以經濟控制為目標的發(fā)電廠SIS系統(tǒng)

　　二十一世紀進入信息化時代，電力市場也將隨著廠網分開，竟價上網等一系列改革措施的實施，逐步進入市場經濟的時代。電力市場的交易將在現代的信息網絡中實現。為此發(fā)電企業(yè)必將隨著不可抗拒的潮流加速進入信息網絡時代。火電廠乃至電力系統(tǒng)和電力企業(yè)集團將形成生產過程自動化和管理現代化的信息網絡。
　　
　　電廠SIS系統(tǒng)是發(fā)電廠的生產過程自動化和電力市場交易信息網絡化的中間環(huán)節(jié)，是發(fā)電企業(yè)實現發(fā)電到市場交易的中間控制層，是實現生產過程控制和生產信息管理一體化的核心，是承上啟下實現信息網絡的控制樞紐。
　　
　　電廠SIS系統(tǒng)采用的企業(yè)三層結構設計方案加上實時生產信息發(fā)布層和生產過程控制層等一共五層，構成現代化企業(yè)的一套通用標準平臺。見圖1。　　
　　SIS系統(tǒng)的功能函蓋了以下五個方面；
　　
　　·實現全廠生產過程監(jiān)控
　　
　　·實時處理全廠經濟信息和成本核算
　　
　　·竟價上網處理系統(tǒng)
　　
　　·實現機組之間經濟負荷分配
　　
　　·機組運行經濟評估及優(yōu)化運行操作指
　　
　　一、電廠SIS系統(tǒng)是電廠電力生產和電力交易的控制樞紐
　　
　　隨著DCS系統(tǒng)性能的不斷提高，其可靠性、開放性、可執(zhí)行性及性能價格比也不斷提高，實現機、爐、電的安全經濟控制已是成熟的技術，同時電廠的化學水處理、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)也都能實現計算機控制，因此電廠生產過程的自動化已基本實現。同時生產信息也可以通過自動化系統(tǒng)實現實時采集和處理，而電廠的SIS系統(tǒng)是將各機組的生產信息加以集中采集和處理，以實現全廠的運行監(jiān)控和經濟控制。
　　
　　電網調度和電力市場交易是以信息網絡的方式實時地對電廠進行信息交換，見圖2。電網交易中心對發(fā)電企業(yè)進行交易，包括竟價上網數據申報、期貨和現場交易、電網下達發(fā)電調度指令、以及交易結算等。　　這些過程都是在電網調度中心和電廠SIS系統(tǒng)之間進行。電廠SIS系統(tǒng)將對所有這些來自電網中心的信息加以處理，并將以分門別類反饋到電廠運行控制層電價處理系統(tǒng)。在這里電廠SIS系統(tǒng)起到承上啟下實現發(fā)電和交易的控制樞紐作用。因此要求具有相當高的可靠性、開放性、可擴性以及完備的功能和完善的管理。
　　
　　二、電廠SIS系統(tǒng)實現全廠生產過程監(jiān)控
　　
　　發(fā)電廠SIS系統(tǒng)其中一項功能是實現對電廠各生產過程控制系統(tǒng)包括機爐的DCS系統(tǒng)、網控系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、化學水處理系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)等的實時生產數據和生產流程進行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。其中生產數據要進行綜合處理以形成全廠生產報表和生產成本。
　　
　　對于電網的負荷調度要根據現有各機組的運行工況進行經濟負荷分配，同時對當前機組的運行狀況進行綜合的經濟評估，形成改善運行措施的操作指導并反饋到各機組的DCS系統(tǒng)，進行優(yōu)化運行。見圖3。　　
　　為了監(jiān)視和查詢分散控制系統(tǒng)DCS的數據和畫面，首先要將DCS的實時數據通過DCS網關，根據電廠SIS的網絡的需要并按企業(yè)信息系統(tǒng)標準發(fā)送有關實時生產數據，同時將數據存入企業(yè)級數據庫中。Web服務器上的實時圖形、表格或曲線顯示應用程序直接從企業(yè)管理平臺獲取，歷史曲線或數據顯示應用程序從企業(yè)級數據庫中獲取。監(jiān)控站的用戶通過通用的客戶端監(jiān)視系統(tǒng)畫面。
　　
