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摘要：随着我国电力体制改革的深化，电力行业市场经济的逐步形成，发电企业必将加速进入信息化时代。火电厂数字化、网络化是火电厂信息化的基础，火电厂数字化的广度和深度直接影响火电厂的信息化水平。本文从仿真技术的应用、数字化电厂“3S”的研究、数字化电厂在现阶段取得的成就等方面进行介绍，同时指出现阶段技术人员需要努力的方向。
关键词：数字化电厂，仿真技术，DCS，SIS，MIS
Abstract: With the reform of power industry system in our nation and the formation of power industrial market, the power generation industries must accelerate their paces into the information era. The industrial power plants and the extension of internet application are the base of the extension of information uses. The extent of broadness as well as the deepness in digital power plant has the direct effects on the level of information in power plants. This paper discusses the areas such as the simulation technology, research on ‘3S’ are mentioned in this paper. Besides, it also discusses the achievement and the future endeavors in the region of digital power plants.
Key words: Digital Power Plants, Simulation Technology, DCS, SIS, MIS
中图分类号：TM6文献标识码：A 文章编码：
建设数字化电厂的意义和可行性
1.1 建设数字化电厂的意义
目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台，如把国内外经实践证明有实效的优化软件集成到这个平台上， 仅从直接经济效益计算，每年为电厂节省上千万元是完全可能的。如考虑故障预测和诊断等提高安全性、防止重大设备损坏或不必要的非计划停运，其经济效益将更大。如果进一步实现现场设备级数字化， 推广应用现场总线及相应的现场总线智能监控没备，还可进一步提高运行的安全可靠性，适应现代化管理的要求，减少运行维护成本，降低工程费用，可见，火电厂数字化对电力企业优化运营具有深远意义。
建设数字化电厂的可行性
目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台。我国数字化电厂的应用情况可以从以下事实做出说明[1]。
大唐盘山电厂的SIS率先于2004年6月通过了由陆延昌同志任主任委员的高级别鉴定，并给予了高度评价。第1个电力行业的SIS标准, 《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》已经过审批，将由国家发改委颁发。经过7年的奋斗，形成了一支SIS开发和应用队伍， 这为建设数字化已初步电厂，进一步发展SIS的应用打下了良好基础。
国内外石化行业已开始进入推广应用现场总线系统、全面进入企业数字化的阶段。国外也已有一些大中型火电机组成功应用现场总线系统。
综上所述，当前着手建设数字化电厂是完全可行的。
2.仿真技术在数字化电厂中的应用
目前，熟悉控制装置，决定控制系统结构，静态参数的匹配计算及调节器参数整定等工作，都必须在现场反复摸索和试验，需要花费大量时间和精力，并且由于受现场条件限制，控制方案和控制参数往往不太理想。仿真技术是指如果能开发一个控制仿真系统，则上述工作都可在实验室完成，一方面可大大节省时间和精力，预先确定控制方案和参数，大大减少现场调试次数；另一方面，由于DCS在电厂的普及，今后数字化电厂的工作重点将转移到节能增效上来，这就要求必须对目前数字化电厂控制系统进行优化。优化不是简单地对现有控制系统的调节器参数进行凋整，而主要是研究采用新型控制结构和新型控制算法的控制系统，成功应用新型控制系统的关键之一是在实际投运前对其进行详细的仿真试验，以便使调试人员掌握新型控制系统的运行特征及控制器参数的工程整定规则。
3.数字化电厂“3S”研究现状
