數(shù)字化電廠建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展研究

摘要：傳統(tǒng)供電單位的數(shù)字化改革是實現(xiàn)高效、節(jié)能、減排，提高競爭力的重大舉措。發(fā)電是能源浪費較為嚴重的一項工作，對此，研究人員不斷對電廠發(fā)電能源利用率低的問題進行研究。本文就數(shù)字化電廠建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)進行探討，通過分析這些技術(shù)，推測數(shù)字化電廠的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化電廠;電廠建設(shè);發(fā)展

無論是民用電力還是商用電力都離不開發(fā)電廠的電力供應(yīng)。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展成熟與萬物互聯(lián)概念的提出，我國供電廠正在進行不同程度的數(shù)字化改革，從而實現(xiàn)產(chǎn)品與技術(shù)的自動化、管理與決策的智能化，進而提高單位時間電力供應(yīng)量和能源的利用效率。本文通過介紹數(shù)字化電廠的構(gòu)成與特點、電廠數(shù)字化過程中常用技術(shù)，對建設(shè)電廠數(shù)字化智能系統(tǒng)的發(fā)展進行研究與展望。

一、數(shù)字化電廠的構(gòu)成與特點

電廠進行數(shù)字化升級，需要先將電廠內(nèi)原始數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息存入電子設(shè)備，對廠內(nèi)工作人員進行信息化編制，然后借助目前發(fā)達的信息技術(shù)構(gòu)建快捷高效、實時可靠的線上交流和信息共享，并通過第三方軟件或企業(yè)自主研發(fā)的管理系統(tǒng)分析歷史記錄并指導(dǎo)未來工作、優(yōu)化并固化廠內(nèi)工作流程?；谛屡d的數(shù)字信息技術(shù)，廠內(nèi)各項系統(tǒng)參數(shù)及發(fā)電所需信息均可保存為信息化數(shù)據(jù)，并且全部數(shù)據(jù)能夠通過局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)快速傳輸和實時同步，以及通過權(quán)限分級增強信息的保密性。通過總體系統(tǒng)中設(shè)置專屬模塊來滿足實時信息傳輸需求，設(shè)置其他專屬模塊完成權(quán)限分級管理，能夠?qū)㈦姀S管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化的方式升級為現(xiàn)代化高效生產(chǎn)管理。圖一表現(xiàn)了電廠數(shù)字化系統(tǒng)的功能構(gòu)成，橫向觀察可明顯得出，電廠內(nèi)部各大主要部門通過信息技術(shù)串聯(lián)起來，可以使工作溝通更加及時、工作流程更加精簡;通過觀察系統(tǒng)層次可知，數(shù)字化電廠能夠?qū)崿F(xiàn)各大管理系統(tǒng)分層分級的有機結(jié)合，使系統(tǒng)穩(wěn)定性更強，層次更加清晰，更易于維護。此外，電廠的數(shù)字化改革還有通過流程優(yōu)化以及智能分析降低了工作的出錯率，使技術(shù)人員擺脫了簡單重復(fù)工作，降低了因不合理規(guī)劃導(dǎo)致的原材料浪費，促進了發(fā)電工作流程的迭代。

二、數(shù)字化電廠主流應(yīng)用技術(shù)

（一）分布控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)（以下稱為DCS）是一種功能全面、可靠性及魯棒性強以及操作難度友好的控制系統(tǒng)，目前常見于大、中型供電單位的機爐控制中。這組模塊可有效實現(xiàn)爐膛內(nèi)部參數(shù)的實時監(jiān)控，從而保證其安全性。隨著這項技術(shù)更新迭代，能夠?qū)崿F(xiàn)將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時提供給上層結(jié)構(gòu)。第四代及其以后的DCS中還集成了總線控制子模塊及其應(yīng)用接口，并可兼容基于不同標準的設(shè)備。

DCS作為一項成熟完善、高兼容性的電廠機爐控制系統(tǒng)，也存在著一些局限性：如DCS數(shù)據(jù)采集容量難以滿足大型發(fā)電廠實現(xiàn)整體控制所需的數(shù)據(jù)采集規(guī)模;系統(tǒng)開發(fā)廠商之間存在競爭關(guān)系，導(dǎo)致不同來源的DCS兼容性極差;DCS的接口技術(shù)仍為硬接線技術(shù)，線體的損壞和更換以及備用導(dǎo)致的結(jié)果是配置冗余。

（二）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（以下稱為FCS）技術(shù)是支撐電廠數(shù)字化的基礎(chǔ)技術(shù)，也是一項綜合性核心管理技術(shù)。在各電廠數(shù)字化技術(shù)更新迭代的過程中，F(xiàn)CS通過對采集的基礎(chǔ)設(shè)備實時數(shù)據(jù)進行分析，能夠分析得出整體系統(tǒng)的鏈路狀況，實現(xiàn)同步控制。FCS技術(shù)的核心原理是在保障系統(tǒng)運行平穩(wěn)的同時，統(tǒng)籌管控各種底層設(shè)備，從而實現(xiàn)系統(tǒng)日常運行的高效性。

FCS技術(shù)為數(shù)字化電廠帶來更高的自動化程度。FCS技術(shù)的設(shè)計仍在不斷優(yōu)化迭代，在保留核心用途的基礎(chǔ)上，不斷增加實用功能，優(yōu)化用戶體驗，以下是幾點可行的優(yōu)化方向：