　　網絡系統(tǒng)要由傳統(tǒng)的儀表和手工操作按鈕開關變成CRT監(jiān)控，即用計算機系統(tǒng)對網控進行監(jiān)控，如果新建電廠可以考慮把電氣操作全部納入DCS系統(tǒng)中去，然后通過網關把網控信息送人企業(yè)級數據庫中。輔助車間包括化學水處理系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)，它們可以通過各自的程控計算機系統(tǒng)經網關處理后送入企業(yè)級數據庫中。
　　
　　三、實現機組經濟負荷分配
　　
　　對發(fā)電機組實現經濟負荷要考慮兩種情況：
　　
　　1．依據發(fā)電企業(yè)與電網電力交易中心所簽訂的期貨交易和現貸交易合同，發(fā)電企業(yè)要相應的制定長期與近期的檢修計劃和運行計劃，并在這前提下按照日負荷預測的要求，以*的機組組合安排次日發(fā)電機組和運行方式，同時要安排相應的備用容量。
　　
　　2．在按照電網調度中心的日負荷調度曲線運行過程中，調度中心將根據電網負荷實際的變動情況，電網的EMS系統(tǒng)將實時地對各電廠發(fā)出調整發(fā)電的AGC指令，如果電網調度的負荷調整厶P是對電廠發(fā)出的指令，則電廠的SIS系統(tǒng)將按圖(4)的流程，對電網中心的負荷調整指令AP，按機組等微增率原則對電廠各機組進行經濟負荷分配。
　　
　　四、實時處理全廠經濟信息和成本核算
　　
　　實施廠網分開和建立發(fā)電側電力市場交易，使發(fā)電企業(yè)形成獨立經營和獨立核算的發(fā)電企業(yè)法人實體，企業(yè)的目標就是要求追求zui高的經濟效益，嚴格進行經濟控制，實現發(fā)電成本核算是電廠運行十分重要的因素，實現成本核算即是全廠管理的核心，也是競價上網進行電價計算的基礎。　　
　　發(fā)電成本基本上是由固定成本和可變成本組成的。固定成本是由管理成本和還本付息費用組成，而可變成本是由運行費及檢修費組成的。這些費用隨著管理信息系統(tǒng)的發(fā)展以及電廠DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展都已經分別可以進行自動計算。現在隨著控制及信息一體化的建立，電廠的成本計算及經濟分析可以做到實時的綜合計算，其邏輯框圖見圖(5)。這個系統(tǒng)如果首先建立電廠的SIS網絡(見第六部分)，把全廠各臺機組的DCS系統(tǒng)通過網關與SIS系統(tǒng)連結。同時財務管理、貸款管理等系統(tǒng)也與SIS系統(tǒng)連結實現全廠信息互聯(lián)。同時在SIS網絡上建立企業(yè)級網絡數據庫，這個數據庫是實時運行的大型商用數據庫，數據格式采用統(tǒng)一標準，支持SQL語言數據庫的建立要嚴格按數據庫的設計要求進行，以便建立嚴格的數據管理。
　　
　　生產費用的數據信息可以通過DCS系統(tǒng)的性能計算，實時將有關的生產費用的信息送入數據庫，而固定成本的相關信息也要定時地從生產管理系統(tǒng)的相關信息送人數據庫，而數據庫的管理系統(tǒng)要定期的將上述有關生產成本信息進行綜合實時處理，以形成企業(yè)的發(fā)電成本。
　　
　　五、發(fā)電企業(yè)竟價上網處理系統(tǒng)
　　
　　根據1998年國家電力公司提出“落實省為實體，實行廠網分開”的電力體制改革，相應制定了“實行網廠分開建立發(fā)電側電力市場的實施方案框架，將電網經營企業(yè)擁有和管理的發(fā)電廠分離，形成獨立經營和核算的發(fā)電企業(yè)法人實體。這樣國家電力調度通訊中心相應制定“實行網廠分開建立發(fā)電側電力市場的實施方案框架”。方案框架要求電力市場系統(tǒng)應采用開放式，分布式體系結構，積極采用標準、國家標準、工業(yè)標準和通用技術。
　　　　這里所設計的竟價上網系統(tǒng)總體上要滿足以下要求：
　　
　　A、可靠性：要保證系統(tǒng)的可靠運行；
　　
　　B、安全性：保證數據和系統(tǒng)的安全，采用適應加密防護措施；
　　
　　C、完整性：保證數據和交易的完整；
　　
　　D、準確性：通過校驗等方法，確保獲取正確的數據；