数字化电厂即电厂厂级信息自动化系统的概念，它包括厂级监控信息系统(Supervisory Information System 以下简称SIS)和管理信息系统(Management Information System 以下简称MIS)。数字化电厂的信息系统主要涉及分散控制系统(DCS)、厂级监控信息系统、管理信息系统三大系统（3S）。三大系统各自独立运行于支撑自身的网络系统，通过公用的统一数据平台实现三个系统的无缝集成，从而达到全厂数据的共享。
3.1 分散控制系统的发展现状
分散控制系统(DistributedControlSystem简称DCS)以微型计算机为基础，融合了计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术，实现集中管理，分散控制。它根据火电厂的工艺特性，将控制系统分成若干独立子系统，由相应的分布式处理单元独立完成。DCS的各子系统分工协作，并行工作，并通过系统通信网络进行数据交换，共享系统资源。DCS已成为火力发电厂重要的组成部分之一。
3.2 现场總线控制系统的发展现状[2]
随着计算机网络技术的发展及可靠性的提高，现场总线系统（FCS）在电厂的应用已成为发展方向，而且现场总线仪表已基本齐全，在电厂中使用日益增多。现场总线仪表都为智能型仪表，它们所提供的丰富的数据都可通过总线上传到DCS或PLC，增加了现场数据的信息量，提高了数据采集精度，为SIS提供更加丰富的现场数据，为发挥SIS强大的数据分析、优化功能奠定基础。工程师或操作员站的显示屏（LCD）上能够容易地查看仪表工作情况，对仪表进行调校及参数修改，大大减轻了维护工作量，减少了维护人员。目前电厂使用现场总线控制系统的条件已经具备。
3.3 电厂监控信息系统 (SIS)
SIS是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的电厂自动化信息系统。SIS系统解决了电厂自动化信息系统应用中遇到的两个主要问题：实时数据来源复杂而分散和实时数据很难长期高精度的存储， 同时SIS系统在全厂建立了一个统一的数据平台和应用软件开发平台。它是建立在 DCS网络和MIS网络之间的一个高速、高可靠性、超大容量的全厂生产过程实时／历史信息网络系统[3]。
SIS系统与DCS系统的功能差异主要体现在：DCS系统面向机组级自动控制，有其安全性高、实时性强、相对封闭的特点。其数据库的容量、接口能力十分有限，而SIS系统在数据库的存储容量和精度、数据检索的速度和灵活性、与不同数据源的接El能力以及应用软件的开发平台等方面具有明显的优势。
3.4 数字化电厂管理信息系统 (MIS)
厂级管理信息系统（MIS）的建设目标是，建设覆盖全厂的计算机网络系统，形成一个安全可靠、数字化的传输网络，实现信息资源共享。系统包括全厂生产、经营、管理的各个环节。MIS根据业务情况可划分成生产业务系统、企业资产管理系统(EAM)、综合信息查询系统、报价辅助决策系统（商业运营管理）、办公自动化系统、系统维护子系统。
4. 结语
全面实现电厂数字化工作， 在国内外均处于刚起步阶段，经验不足。新建电厂普遍建立了SIS和MIS（管理信息系统）网络架构，并配置了不少故障诊断、状态检修及性能优化等监控和管理软件。但这些软件尚欠成熟，现场设备级自动采集的信息太少，使一些高级应用成了派不上用场。如果依靠人工采集、录入，不仅工作量大，而且有些也较难实现。这些问题不解决，SIS和MIS将不能发挥其效益。为加快电厂信息化进程，少走弯路，建議尽快建设一个数字化电厂示范工程。通过示范工程， 从电厂生产的安全可靠性和经济性及管理现代化出发，解决全厂系统和信息的总体规划、现场设备级数字化、厂级SIS和MIS功能要求及完善等问题。
全厂系统和信息的总体规划，电厂数字化和网络化使管理和控制实现真正的一体化， 几十个监控和管理系统将集成为一个大系统；全面实现电厂数字化，实现电厂的故障诊断和预测、状态检修、优化运行和控制等，采集的信号将比原DCS的I /O点增加2倍。如此多的信息，必须根据其性质，确定合理的信息流。因此，全厂系统和信息的总体规划将是数字化电厂的新课题，也是数字化电厂示范工程成败的关键。
现场设备级数字化问题。目前现场设备级设备采集的信息较少，无法实现控制系统故障诊断、预测和现代化管理，并改变过去那种发生停机停炉后才知道该设备故障的被动局面。现场设备级数字化要研究解决各种现场智能设备的应用、现场总线规范及与DCS及其它管理系统的接口等问题。
厂级SIS和MIS的功能要求及完善问题。在现场设备级解决了数字化问题后， 厂级SIS和MIS等还需进一步完善充实，将有成功应用业绩的优化控制和管理软件集成到厂级SIS和MIS平台上，最大限度地发挥数字化电厂的效益。
参考文献：
[1] 侯子良，潘钢. 建设数字化电厂示范工程 加快火电厂信息化进程[J]. 中国电力，2005,38(2):78-80
[2] 张培华，王俊刚，李铁苍. 数字化电厂的设计与分析[J], 中国电力，2007.
