试论发电厂过程控制系统集成的规范化要求

丁永允

（辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179）

随着越来越严格的环境保护法的实施，人们更多倾向于选择更清洁、更环保的可再生的能源，而在可再生能源中，能源生产发展令人担忧。发电厂在能源结构中发挥着重要作用，近年来，随着发电厂智能网络技术的飞速发展，对于发电厂的能源分配网络、机构及普通能源用户等都可以采用先进的网络通信技术进行实时检测和分析，但由于控制机器的主系统和辅助设备数量众多、参数复杂，因此，将过程控制系统集成到发电厂期间需要建立规范化的统一标准，以提升发电厂的工作效率［1］。

1 发电厂概述

1.1 发电厂现状

发电厂是能够促进能源发电和新一代能源转换的重要场所。在发电过程中，首先要进行能量转换，为适应新能源系统要求，除提高能源转换效率外，还应以发电为核心，协调智能设备层、智能控制层和智能发电层来执行智能发电过程。目前，“智能能源发电”以自动化、数字化和信息技术为基础，综合运用互联网、大数据等资源，处理来自计算机的信息，并集成统一的数据平台，形成自我优化、自我学习的新技术，以实现安全、高效、环保的运营。目前，国内外不同学者对发电厂提出了不同的看法，主要是由于发电厂是一些小型发电机组的分布式集成，相当于单个全球发电厂机制，能源网络中运行的特征参数是分布式的电气单元特征参数，给指定区域内传统电厂的组合进行分布式发电、可控负荷和储能，以参与能源网络运行。而作为对需求的一种响应方式，发电厂可以安装一些设备以提高能源效率并降低能源消耗。从狭义上讲，发电厂是来自供电集团的聚合物，这些能源可以是传统单位的热能、风能、太阳能发电和其他新能源装置，也可以作为电能储存装置，这些装置不受网络运行调度中心的直接控制。从广义上讲，发电厂不限于发电侧的镉发电机组，可以与可控负载响应技术和能源方面的需求相结合，在能源产生和消耗两个极端情况下，将一些个人和机组组合在一起。理论上，发电厂中的个体分布不受区域限制，每个人都可以通过信息网络与控制中心连接。随着智能电网技术的发展，发电厂规模正在逐步扩大，单台发电机输出功率小，安装使用方便［2］。

1.2 发电厂架构

发电厂架构应基于“智能发电”概念，以新一代智能管理和集成控制系统为核心，专注于智能生产控制和智能管理，通过智能控制、智能安防和生产控制这三种智能管理功能，集成智能设备层、智能控制层、生产监控层和智能管理层，旨在优化过程的完全控制、自学习分析和诊断、自恢复故障处理等智能发电运行的控制和管理模式，最终帮助发电厂提高设备可靠性，降低能耗排放。通常来说，发电厂的智能设备层主要是基于发电厂的传统操作设备层，采用先进测量和检测技术对发电厂的整个生产过程进行检测，并发送有关设备状况和状态的信息。环境信息被转换成数字信息并进行高效管理和传输，为智能控制层和智能管理层提供基础数据支持［3］。而智能控制层和智能管理层可以对海量数据提供数据处理方案，进行设备可靠性分析和早期故障预警，实现智能化在线构建。其中智能设备层嵌入了先进的测量设备，例如红外探测设备以热成像的形式反映设备的三维温度信息，有效执行实时预警和设备故障诊断，或者使用智能机器人完成一些无法由人员执行的操作，如高风险区域的巡逻检查、故障检测等。使用先进的测试设备检查生产现场的全方位检测感知，能够提升风险防控水平。

1.3 发电厂结构特征

发电厂过程控制系统应具有以下功能：首先是网络的通信和管理功能，能够实现控制中心和区域内对象之间建立的双向通信连接，保证物理层、数据连接层和其他级别的连接；其次是可以整合短期、中期和长期天气数据预测该区域内风力发电机组和太阳能发电机组的输出功率，作出准确的预测，并在一定条件下，将其视为部分中断负荷供电，以满足该地区和整个电网的调度和运行；最后是可收集和分析工艺区对象操作的数据，如调整后发电机的输出、运行效率和功率负荷。发电厂的结构构成主要包括收集市场信息、制定发电计划并签署中长期合同。通过开放式应用控制器、高级应用服务器和实时/历史数据库与具有复杂操作的控制系统紧密结合，以执行发电厂的相关功能，提供实时、高可靠性的技术支持，同时也可以在高级应用服务器上开发类似驱动程序的配置。通过正常运行的电网环境和可靠高效的接口，基于历史数据实时处理和分析复杂数据，实现发电厂的智能优化。而实时历史数据库负责采集并压缩海量数据，为智能发电平台中的各种应用提供高速和长期存储，保证人员能够实时查询历史数据并随时调用。

