发电厂小指标运行分析与决策系统设计及应用

李 嘉, 郑 莉, 彭道刚

(1.宝山钢铁股份有限公司电厂, 上海 201900; 2.上海电力学院, 上海 200090)

随着电力工业改革的深入,电力市场化机制逐渐形成。在确保机组安全运行的前提下,最大限度地降低机组供电煤耗率,切实提高机组运行的经济性,是提高发电厂竞争实力的重要手段[1]。建立以经济效益为中心,以降低发电成本为核心,以节能增效为重点的企业经营机制将成为发电企业今后工作的重心之一[2-3]。据相关资料统计,在火电机组平均供电煤耗方面,2017年我国火电机组平均供电标准煤耗率降至309 g/kWh,比上一年度下降了3 g/kWh,达到世界先进水平。进入21世纪以来,随着科技的不断进步,能源的直接或间接消费已深入到人们生活的各个方面。

小指标运行分析与决策系统有利于机组节能降耗,提高机组运行的经济性[4-6]。通过对国内外大量的厂级监控信息系统(Supervisory Information System,SIS)供应商提供的产品调查分析发现,大多数厂家只注重监控,认为系统能够实时显示运行指标,有相应的报表统计即可。在管理方面通常采用以点代面,或以加权平均值代整体运行值的方法,不具有客观性,不能很好地调动运行人员的积极性[7]。目前,虽然也有一部分厂家开始加入指标管理考核功能,但仍处于摸索和试验阶段,不能很好地为发电企业带来经济效益。目前在投的SIS大多根据考核规则,以当月月末被考核指标的平均值计算得出考核参数的得分值,并在运行值之间按照得分值进行评比和考核[8-9]。由于火电机组昼夜间负荷变动较大,按照月度考核指标的平均值进行考核,不能满足实时监测和调整机组主要运行指标的要求。同时,该功能生成考核报表的速度较慢,不便于历史数据的查询,不利于机组的全程考核和运行优化[10]。火电机组性能监测与分析是以机组热经济分析理论为基础,注重对热效率、耗差等热经济指标结果的监测分析,被动性较大;而在线考核管理系统着眼于达到提高机组热经济性的目的,相对有更多的主动性[11]。

目前,上海宝山钢铁股份有限公司电厂(以下简称“宝钢电厂”)5台发电机组供电煤耗均高于上海地区发电机组平均供电煤耗,且国家实施“节能发电调度实施细则”后,将直接影响宝钢电厂的发电量,势必造成较大的经济损失。虽然电厂已建有SIS系统,但其数据量大,是典型的大数据系统。面对大数据的机遇和挑战,宝钢电厂计划结合自身需要,研究大数据相关应用技术,并将其融入电厂整体信息基础架构,建立基于大数据的可视化平台,进行电厂经济数据运行监测和分析,深挖数据价值,提升电厂的核心竞争力[12]。

根据电厂成本管理的层次,宝钢电厂发电分厂班组“经济小指标控制”处于最底层。经济小指标涵盖机组运行厂用电率、主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度等10多项最重要的指标,直接影响机组发电煤耗。目前,电厂采用小指标经济运行进行成本控制和考核。这一方式是电力行业的标准,但其存在滞后性,缺乏指导性。具体体现在每月底依靠人工统计的方式计算出20个班组的经济指标数据,周期较长,只能了解到过去1个月的成本控制效果,不能实时提供经济运行指标,实现机组状态最优。本文设计的系统实现了实时报表的生成与导出功能,报表所涵盖的时间段可由运行管理人员灵活选择,并且在小指标考核方面有一定的评分标准,具有客观性和直观性,有助于提高运行人员的积极性。

1 火电机组小指标考核系统开发需求

宝钢电厂基于SIS系统的机组小指标运行分析与决策系统开发项目,自2015年12月份开始启动。其主要内容如下。

(1) 针对多燃料机组,研究可操作性强、可自动考核的小指标计算方法,制定适用于宝钢电厂不同类型机组的小指标计算方法。

(2) 实现小指标报表功能,自动实现各值日、月考核统计。实现机组小指标运行日报历史数据的查询和打印功能,运行日报表内容自动生成,并对相关时间段进行统计,同时实现剔除指定不合格数据的功能。

(3) 在技术上建立基于大数据的可视化平台,进行电厂经济数据运行监测和分析,构建并完成了基于SIS系统的机组小指标运行分析与决策系统,提供实时的经济运行指导。

(4) 根据环保要求,结合超温、环保等指标进行计算,实现机组实时运行监测和数据分析,以便运行人员对机组运行过程进行优化调整操作。

本系统经测试运行情况良好,系统使用率能达到99%以上。机组主要的相关数据得到更有效的利用,基本解决了传统小指标经济考核存在的问题,为机组提供了实时的经济运行指导,实现了机组状态最优。系统开发流程架构如图1所示。

图1 系统开发流程架构

2 系统功能设计

系统功能设计结构如图2所示。

图2 系统功能设计结构

(1) 小指标参数实时采集模块 基于现有的SIS系统构架,利用成熟的OPC通信技术进行数据采集。在数据采集前,需要理清与小指标相关的性能参数测点,保证所取得的原始数据完整有效,同时也要尽可能减少不必要的采集测点,减轻采集系统的存储压力,减小采集数据流量。