首先，技術(shù)應(yīng)不斷增強兼容性和靈活性，根據(jù)不同環(huán)境調(diào)整相應(yīng)變量，技術(shù)人員可結(jié)合電廠內(nèi)部具體情況，自主選擇變量與調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，通過調(diào)試使系統(tǒng)更加貼合電廠內(nèi)部的實際需求，通過底層設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)及時分類分析并將有效信息更新至系統(tǒng)里，充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的時效性，目前，在分散控制系統(tǒng)發(fā)展至第四代以后，F(xiàn)CS技術(shù)開始集成于與分散控制系統(tǒng)設(shè)備之中，并能夠兼容不同的設(shè)備協(xié)議。

其次，系統(tǒng)可升級優(yōu)化遠程設(shè)備接口技術(shù)。數(shù)據(jù)實時監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)有效結(jié)合，便于技術(shù)人員對設(shè)備的實時調(diào)整，以及在問題發(fā)生時能及時反饋和解決。再次，系統(tǒng)加密技術(shù)也可優(yōu)化，以增強系統(tǒng)的安全性。

最后，可同步提升系統(tǒng)管控的底層設(shè)備性能，提高整體智能化程度，根據(jù)國家標準規(guī)定，可開發(fā)更匹配管理系統(tǒng)的智能化設(shè)備。

（三）管理信息系統(tǒng)

信息的智能化儲存、分類及管理離不開管理信息系統(tǒng)（下稱MIS）技術(shù)。MIS技術(shù)特點是依靠網(wǎng)絡(luò)平臺，對供電廠內(nèi)一些業(yè)務(wù)部門乃至供電廠整體信息進行管理調(diào)控，按照覆蓋位置分為主機系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)三個模塊。

根據(jù)最新數(shù)據(jù)，多數(shù)供電廠雖然對MIS技術(shù)加以應(yīng)用，但是覆蓋業(yè)務(wù)不多，一般只用于輔助財務(wù)系統(tǒng)管理、生產(chǎn)工作調(diào)配等，因此廠內(nèi)MIS的應(yīng)用范圍有待拓展。隨著電廠規(guī)模的逐漸擴大和現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)MIS的架構(gòu)及功能逐漸難以支撐電廠的現(xiàn)代化發(fā)展。將企業(yè)資源計劃作為子系統(tǒng)集成到MIS中，為MIS技術(shù)添加了諸如競標輔助決策、成本模擬估算等現(xiàn)代化功能。

三、電廠數(shù)字化發(fā)展展望

（一）數(shù)據(jù)庫技術(shù)的綜合應(yīng)用

數(shù)據(jù)信息的共享和權(quán)限分級管理是實現(xiàn)電廠高效信息管理、數(shù)據(jù)整合分析實現(xiàn)的基本思路。數(shù)據(jù)庫的建設(shè)是電廠數(shù)字化的一大基礎(chǔ)工作，是能夠?qū)崿F(xiàn)信息分類管理、文件在線瀏覽和信息平臺搭建的前提工作，前期數(shù)據(jù)庫的層次構(gòu)件合理可靠，后期數(shù)據(jù)的調(diào)用將更具有可靠性。數(shù)據(jù)庫的及時更新及定期維護，是保持信息調(diào)用效率的關(guān)鍵。經(jīng)調(diào)查，大部分高度數(shù)字化的電廠仍不同程度上沒有完成各類工作項目資源有機整合，只是簡單的資源上傳與共享。通過對SQL等數(shù)據(jù)庫軟件的應(yīng)用與設(shè)置，能提高資源整合的效果效率。另外，軟件接口技術(shù)的更新迭代也十分重要，將二維平面圖、三維裝配體等與相關(guān)底層設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)有效結(jié)合，從而提高數(shù)據(jù)信息查詢的直觀性。供電企業(yè)還應(yīng)結(jié)合自身建設(shè)情況與組織結(jié)構(gòu)，加強部門間的設(shè)計協(xié)同，加快信息分配利用的速率，保持信息同步。

（二）軟件設(shè)計優(yōu)化

數(shù)字化電廠未來的發(fā)展，離不開系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與應(yīng)用軟件設(shè)計思路的更新。優(yōu)化系統(tǒng)不僅要減少程序運行bug，提高系統(tǒng)的實際運行效率，還要通過分析實際功能需求，使系統(tǒng)軟件更具目的性、專業(yè)性，能夠更快響應(yīng)、更智能性解決電廠常見專業(yè)問題。應(yīng)用軟件的針對性與專業(yè)性設(shè)計，離不開更高級的軟件邏輯規(guī)劃。從實際設(shè)計流程出發(fā)，軟件的優(yōu)化程度取決于設(shè)計者的個人能力，企業(yè)應(yīng)招收更加優(yōu)秀的軟件設(shè)計人員或?qū)?nèi)部設(shè)計人員進行培訓(xùn)考核。軟件設(shè)計人員還應(yīng)充分了解電廠內(nèi)部具體需求，結(jié)合軟件的科學(xué)性要求、實用性要求、整體協(xié)調(diào)性要求等因素，通過對廠內(nèi)歷史數(shù)據(jù)，開發(fā)解決具體相應(yīng)問題的軟件功能。

結(jié)束語：

綜上所述，數(shù)字化電廠的建設(shè)離不開企業(yè)對數(shù)字化概念的認知與智能化決策輔助的理解。電廠實行全面數(shù)字化的核心訴求是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息管理技術(shù)等解決傳統(tǒng)電廠內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)冗余、工作協(xié)同能力弱、能源利用率低、污染排放不規(guī)范等現(xiàn)狀。只有充分引入數(shù)字化技術(shù)，才能解決現(xiàn)有問題，實現(xiàn)電廠的綜合效益提升和綠色可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：

曹煜（1971，3-），男，民族：漢，學(xué)歷：碩士 ，單位：西門子電站自動化有限公司，研究方向：儀表控制，電機電力，職稱：高級工程師，職務(wù)：項目經(jīng)理