2 发电厂过程控制系统集成的概念

发电厂过程控制系统集成通常分为主机控制和辅机控制。由于控制室的系统改造，对控制系统的优化不仅涉及控制系统的选择，还涉及新旧系统之间接口的组合，但执行机构的改造、主控窗口的控制面板以及线路信息的修改，都更多地取决于相应的技术规范。基于此，本文探讨的发电厂积极与厂家合作，开展新老发电厂热微分系统工程，合作涉及不同的主要静电控制系统，包括汽轮机的协调控制、顺序控制和汽轮机回路维护系统等，辅助机械控制系统则包括管理程序控制、吹灰程序控制、除灰程序控制、固定混合料程序控制与滤网控制等，以上均可反映发电厂系统的集成能力［4］。

3 发电厂过程控制系统集成的规范化构建

通过对发电厂过程控制系统集成的特征分析可知，为了符合能源行业发展方向，以提高大型热能机组安全性和经济性为原则，应实现发电厂的自动化管理，其主要目的是调节控制顺序和信号，包括一次元件和变送器的供电和监测等。系统应基于调节控制和顺序控制程序的模块，提供自动化指令，在操作员、过程和系统之间进行通信，包括监控、操作、系统配置、诊断和数据归档［5］。发电厂过程控制系统集成的规范化可以促使操作站向操作员提供过程监控所需的所有信息。通过总线网络，数据在自动化站和通信站之间传输，不同的工程区域通过自动化系统总线相互耦合，总线网络取代了以前系统的唯一刚性连接，而分层总线允许实时组织和传输所有数据，从而保证发电厂自动化过程的所有内容都可以通过配置站来满足。每个站包括一个中央单元和几个输入/输出单元，不需要额外配置，只需将另一个具有相同功能的单元连接到系统。这样可以大大提高系统的安全性和可靠性，使过程控制非常灵活，易于扩展。

4 发电厂过程控制系统集成的规范化要求概述

4.1 过程控制系统集成规范化的范围及要素

要想满足发电厂过程控制系统集成的规范化要求，就需要采用相关技术规范描述系统硬件、工作站、通信网络、控制器、电源、自诊断和精度等内容。而系统软件支持能力包括多台台式机的报警、计算、控制算法、位移配置算法、数据采集接口、数据显示、打印等。为明确控制接口，应提供应用于电气接头的机组控制释放模块［6］。过程控制系统集成规范化在控制系统功能方面，还应提供功能设计的具体控制周期，如供水系统、汽轮机系统和协调控制指令，以避免重复或不完整的功能缺陷。

4.2 过程控制系统集成规范化的技术要求

通常来说，发电厂的辅机控制配置没有一定的标准，通常是将可编程设备用于机器控制辅助系统，如化学水处理和除灰等，其控制系统可以从汽轮机的协调控制逐步延伸，当项目允许时，也可以将覆盖范围扩展到辅助设备控制系统，如化学水程序控制和模具传输程序控制。制造商也在扩大功能范围，在改变控制值的基础上，增加了模拟硬件和软件功能。据了解，一些国家发电厂已采用过程控制系统来执行发电厂的控制工作。采用单个DCS或PLC来执行发电厂主辅机控制，系统的优势在于装配、操作和维护更加方便，然而，随着计算机技术和通信技术的发展及现场总线仪表等新技术在行业中的应用，发电厂不仅可以在主、辅控制设备上实现统一，还可使用变送器、控制器和执行机构成为统一的网络连接化合物，届时，发电厂控制系统的技术规范将很容易保持一致［7］。

5 结论

综上所述，在发电厂运行期间使用状态网络建立网络系统，可以实现多系统共存，有效完成发电厂的监控和调整任务。通过智能生产控制中心与智能管理中心集成控制平台，可实现智能化生产控制、智能化生产安全与智能化生产管理。一般来说，目前我国发电厂的调查还处于起步阶段，最终要适应中国地理、气候和能源生产类型的不同进行相应的设计和调整，而发电厂过程控制系统集成的规范化使用功能应以风能和太阳能为代表，其具有显著的间歇性和强随机波动性等特点，可为新能源的安全高效利用开辟一条新途径。