)能。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了改進(jìn)算法在燃煤電廠DCS系統(tǒng)節(jié)能方面的優(yōu)越性。

三、燃煤電廠DCS系統(tǒng)中的電壓控制節(jié)能方法

（一）合理選擇優(yōu)化方案

節(jié)能減排要求的不斷提高使得節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用逐漸多用化。就燃煤電廠的DCS系統(tǒng)而言，其電壓控制系統(tǒng)節(jié)能減排的方式主要有兩種：第一，機(jī)械運(yùn)作過程中，工程人員會(huì)通過獨(dú)立的控制軟件收集并計(jì)算設(shè)備的運(yùn)行狀況，并通過計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)備頻段的調(diào)整。第二，DCS系統(tǒng)自身就帶有必要的計(jì)算系統(tǒng)，其只要將設(shè)備運(yùn)行的各種信息完整錄入，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備最佳變頻變壓的確認(rèn)，然后進(jìn)行調(diào)整即可。

實(shí)踐過程中，通過對這種技術(shù)方式應(yīng)用評(píng)判，不難發(fā)現(xiàn)，較強(qiáng)的變成語言和數(shù)學(xué)計(jì)算功能是前者的明顯優(yōu)勢，并且操作方法相對簡單；然而，其需要必要的硬件設(shè)備和通訊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)保證，一旦通信條件的制約因素較大，就會(huì)使得設(shè)備的計(jì)算及控制性能降低，影響系統(tǒng)整體的可靠性。而在DCS自帶計(jì)算系統(tǒng)中，雖然設(shè)備的調(diào)試相對復(fù)雜，且計(jì)算功能并不突出，但是，其不需要外加設(shè)備的輔助，并且對于外在環(huán)境的適用性較強(qiáng)，避免了調(diào)試過程中的環(huán)境干擾。因此，通過DCS系統(tǒng)自帶的軟件進(jìn)行電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況的計(jì)算分析，并進(jìn)行必要的節(jié)能設(shè)計(jì)是提高燃煤電廠設(shè)備運(yùn)行效率的有效方式。

（二）科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件

一般情況下，節(jié)約成本，方便施工是電壓控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重要原則，其具體的硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容包含以下方面：

第一，傳統(tǒng)的I/O模塊，其輸入輸出通道和工作電源是處于同一敞開區(qū)域的，一旦一個(gè)區(qū)域的設(shè)備故障，就對會(huì)其他設(shè)備造成影響；進(jìn)行硬件優(yōu)化就必須對其進(jìn)行模塊隔離；第二，主控模塊是整個(gè)控制站的核心，其負(fù)責(zé)了整個(gè)設(shè)備各項(xiàng)功能的協(xié)調(diào)與分配，因此，必須對其進(jìn)行可靠性保證，目前，運(yùn)用協(xié)同雙處理器是確保其運(yùn)行良好的重要手段，同時(shí)，為確保其信息傳遞的可靠和效率，高傳輸頻率的太空網(wǎng)也可投入使用；第三，設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)意義重大，作為I/O組件的核心，對其的優(yōu)化應(yīng)注重多通訊模式的轉(zhuǎn)換以及熱備用冗余的處理，使得即便某一傳輸設(shè)備故障，其數(shù)據(jù)消息也可以通過其他方式進(jìn)行傳遞；第四，DCS系統(tǒng)的操作站應(yīng)建當(dāng)前主流的機(jī)型作為其處理設(shè)備，保證基本的硬件滿足電壓節(jié)能控制要求。譬如，在CPU處理設(shè)備上，其主頻的頻率不低于3.2GHz，而在存儲(chǔ)容量上，最基本的存儲(chǔ)不小于500GB等。

結(jié)束語

DCS系統(tǒng)電壓控制節(jié)能效果的提升是一個(gè)持續(xù)發(fā)展的過程，在一定程度上，這個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)以設(shè)備的良好運(yùn)行為基礎(chǔ)。對于燃煤電廠管理人員而言，其只有不斷研究DCS系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行性能，并采取科學(xué)的方法對其進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，才能保證電壓節(jié)能控制的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長，推動(dòng)企業(yè)發(fā)展。