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摘要:介绍了数字化电厂基本模型,对组织构成和信息系统结构模型进行了阐述和分析,提出了一个具有四个层次,两个支持系统的数字化电厂层次结构模型,并重点介绍了厂级监控层(SIS)和生产管理层(MIS)。最后分析了我国现阶段数字化电厂存在的一些问题,数据管理信息化。
关键词:数字化;电厂;模型;层次分析
中图分类号:TU271.1
文献标识码:A
文章编号:16723198(2009)20032202
数字化电厂是在传统的火力发电站的基础上发展起来的,它通过应用一系列先进的科学技术、融入现代化的管理思想,旨在解决火力发电厂管理粗放水平低下、发电能耗高、污染物(气、水、渣)排放严重、辅助系统运行不稳定、设备故障率高、自动保护投入率低、运行人员多的现状,最终实现火力发电站现代化的运营和管理,达到企业运营成本最小、发电能耗最低、污染物零排放(废气达标排放)、设备可用系数高、人均产值高的目的。
1组织层次分析
将现有电厂的许多职能部门合并,从而使部门简化、人员精干、效率提高、管理科学化的目标。这种新的组织结构包括管理多元化和设岗复合型两个方面。分为三个层次:决策层、管理层、执行层。
第一层次:决策层。该层包括厂部一个部门,由总经理和三总师组成。
第二层次:管理层。该层为综合性的生产管理、经营管理和专业性的发电设备运行技术管理、发电设备维修技术管理、燃料现场管理等。
第三层次:执行层。
各级岗位均应复合型设置。运行人员要三专业或四专业合一;检修人员要多工种、会管理合一,重视培养和使用复合型的员工,以适应现代企业提高工作效率和经济效益的要求。
2结构层次分析
2.1第一层:直接控制层
这是指生产过程的数据采集和直接控制,是其他三层的基础。
2.2第二层:厂级监控层(SIS)
这是指厂级监控系统(SIS)和煤质在线监测、智能化煤场、优化燃烧、故障诊断等各种机组性能优化的高级应用软件,也是管理和控制之间联系的桥梁。厂级监控系统(SIS)具备以下功能:
2.2.1过程监视和管理
通过采集电厂各生产过程控制系统机组DCS,水系统控制网络系统,凝结水精处理控制系统,灰系统控制网络系统,电气网络监控系统(NCS),电网远程发送单元(RTU)等的实时生产数据,对各生产流程进行统一的监视和查询。
2.2.2负荷分配和优化调度
根据远方AGC指令和其它生产调度指令结合本厂主、辅系统和设备运行情况,按照各机组运行煤耗特性以及约束条件,以全厂最小供电成本为目标,进行最优化的负荷分配。
2.2.3厂级经济信息和成本核算
通过数据采集和其它的管理成本相加最后形成发电成本,用于电价计算,送入竞价上网报价系统。
2.2.4机组运行故障诊断
监视主、辅设备运行参数,指导运行人员进行运行调整和处理。
2.2.5机组设备寿命计算和分析
以SIS系统数据库评估机组关键部件的寿命损耗及剩余寿命。提供主要设备寿命计算和分析功能的软件利用该软件对重要部件或设备的寿命进行计算、分析和预测。
2.2.6设备状态(泄漏、磨损等)检测和计算
通过对机组主要设备和部件,在使用中的金属材料老化状态进行检测与监督,预测部件的老化程度和老化速度、部件使用寿命和失效时间及失效后所产生的风险大小,提供监督和综合的分析及建议。
2.2.7锅炉燃烧优化
利用锅炉燃烧优化模块,提高锅炉燃烧的经济性、降低大气污染物排放,在锅炉建模的基础之上,利用先进的优化方法对不同负荷(连续负荷)下锅炉的操作变量与运行工况进行优化。
2.2.8机组在线性能试验
常规设备的性能试验按照电厂惯例,并根据锅炉、汽轮机相关的ASME标准、国家标准和电力行业标准或规程进行。试验完毕后自动生成性能试验报告并存储,以便运行和管理人员随时查看报告。
