火電廠廠級控制系統(tǒng)(PSCS)探討

一、前言

1997年，我國專家提出了火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(Supervisory Information system at plant level，簡稱SIS)概念l，并形成了比較規(guī)范的火電廠DCS、SIS和MIS三級信息和控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，推動了我國火電廠整體信息化和自動化水平的提高，以及SIS產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。

本文根據(jù)當(dāng)前火電廠信息了價(jià)口自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，提出了一個(gè)新的概念一火電廠廠級控制系統(tǒng)。作者詳細(xì)論述了火電廠廠級控制系統(tǒng)的定義和內(nèi)涵，形成的必然性，它與廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)的差異，以及由此將形成的新的火電廠全廠信息和控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。作者拋磚引玉，希望引起廣泛討論，以推動火電廠信息化和自動化技術(shù)不斷向前發(fā)展，也希望能對SIS和DCS供應(yīng)商以及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)商的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有所幫助。

二、火電廠廠級控制系統(tǒng)形成的必然性

火電廠廠級控制系統(tǒng)(也可以說，單元機(jī)組DCS的上位控制系統(tǒng))的提出有其客觀必然性，是我國進(jìn)入21世紀(jì)第一個(gè)十年，火電廠信息化和自動化出現(xiàn)的需求及其技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

首先，廠級直接優(yōu)化調(diào)度機(jī)組負(fù)荷的需求正在快速提到議事日程上來。眾所周知，水電廠和核電廠適于采用系統(tǒng)直調(diào)的調(diào)度方式，而火電廠由于網(wǎng)內(nèi)數(shù)量眾多，以及機(jī)組靜態(tài)和動態(tài)特性差異大，各種類型機(jī)組在網(wǎng)內(nèi)功能不同，因此，除了電網(wǎng)要考慮對各類型火電廠進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度外，一個(gè)火電廠內(nèi)也必須充分考慮如何優(yōu)化調(diào)度各機(jī)組負(fù)荷，這直接關(guān)系到電廠乃至電網(wǎng)整體節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)高效，以適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的需要?；痣姀S采用非直調(diào)的調(diào)度方式得到電廠的廣泛歡迎，也正在逐步成為電網(wǎng)各級調(diào)度中心的共識。

SIS具有廠級機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度指導(dǎo)功能，但是，SIS是屬于生產(chǎn)控制大區(qū)中的非控制區(qū)(安全區(qū)Ⅱ)。因此，目前的核心是，如何打造一個(gè)讓調(diào)度中心和電廠均能放心的可靠的廠級優(yōu)化負(fù)荷調(diào)度控制系統(tǒng)平臺。

第二，發(fā)展智能優(yōu)化控制的需要。由于我國特殊的能源結(jié)構(gòu)，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，火電廠仍將在我國發(fā)電中占據(jù)非常重要的主導(dǎo)地位。因此，火電廠節(jié)能減排對我國實(shí)現(xiàn)國際節(jié)能減排承諾舉足輕重，而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)已不能滿足要求。正是在這個(gè)背景下，智能優(yōu)化控制技術(shù)在各電廠已紛紛開展試點(diǎn)和應(yīng)用，這是配合智能電網(wǎng)發(fā)展智能化電廠必須完成的下一個(gè)目標(biāo)。發(fā)展優(yōu)化控制應(yīng)用技術(shù)需要建立一個(gè)機(jī)組DCS上位的統(tǒng)一控制平臺，這樣做有明顯的優(yōu)勢：

a)把電廠控制系統(tǒng)區(qū)分為優(yōu)化監(jiān)控控制級(Supervisory control level, SCL)和傳統(tǒng)直接控制級(Direct control level, DCL)對控制安全性有利。

b)有利于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)平臺和建模、尋優(yōu)等應(yīng)用系統(tǒng)，節(jié)省控制系統(tǒng)資源。

c)較好的解決了各廠家DCS的專用性和上位控制平臺的開放性的兼顧，使各優(yōu)化控制供應(yīng)商均能參與進(jìn)來，并互相協(xié)調(diào)。

第三，發(fā)展安全監(jiān)控智能化的需要。隨著機(jī)組容量的增大和參數(shù)的提高，一臺機(jī)組需要運(yùn)行人員監(jiān)控的參數(shù)已達(dá)上萬點(diǎn)，這些參數(shù)在異常工況下瞬息萬變，運(yùn)行人員已經(jīng)無法及時(shí)觀察到它的變化，以及這些變化反映出機(jī)組存在的問題和潛在的故障等，單一參數(shù)的顯示以及簡單的報(bào)警已經(jīng)不能滿足要求，迫切需要發(fā)展人工智能、邏輯推理以及數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)將眾多相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工，明確的向運(yùn)行人員指出機(jī)組運(yùn)行中的問題及潛在危險(xiǎn)，提出處理意見，甚至最終達(dá)到發(fā)出處理事故的控制指令。如能做到這一點(diǎn)，那么很多異?；蚴鹿士梢员苊饣蚣皶r(shí)排除。發(fā)展安全監(jiān)控智能化也需要一個(gè)較為完善的支持平臺，DCS上位控制平臺正好適應(yīng)了它的需要。