[3] 艾进才，房 方，王 东，王印松. 电厂SIS系统的体系结构及应用问题分析[J]. 工业控制计算机，2007,20(1):37-42
关键词：数字化电厂，仿真技术，DCS，SIS，MIS
Abstract: With the reform of power industry system in our nation and the formation of power industrial market, the power generation industries must accelerate their paces into the information era. The industrial power plants and the extension of internet application are the base of the extension of information uses. The extent of broadness as well as the deepness in digital power plant has the direct effects on the level of information in power plants. This paper discusses the areas such as the simulation technology, research on ‘3S’ are mentioned in this paper. Besides, it also discusses the achievement and the future endeavors in the region of digital power plants.
Key words: Digital Power Plants, Simulation Technology, DCS, SIS, MIS
中图分类号：TM6文献标识码：A 文章编码：
建设数字化电厂的意义和可行性
1.1 建设数字化电厂的意义
目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台，如把国内外经实践证明有实效的优化软件集成到这个平台上， 仅从直接经济效益计算，每年为电厂节省上千万元是完全可能的。如考虑故障预测和诊断等提高安全性、防止重大设备损坏或不必要的非计划停运，其经济效益将更大。如果进一步实现现场设备级数字化， 推广应用现场总线及相应的现场总线智能监控没备，还可进一步提高运行的安全可靠性，适应现代化管理的要求，减少运行维护成本，降低工程费用，可见，火电厂数字化对电力企业优化运营具有深远意义。
建设数字化电厂的可行性
目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台。我国数字化电厂的应用情况可以从以下事实做出说明[1]。
大唐盘山电厂的SIS率先于2004年6月通过了由陆延昌同志任主任委员的高级别鉴定，并给予了高度评价。第1个电力行业的SIS标准, 《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》已经过审批，将由国家发改委颁发。经过7年的奋斗，形成了一支SIS开发和应用队伍， 这为建设数字化已初步电厂，进一步发展SIS的应用打下了良好基础。
国内外石化行业已开始进入推广应用现场总线系统、全面进入企业数字化的阶段。国外也已有一些大中型火电机组成功应用现场总线系统。
综上所述，当前着手建设数字化电厂是完全可行的。
2.仿真技术在数字化电厂中的应用
目前，熟悉控制装置，决定控制系统结构，静态参数的匹配计算及调节器参数整定等工作，都必须在现场反复摸索和试验，需要花费大量时间和精力，并且由于受现场条件限制，控制方案和控制参数往往不太理想。仿真技术是指如果能开发一个控制仿真系统，则上述工作都可在实验室完成，一方面可大大节省时间和精力，预先确定控制方案和参数，大大减少现场调试次数；另一方面，由于DCS在电厂的普及，今后数字化电厂的工作重点将转移到节能增效上来，这就要求必须对目前数字化电厂控制系统进行优化。优化不是简单地对现有控制系统的调节器参数进行凋整，而主要是研究采用新型控制结构和新型控制算法的控制系统，成功应用新型控制系统的关键之一是在实际投运前对其进行详细的仿真试验，以便使调试人员掌握新型控制系统的运行特征及控制器参数的工程整定规则。
3.数字化电厂“3S”研究现状
数字化电厂即电厂厂级信息自动化系统的概念，它包括厂级监控信息系统(Supervisory Information System 以下简称SIS)和管理信息系统(Management Information System 以下简称MIS)。数字化电厂的信息系统主要涉及分散控制系统(DCS)、厂级监控信息系统、管理信息系统三大系统（3S）。三大系统各自独立运行于支撑自身的网络系统，通过公用的统一数据平台实现三个系统的无缝集成，从而达到全厂数据的共享。