　　
　　E、一致性：要保證數據的一致；
　　
　　F、連續(xù)性：全年365天，每天24小時都能提供連續(xù)服務；
　　
　　G、及時性：保證交易及時處理和數據及時傳輸；
　　
　　H、開放性：采用開放體系架構和功能分布系統(tǒng)設計；
　　
　　I、可擴性：適應電力市場的發(fā)展、規(guī)則的變化、技術的發(fā)展。
　　
　　其系統(tǒng)總體性的參數指標為：
　　
　　A、交易管理系統(tǒng)年可利用率≥99．95％；
　　
　　B、結算系統(tǒng)年可用率≥99．95％；
　　
　　C、合同管理系統(tǒng)年可用率≥99．75％；
　　
　　D、發(fā)電報價系統(tǒng)年可用率≥99．75％；
　　
　　E、數據網絡系統(tǒng)年可用率≥100％；
　　
　　根據電力系統(tǒng)發(fā)電側實施方案要求，發(fā)電側的報價系統(tǒng)及發(fā)電管理應實現如下功能見圖(6)：報價數據申報、合同管理、發(fā)電成本分析、電價計算運行計劃、檢修計劃、資源優(yōu)化、市場分析、風險分析以及電廠工況監(jiān)視等功能。
　　
　　合同管理：主要管理發(fā)電廠與電網經營企業(yè)之間的中期合同(如日)和長期合同(如年)，也稱為期貨交易合同管理，由于電力系統(tǒng)的固有特性，期貨交易所占比例很大(目前約占80％左右)所以合同管理系統(tǒng)非常重要。
　　
　　發(fā)電報價數據申報系統(tǒng)：主要為實現次日竟價上網，申報數據包括技術數據(發(fā)電量)和經濟數據(電價)按每半小時報一個點，即日報48點，每點報6段或8段數據。一般對竟價上網的電廠都應配備SPDnet數據網絡節(jié)點設備，以實現對電網SIS的訪問。
　　
　　發(fā)電計劃的編排：要依據期貨交易和現貨交易的情況以及機組的狀況，同時在考慮電網對發(fā)電企業(yè)要求的備用容量進行綜合考慮。
　　
　　資源優(yōu)化這里按兩級控制實現：機組的運行控制層要依靠DCS的機爐協(xié)調控制及優(yōu)化運行實現。廠級的優(yōu)化要依靠全廠的機組經濟負荷分配實現，對于發(fā)電機組由于設備本身的缺陷或缺乏經濟指標指導下運行人員非經濟性的“誤”操作等原因，使機組偏離*工況下運行，使機組的運行效率下降、發(fā)電煤耗增加，降低了機組運行的經濟性，則可以進行運行工況經濟性評估，分析其原因，并進行操作指導。
　　
　　六、電廠SIS系統(tǒng)的網絡結構
　　
　　1．系統(tǒng)概述
　　
　　SIS系統(tǒng)的網絡結構是基于企業(yè)內聯(lián)網構架的生產和管理模式(見圖7)，開發(fā)出的相關產品已開始在部分電廠試運行。系統(tǒng)的總體設計思想是：采用的企業(yè)三層結構設計方案加上實時生產信息發(fā)布層和生產過程控制層等一共五層，構成現代化企業(yè)(特別是電廠)的一套通用標準平臺。
　　
　　企業(yè)三層架構即企業(yè)級數據庫服務器(數據倉庫)+企業(yè)Web服務器(應用程序服務器)+通用的瘦戶端。
　　
　　為了監(jiān)視和查看企業(yè)的各個生產過程控制系統(tǒng)如分散控制系統(tǒng)(DCS)的實時數據和流程畫面，首先要將各個生產過程控制系統(tǒng)的信息和實時數據通過網關軟件(如DCS網關等)，根據企業(yè)管理網的需要并按企業(yè)信息系統(tǒng)編碼標準向企業(yè)生產管理網絡系統(tǒng)發(fā)送有關實時生產的靜態(tài)和動態(tài)數據，企業(yè)生產管理系統(tǒng)負責收集、整理各種生產數據并提供生產管理用戶一套統(tǒng)一的數據和工藝流程圖顯示查詢界面，同時將在線生產數據存人企業(yè)級數據倉庫中，并加工處理后為企業(yè)的生產歷史數據。企業(yè)Web服務器同時兼作企業(yè)生產管理系統(tǒng)的軟件和數據集中管理和發(fā)布站點，供生產管理用戶下載使用或更新，同時提供企業(yè)外部網絡用戶查詢生產數據的簡單接口。歷史曲線或數據的查詢和顯示由客戶端應用程序從企業(yè)生產歷史數據倉庫中獲取。企業(yè)生產管理系統(tǒng)的系統(tǒng)工程師根據自己的工作權限通過管理站點或瘦客戶端對實時生產系統(tǒng)的測點及畫面進行組態(tài)生成或修改，并通過企業(yè)Web服務器發(fā)布到企業(yè)用戶端。