2.2.9仿真培训系统
通过建模工具(例如MATLAB等)建立电厂主辅设备数学模型,从SIS数据库中仿真所需的边界条件和性能曲线,仿真预演电厂在设想工况下的运行情况。
2.3第三、四层:生产管理层(MIS)和经营决策层
这两个层在数据和展现上密不可分,多数情况下是由一套MIS实现的,也可以视为一个层次。
生产管理层以电厂资源计划、安全、经济运行管理为重点,以设备检修为基础,以完成发电量为目标,以企业资产管理为主线。进而优化电厂的机组性能指标,整合生产计划和策略,为协调发电企业的高效运转提供信息;实现电厂的安全、高效、经济运行,优化电厂的生产计划和策略,协调各个部门的运转。该层是数字化电厂管理的基石,同时为SIS层提供控制指导信息。
经营决策层以综合计划管理为主线、以全面预算和成本管理为核心,以物资管理、燃料管理为基础,以人事管理以及OA等系统为辅助手段,提高实时成本计算速度,满足商业化运营管理需求。该层是数字化电厂的系统入口和决策枢纽。
电厂MIS系统,包含基建MIS与生产MIS,是对电厂从基建到生产运行的全过程管理。除了对内部的工作过程及内容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。
电厂MIS产品实现对电厂内外部资源的统一管理,从功能上应分为基建、生产、经营、办公自动化四个板块,共20多个业务功能模块。基建板块包括工程、计划、财务、安全、人力资源、设备等功能模块,大部分模块在总体设计时应与生产时的应用一并考虑。生产板块包括运行、检修、设备、安监、技监、全面质量、环保等业务功能模块;经营板块包括计划、物资、燃料、商业化运营、全面预算、多经、项目、合同、财务、人力资源等业务功能模块;办公自动化板块包括文档、党群、保卫消防、OA、综合查询与辅助决策等业务功能模块,各模块之间应做到数据依存度大、模块依存度小。
在实现技术上,应采用“企业系统集成应用EAI”的开发技术,确定不同应用系统组合的接口标准,建立针对于发电厂业务应用的自己的EAI标准。在系统中应将成熟的C/S体系结构与先进的B/S体系结构相结合,综合应用计算机领域的最新技术。
2.4支持系统一:数据库支持系统
以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库构成了数字化电厂的数据库支持系统和技术支撑平台,电厂数据仓库以对电厂各类数据进行分析、提炼、集成,为电厂的分析和决策提供支持。
2.5支持系统二:计算机网络支持系统
以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术,结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术,构成了数字化电厂的计算机网络支持系统。不同的层需要不同的网络拓扑,下面给出厂级监控层和生产管理层的网络拓扑模型。
3国内数字化电厂建设存在的问题
3.1传统的设计模式与数字化设计的要求相差很远
由于设计院的设计机制没有针对数字化电厂的特点进行提升和变革;加之由于设计人员的设计理念还局限于传统电厂的设计,没有深入理解数字化电厂的特点,造成数字化电厂设计的目的仅仅是数据共享和实时可查。由于采用的应用软件平台不同,缺乏规范统一性,使大量的有用信息无法真正共享,造成资源浪费。
3.2软件不能合理利用盲目引进造成浪费
近几年随着国外设备的引进,有些电厂就像引进设备那样来引进软件,没有对整个电厂的信息系统进行总体规划,使数据传递不畅,结果使引进的软件不能发挥应有的作用。同时由于没有系统规划,还造成了许多软件功能的重复,引起数据冗余,造成浪费。
3.3企业技术人员缺乏