(2) 性能参数实时监测模块 电厂日常运行会产生大量数据,为了直观地反映参数变化的趋势以及不同参数之间的差异,设计了设备性能参数监测界面。性能计算反映机组的运行效率,为提高机组运行的经济性提供帮助。性能计算中所包含的指标十分全面,而监测界面所显示的是一小部分有代表性的性能参数,但是衡量机组运行经济性和高效性的重要指标。

(3) 数据分析与决策模块 按照电厂原有的处理方式,在进行小指标月度考核统计时,需要将SIS系统中的数据手工导出再加以计算。由于受到系统的限制,每次能导出数据的数据点是固定值,且该数值较小,因此需要大量重复的操作。通过小指标分析与决策模块,对实时数据采集模块所采集到的数据进行分析,能够大大简化操作流程,减轻操作人员的工作强度,同时实现集控运行的各机组运行日报历史数据的查询和打印,生产经济技术指标报表的制作、查询及打印,以及小指标竞赛报表、小指标考核、基础数据手工输入数据等功能。

3 系统功能实现

本系统结合SIS系统数据平台,实现基础数据的获取,以避免网络资源的重复搭建,节约软件开发时间和开发成本。由于该电厂原有SIS系统采用Wonderware软件作为数据平台,本系统的数据采集接口仍采用该软件,以避免出现复杂的通信接口及兼容性问题[13]。

为了提高设计开发速度和整体运行性能,系统采用前后台分离的B/S架构模式,即后端代码用于处理数据的计算与分析,前端代码用于数据和图表的展示。数据处理流程如图3所示。

图3 数据处理流程

前端与后端通过约定的数据格式代码进行数据信息的传输。流程如下:客户端浏览器向前端服务器发起访问请求;前端服务器向客户端浏览器反馈界面显示代码和功能代码;用户客户端浏览器执行功能代码,并向后端服务器发起数据请求;后端服务器解析用户的请求,并反馈数据;用户客户端浏览器将接收到的数据信息按照设定的现实格式展现给用户。

由于一般的统计报表、考核报表均按照日、月、年等时间单位进行考核评比,使得读取历史数据所需要的时间较长,因此为了加快报表的生成速度、提高效率,系统中设计了报表数据预处理功能,即将预先处理的数据存入关系型数据库中,并通过远程访问接口读取预处理数据和生成报表。

3.1 机组数据预处理

机组数据预处理可实现的功能为:根据设定的日期范围,列出由采集系统采集的原始数据。用户可以手动新增、修改数据,对无效数据进行剔除操作,导出数据,录入机组某月的实际运行时间,手动进行排班和初始计算。该页面只对系统管理员开放操作。该功能界面如图4所示。

图4 数据预处理界面

3.2 机组分析表

机组分析表(月报、季报)可实现的功能为:根据设定的日期范围,列出计算处理后各参数的分析数据。该页面可开放给所有系统授权用户查看,用户可以导出标准样式的超温月度报表。该功能界面如图5所示。

机组分析表(班组分析)可实现的功能为:根据设定的日期范围和班组,列出计算处理后选定班组的主蒸汽温度、再热蒸汽温度、给煤量和超发电量等分析数据。该页面可开放给所有系统授权用户查看。

图5 机组分析报表界面

3.3 小指标半月/月度考核数据统计

小指标半月/月度考核数据统计可实现的功能为:根据设定的日期范围,列出计算处理后的半月/月度考核分析数据。该页面可开放给所有系统授权用户查看,用户可以导出标准格式的报表。该功能界面如图6所示。

系统导出的标准格式的报表如图7所示。经核查发现,其内容与电厂工作人员手动制作的EXCEL报表中的数据一致。

图6 小指标半月/月度考核数据统计界面

图7 系统导出的标准格式报表界面

3.4 小指标参数对标

小指标参数对标可实现的功能为:根据设定的日期范围,列出计算处理后各机组厂用电率等关键指标的对比分析数据和图表。其中的柱状图能更加直观地突显出各机组各班组之间的对比情况。该功能界面如图8所示。

本文所设计的系统将性能监测与小指标实时考核两部分内容整合到一个完整的小指标运行分析与决策系统中,便于运行管理人员操作,人机界面美观直观,能够为电厂带来经济效益;而且实时数据是通过网页的形式发布,省去了用户安装客户端软件的麻烦,只要在电厂的局域网内获取相应的授权,就可以实时查看需要的数据。

图8 小指标参数对标功能界面

4 结 语

通过分析宝钢电厂各发电机组各月运行的原始数据表和小指标考核数据表,充分利用SIS系统的大数据合理开发了基于SIS系统的机组小指标运行分析与决策系统。由于实现了小指标报表功能,自动实现各值日、月考核统计,并且历史数据可供查询和打印,所以现场使用效果良好。通过小指标考核的计算机化,机组运行的经济指标得到了真实科学的体现,极大地调动了运行人员的积极性。

小指标考核管理系统的开发与应用,科学地反映了机组的运行经济状况,起到了良好的节能降耗效果,为火电厂的经营分析提供了科学依据,同时体现了信息化建设对提高火电厂经济效益的积极推动作用。