3.1 分散控制系统的发展现状
分散控制系统(DistributedControlSystem简称DCS)以微型计算机为基础，融合了计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术，实现集中管理，分散控制。它根据火电厂的工艺特性，将控制系统分成若干独立子系统，由相应的分布式处理单元独立完成。DCS的各子系统分工协作，并行工作，并通过系统通信网络进行数据交换，共享系统资源。DCS已成为火力发电厂重要的组成部分之一。
3.2 现场總线控制系统的发展现状[2]
随着计算机网络技术的发展及可靠性的提高，现场总线系统（FCS）在电厂的应用已成为发展方向，而且现场总线仪表已基本齐全，在电厂中使用日益增多。现场总线仪表都为智能型仪表，它们所提供的丰富的数据都可通过总线上传到DCS或PLC，增加了现场数据的信息量，提高了数据采集精度，为SIS提供更加丰富的现场数据，为发挥SIS强大的数据分析、优化功能奠定基础。工程师或操作员站的显示屏（LCD）上能够容易地查看仪表工作情况，对仪表进行调校及参数修改，大大减轻了维护工作量，减少了维护人员。目前电厂使用现场总线控制系统的条件已经具备。
3.3 电厂监控信息系统 (SIS)
SIS是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的电厂自动化信息系统。SIS系统解决了电厂自动化信息系统应用中遇到的两个主要问题：实时数据来源复杂而分散和实时数据很难长期高精度的存储， 同时SIS系统在全厂建立了一个统一的数据平台和应用软件开发平台。它是建立在 DCS网络和MIS网络之间的一个高速、高可靠性、超大容量的全厂生产过程实时／历史信息网络系统[3]。
SIS系统与DCS系统的功能差异主要体现在：DCS系统面向机组级自动控制，有其安全性高、实时性强、相对封闭的特点。其数据库的容量、接口能力十分有限，而SIS系统在数据库的存储容量和精度、数据检索的速度和灵活性、与不同数据源的接El能力以及应用软件的开发平台等方面具有明显的优势。
3.4 数字化电厂管理信息系统 (MIS)
厂级管理信息系统（MIS）的建设目标是，建设覆盖全厂的计算机网络系统，形成一个安全可靠、数字化的传输网络，实现信息资源共享。系统包括全厂生产、经营、管理的各个环节。MIS根据业务情况可划分成生产业务系统、企业资产管理系统(EAM)、综合信息查询系统、报价辅助决策系统（商业运营管理）、办公自动化系统、系统维护子系统。
4. 结语
全面实现电厂数字化工作， 在国内外均处于刚起步阶段，经验不足。新建电厂普遍建立了SIS和MIS（管理信息系统）网络架构，并配置了不少故障诊断、状态检修及性能优化等监控和管理软件。但这些软件尚欠成熟，现场设备级自动采集的信息太少，使一些高级应用成了派不上用场。如果依靠人工采集、录入，不仅工作量大，而且有些也较难实现。这些问题不解决，SIS和MIS将不能发挥其效益。为加快电厂信息化进程，少走弯路，建議尽快建设一个数字化电厂示范工程。通过示范工程， 从电厂生产的安全可靠性和经济性及管理现代化出发，解决全厂系统和信息的总体规划、现场设备级数字化、厂级SIS和MIS功能要求及完善等问题。
全厂系统和信息的总体规划，电厂数字化和网络化使管理和控制实现真正的一体化， 几十个监控和管理系统将集成为一个大系统；全面实现电厂数字化，实现电厂的故障诊断和预测、状态检修、优化运行和控制等，采集的信号将比原DCS的I /O点增加2倍。如此多的信息，必须根据其性质，确定合理的信息流。因此，全厂系统和信息的总体规划将是数字化电厂的新课题，也是数字化电厂示范工程成败的关键。
现场设备级数字化问题。目前现场设备级设备采集的信息较少，无法实现控制系统故障诊断、预测和现代化管理，并改变过去那种发生停机停炉后才知道该设备故障的被动局面。现场设备级数字化要研究解决各种现场智能设备的应用、现场总线规范及与DCS及其它管理系统的接口等问题。
厂级SIS和MIS的功能要求及完善问题。在现场设备级解决了数字化问题后， 厂级SIS和MIS等还需进一步完善充实，将有成功应用业绩的优化控制和管理软件集成到厂级SIS和MIS平台上，最大限度地发挥数字化电厂的效益。
参考文献：
[1] 侯子良，潘钢. 建设数字化电厂示范工程 加快火电厂信息化进程[J]. 中国电力，2005,38(2):78-80
[2] 张培华，王俊刚，李铁苍. 数字化电厂的设计与分析[J], 中国电力，2007.
[3] 艾进才，房 方，王 东，王印松. 电厂SIS系统的体系结构及应用问题分析[J]. 工业控制计算机，2007,20(1):37-42