　　
　　電廠SIS系統(tǒng)各部分內容介紹如下：
　　
　　2．系統(tǒng)各部分功能說明
　　
　　按上述系統(tǒng)網絡結構和主要信息流從右向左依次說明如下：
　　
　　2．1網絡系統(tǒng)
　　
　　1)將網控系統(tǒng)由傳統(tǒng)的儀表監(jiān)視及手工操作按鈕開關改造成為全CRT監(jiān)控，主要內容包括發(fā)電機／變壓器組、輸送線路及廠用電等的順序控制，以及通過RTU接收上級EMS發(fā)來的AGC信息等。
　　
　　2)增加通過網關將網控信息實時發(fā)布到管理層的功能。
　　
　　2．2DCS等系統(tǒng)的網關服務器
　　
　　1)接收DCS等系統(tǒng)的實時生產過程數據和狀態(tài)，并轉換企業(yè)管理平臺中所需的企業(yè)生產數據并發(fā)送到企業(yè)實時數據庫中。
　　
　　2)組態(tài)和管理實時生產過程數據和企業(yè)生產數據間映射關系，并負責DCS與企業(yè)網測點的同步。
　　
　　3)可通過遠程管理實現組態(tài)和運行管理。
　　
　　2．3企業(yè)數據倉庫
　　
　　1)根據企業(yè)對數據倉庫的要求應采用商用數據庫并能支持SQL語言；
　　
　　2)記錄所有企業(yè)生產數據作為企業(yè)歷史數據；
　　
　　3)作為其他信息系統(tǒng)的數據倉庫。
　　
　　2．4系統(tǒng)應用服務器
　　
　　包括Web服務器、企業(yè)應用服務器
　　
　　等。可視系統(tǒng)規(guī)模將其合產或拆分為多個獨
　　
　　立的服務器。
　　
　　企業(yè)的WEB服務器主要有以下功能：
　　
　　1)作為企業(yè)內聯(lián)網及互聯(lián)網(Intranet／Internet)的公共服務器。
　　
　　2)作為系統(tǒng)的WWW公共服務器，管理系統(tǒng)的全部HTML文件，供企業(yè)內、外的客戶瀏覽。
　　
　　3)管理和維護系統(tǒng)的圖形組態(tài)和實時運行圖形環(huán)境及圖形畫面，以供用戶在客戶層瀏覽。
　　
　　4)管理和維護企業(yè)級測點組態(tài)表，以供用戶在客戶層瀏覽。
　　
　　5)負責將實時數據庫中的數據定時存人歷史數據倉庫中。
　　
　　企業(yè)應用服務器主要有：
　　
　　1)發(fā)電成本計算及經濟性分析，作為企業(yè)生產輔助工具
　　
　　2)機組運行經濟性評估及操作指導
　　
　　3)設備檢修計劃
　　
　　4)發(fā)電計劃
　　
　　5)經濟負荷分配
　　
　　6)上網電價及電力交易管理系統(tǒng)
　　
　　另外，企業(yè)的其他離線信息系統(tǒng)如財務、燃料、物資等應用服務器系統(tǒng)應有相應接口與企業(yè)數據連接。
　　
　　2．5系統(tǒng)管理員站點
　　
　　l)根據企業(yè)管理網的需要，組態(tài)生成并維護統(tǒng)一的生產管理用測點表
　　
　　2)組態(tài)和維護DCS等系統(tǒng)在企業(yè)管理網上的各種圖形畫面，如模擬圖、趨勢棒圖、相關畫面、動態(tài)圖符、模擬量文本、開關量文本等
　　
　　3)軟件更新有關的維護處理及發(fā)布
　　
　　4)網關生成和更新維護
　　
　　2．6系統(tǒng)客戶機
　　
　　是zui終用戶界面，主要有以下功能：
　　
　　1)機組實時監(jiān)視：通過模擬圖、趨勢圖、棒圖、相關畫面、測點一覽表、動態(tài)圖符、模擬量文本、開關量文本等實時顯示，以及模擬量、開關量、模擬量越限和開關量跳變等一覽實時顯示，是生產管理人員對各機組進行實時監(jiān)視。
　　
　　2)歷史曲線處理：檢索顯示、打印存儲在企業(yè)數據倉庫服務器中的各發(fā)電機組、電氣系統(tǒng)等系統(tǒng)的模擬量測點的歷史曲線。
　　
　　3)有關生產數據、報表的生成和查閱、檢索、統(tǒng)計等。