国内的不少企业已经引入了国外先进的软件,但是技术人员缺乏,不能使软件功能最为有效的发挥成为一个不可回避的问题。
3.4其他问题
在现在的数字化电厂中,还普遍存在系统目标不明确,系统规划不合理,以及设计阶段缺少统一的编码等问题。
关键词:数字化;电厂;模型;层次分析
中图分类号:TU271.1
文献标识码:A
文章编号:16723198(2009)20032202
数字化电厂是在传统的火力发电站的基础上发展起来的,它通过应用一系列先进的科学技术、融入现代化的管理思想,旨在解决火力发电厂管理粗放水平低下、发电能耗高、污染物(气、水、渣)排放严重、辅助系统运行不稳定、设备故障率高、自动保护投入率低、运行人员多的现状,最终实现火力发电站现代化的运营和管理,达到企业运营成本最小、发电能耗最低、污染物零排放(废气达标排放)、设备可用系数高、人均产值高的目的。
1组织层次分析
将现有电厂的许多职能部门合并,从而使部门简化、人员精干、效率提高、管理科学化的目标。这种新的组织结构包括管理多元化和设岗复合型两个方面。分为三个层次:决策层、管理层、执行层。
第一层次:决策层。该层包括厂部一个部门,由总经理和三总师组成。
第二层次:管理层。该层为综合性的生产管理、经营管理和专业性的发电设备运行技术管理、发电设备维修技术管理、燃料现场管理等。
第三层次:执行层。
各级岗位均应复合型设置。运行人员要三专业或四专业合一;检修人员要多工种、会管理合一,重视培养和使用复合型的员工,以适应现代企业提高工作效率和经济效益的要求。
2结构层次分析
2.1第一层:直接控制层
这是指生产过程的数据采集和直接控制,是其他三层的基础。
2.2第二层:厂级监控层(SIS)
这是指厂级监控系统(SIS)和煤质在线监测、智能化煤场、优化燃烧、故障诊断等各种机组性能优化的高级应用软件,也是管理和控制之间联系的桥梁。厂级监控系统(SIS)具备以下功能:
2.2.1过程监视和管理
通过采集电厂各生产过程控制系统机组DCS,水系统控制网络系统,凝结水精处理控制系统,灰系统控制网络系统,电气网络监控系统(NCS),电网远程发送单元(RTU)等的实时生产数据,对各生产流程进行统一的监视和查询。
2.2.2负荷分配和优化调度
根据远方AGC指令和其它生产调度指令结合本厂主、辅系统和设备运行情况,按照各机组运行煤耗特性以及约束条件,以全厂最小供电成本为目标,进行最优化的负荷分配。
2.2.3厂级经济信息和成本核算
通过数据采集和其它的管理成本相加最后形成发电成本,用于电价计算,送入竞价上网报价系统。
2.2.4机组运行故障诊断
监视主、辅设备运行参数,指导运行人员进行运行调整和处理。
2.2.5机组设备寿命计算和分析
以SIS系统数据库评估机组关键部件的寿命损耗及剩余寿命。提供主要设备寿命计算和分析功能的软件利用该软件对重要部件或设备的寿命进行计算、分析和预测。
2.2.6设备状态(泄漏、磨损等)检测和计算
通过对机组主要设备和部件,在使用中的金属材料老化状态进行检测与监督,预测部件的老化程度和老化速度、部件使用寿命和失效时间及失效后所产生的风险大小,提供监督和综合的分析及建议。
2.2.7锅炉燃烧优化
利用锅炉燃烧优化模块,提高锅炉燃烧的经济性、降低大气污染物排放,在锅炉建模的基础之上,利用先进的优化方法对不同负荷(连续负荷)下锅炉的操作变量与运行工况进行优化。
2.2.8机组在线性能试验
常规设备的性能试验按照电厂惯例,并根据锅炉、汽轮机相关的ASME标准、国家标准和电力行业标准或规程进行。试验完毕后自动生成性能试验报告并存储,以便运行和管理人员随时查看报告。
2.2.9仿真培训系统
通过建模工具(例如MATLAB等)建立电厂主辅设备数学模型,从SIS数据库中仿真所需的边界条件和性能曲线,仿真预演电厂在设想工况下的运行情况。