第四，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為建立上位控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，而通過一開始就規(guī)劃建立一個(gè)通用平臺，可以有力的加快電廠控制系統(tǒng)向智能化發(fā)展的步伐。

眾所周知，當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是DCS技術(shù)發(fā)生了很大的進(jìn)步，一些先進(jìn)的DCS廣泛應(yīng)用了可以靈活互連，而同時(shí)又能安全隔離的“域”的技術(shù)，數(shù)據(jù)庫規(guī)模可以達(dá)到十萬點(diǎn)以上，存儲時(shí)間可到一年以上，通訊和運(yùn)算速度大大提高，這些已經(jīng)足以支撐實(shí)施高級智能化應(yīng)用和滿足控制級可靠性要求的廠級控制系統(tǒng)(PSCS)的條件。我們要引導(dǎo)DCS公司向用戶提供一個(gè)開放的上位控制平臺，借助這個(gè)平臺，DCS公司可提供廠級控制系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用功能，同時(shí)也可調(diào)動其它應(yīng)用軟件商將其專長的高級應(yīng)用軟件集成到這個(gè)平臺上來，并還能保護(hù)其知識產(chǎn)權(quán)。只有這樣才能結(jié)束各個(gè)廠家無序的在單元DCS上各自掛眾多處理其專用軟件的上位機(jī)的混亂局面。

三、火電廠廠級控制系統(tǒng)的定義和內(nèi)涵

火電廠廠級控制系統(tǒng)(PSCS)是為值長和單元運(yùn)行人員在線服務(wù)的、具有很強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求的單元DCS的上一級控制系統(tǒng)(或上一級DCS) ，實(shí)現(xiàn)廠級的監(jiān)視和控制，以及機(jī)組級的需要復(fù)雜運(yùn)算和處理的上位智能監(jiān)視和控制的任務(wù)。

廠級控制系統(tǒng)(PSCS)與廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)相同點(diǎn)都是為火電廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程服務(wù)的系統(tǒng)。而它們的主要差異是：

l)應(yīng)用功能PSCS：屬于控制系統(tǒng) (Control System)范疇

SIS：屬于監(jiān)控信息系統(tǒng)(Supervisory Information System)范疇

2)服務(wù)對象PSCS：值長、運(yùn)行人員

SIS：主要是從事運(yùn)行管理的廠領(lǐng)導(dǎo)、生技部門專業(yè)人員。當(dāng)然也可供值長和運(yùn)行人員參考

3)實(shí)時(shí)性PSCS：實(shí)時(shí)性要求高，基本上應(yīng)當(dāng)與單元DCS相當(dāng) SIS：主要用于運(yùn)行管理人員后臺非連續(xù)監(jiān)控分析研究，相對來說實(shí)時(shí)性要求介于MIS和DCS之間。

4)可靠性PSCS：與單元DCS一樣屬于I級安全區(qū)內(nèi)

SIS：屬于MIS和DCS間的Ⅱ級安全區(qū)內(nèi)。

四、火電廠信息和控制網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)

隨著廠級控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，火電廠信息和控制網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化，如下圖所示：

l)系統(tǒng)安全分區(qū)2、3由于SIS中安全等級較高的廠級負(fù)荷調(diào)度等功能移至PSCS中，因此，按照國家有關(guān)將發(fā)電企業(yè)劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)(安全區(qū)Ⅲ) ,而生產(chǎn)控制大區(qū)又可劃分為控制區(qū)(安全區(qū)I)和非控制區(qū)(安全區(qū)Ⅱ)的規(guī)定， SIS可與MIS以及BPS一起均可列入管理信息大區(qū)(安全區(qū)Ⅲ)，但要特別注意考慮BPS高機(jī)密性的要求。

網(wǎng)絡(luò)中的其它系統(tǒng)均可列入安全區(qū)I,在I區(qū)和Ⅲ區(qū)間應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奈锢砀綦x措施。

2)廠級控制系統(tǒng)(PSCS)可以采用與單元機(jī)組同一種DCS，應(yīng)用“域”的概念在它們之間互聯(lián)和采取一定的安全隔離措施; 在條件不具備的情況下也可為廠級控制系統(tǒng)配置符合安全等級要求的專門控制平臺(包括數(shù)據(jù)庫)和可靠的與單元機(jī)組DCS 的互連措施。

3)廠級控制系統(tǒng)無論采用DCS的一個(gè)域的方案，還是配置專用控制平臺，它必須是開放的，同時(shí)又能保護(hù)高級應(yīng)用軟件開發(fā)商知識產(chǎn)權(quán)的。因?yàn)?，廠級控制系統(tǒng)應(yīng)用功能的開發(fā)會是一個(gè)伴隨著智能化電廠建設(shè)的一個(gè)長時(shí)期的歷史任務(wù)，而且會有眾多開發(fā)商陸續(xù)參與進(jìn)來。

五、結(jié)束語

廠級控制系統(tǒng)的建設(shè)是我國進(jìn)入21世紀(jì)第一個(gè)十年，火電廠自動化技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)目標(biāo)，它為火電廠監(jiān)視和控制系統(tǒng)向下一個(gè)目標(biāo)一發(fā)展智能化建立了一個(gè)統(tǒng)一的平臺，也必將吸引和推動火電廠一步一步向智能化發(fā)展。