2.3第三、四层:生产管理层(MIS)和经营决策层
这两个层在数据和展现上密不可分,多数情况下是由一套MIS实现的,也可以视为一个层次。
生产管理层以电厂资源计划、安全、经济运行管理为重点,以设备检修为基础,以完成发电量为目标,以企业资产管理为主线。进而优化电厂的机组性能指标,整合生产计划和策略,为协调发电企业的高效运转提供信息;实现电厂的安全、高效、经济运行,优化电厂的生产计划和策略,协调各个部门的运转。该层是数字化电厂管理的基石,同时为SIS层提供控制指导信息。
经营决策层以综合计划管理为主线、以全面预算和成本管理为核心,以物资管理、燃料管理为基础,以人事管理以及OA等系统为辅助手段,提高实时成本计算速度,满足商业化运营管理需求。该层是数字化电厂的系统入口和决策枢纽。
电厂MIS系统,包含基建MIS与生产MIS,是对电厂从基建到生产运行的全过程管理。除了对内部的工作过程及内容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。
电厂MIS产品实现对电厂内外部资源的统一管理,从功能上应分为基建、生产、经营、办公自动化四个板块,共20多个业务功能模块。基建板块包括工程、计划、财务、安全、人力资源、设备等功能模块,大部分模块在总体设计时应与生产时的应用一并考虑。生产板块包括运行、检修、设备、安监、技监、全面质量、环保等业务功能模块;经营板块包括计划、物资、燃料、商业化运营、全面预算、多经、项目、合同、财务、人力资源等业务功能模块;办公自动化板块包括文档、党群、保卫消防、OA、综合查询与辅助决策等业务功能模块,各模块之间应做到数据依存度大、模块依存度小。
在实现技术上,应采用“企业系统集成应用EAI”的开发技术,确定不同应用系统组合的接口标准,建立针对于发电厂业务应用的自己的EAI标准。在系统中应将成熟的C/S体系结构与先进的B/S体系结构相结合,综合应用计算机领域的最新技术。
2.4支持系统一:数据库支持系统
以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库构成了数字化电厂的数据库支持系统和技术支撑平台,电厂数据仓库以对电厂各类数据进行分析、提炼、集成,为电厂的分析和决策提供支持。
2.5支持系统二:计算机网络支持系统
以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术,结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术,构成了数字化电厂的计算机网络支持系统。不同的层需要不同的网络拓扑,下面给出厂级监控层和生产管理层的网络拓扑模型。
3国内数字化电厂建设存在的问题
3.1传统的设计模式与数字化设计的要求相差很远
由于设计院的设计机制没有针对数字化电厂的特点进行提升和变革;加之由于设计人员的设计理念还局限于传统电厂的设计,没有深入理解数字化电厂的特点,造成数字化电厂设计的目的仅仅是数据共享和实时可查。由于采用的应用软件平台不同,缺乏规范统一性,使大量的有用信息无法真正共享,造成资源浪费。
3.2软件不能合理利用盲目引进造成浪费
近几年随着国外设备的引进,有些电厂就像引进设备那样来引进软件,没有对整个电厂的信息系统进行总体规划,使数据传递不畅,结果使引进的软件不能发挥应有的作用。同时由于没有系统规划,还造成了许多软件功能的重复,引起数据冗余,造成浪费。
3.3企业技术人员缺乏
国内的不少企业已经引入了国外先进的软件,但是技术人员缺乏,不能使软件功能最为有效的发挥成为一个不可回避的问题。
3.4其他问题
在现在的数字化电厂中,还普遍存在系统目标不明确,系统规划不合理,以及设计阶段缺少统一的编码等问题。