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)絡結構，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)當前火電廠信息了價口自動化技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，提出了一個新的概念一火電廠廠級控制系統(tǒng)。作者詳細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)絡結構。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不斷向前發(fā)展，也希望能對SIS和DCS供應商以及應用技術開發(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，單元機組DCS的上位控制系統(tǒng))的提出有其客觀必然性，是我國進入21世紀第一個十年，火電廠信息化和自動化出現(xiàn)的需求及其技術發(fā)展的必然結果。

首先，廠級直接優(yōu)化調(diào)度機組負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，以及機組靜態(tài)和動態(tài)特性差異大，各種類型機組在網(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行優(yōu)化調(diào)度外，一個火電廠內(nèi)也必須充分考慮如何優(yōu)化調(diào)度各機組負荷，這直接關系到電廠乃至電網(wǎng)整體節(jié)能減排，經(jīng)濟高效，以適應低碳經(jīng)濟時代的需要。火電廠采用非直調(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具有廠級機組負荷優(yōu)化調(diào)度指導功能，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，如何打造一個讓調(diào)度中心和電廠均能放心的可靠的廠級優(yōu)化負荷調(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構，在相當長一段時間內(nèi)，火電廠仍將在我國發(fā)電中占據(jù)非常重要的主導地位。因此，火電廠節(jié)能減排對我國實現(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。正是在這個背景下，智能優(yōu)化控制技術在各電廠已紛紛開展試點和應用，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目標。發(fā)展優(yōu)化控制應用技術需要建立一個機組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)化控制供應商均能參與進來，并互相協(xié)調(diào)。

第三，發(fā)展安全監(jiān)控智能化的需要。隨著機組容量的增大和參數(shù)的提高，一臺機組需要運行人員監(jiān)控的參數(shù)已達上萬點，這些參數(shù)在異常工況下瞬息萬變，運行人員已經(jīng)無法及時觀察到它的變化，以及這些變化反映出機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)挖掘等技術將眾多相關數(shù)據(jù)進行深加工，明確的向運行人員指出機組運行中的問題及潛在危險，提出處理意見，甚至最終達到發(fā)出處理事故的控制指令。如能做到這一點，那么很多異?；蚴鹿士梢员苊饣蚣皶r排除。發(fā)展安全監(jiān)控智能化也需要一個較為完善的支持平臺，DCS上位控制平臺正好適應了它的需要。

第四，計算機技術的發(fā)展為建立上位控制系統(tǒng)奠定了基礎，而通過一開始就規(guī)劃建立一個通用平臺，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，當前計算機技術，特別是DCS技術發(fā)生了很大的進步，一些先進的DCS廣泛應用了可以靈活互連，而同時又能安全隔離的“域”的技術，數(shù)據(jù)庫規(guī)?？梢赃_到十萬點以上，存儲時間可到一年以上，通訊和運算速度大大提高，這些已經(jīng)足以支撐實施高級智能化應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DCS公司向用戶提供一個開放的上位控制平臺，借助這個平臺，DCS公司可提供廠級控制系統(tǒng)相關的應用功能，同時也可調(diào)動其它應用軟件商將其專長的高級應用軟件集成到這個平臺上來，并還能保護其知識產(chǎn)權。只有這樣才能結束各個廠家無序的在單元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)是為值長和單元運行人員在線服務的、具有很強實時性要求的單元DCS的上一級控制系統(tǒng)(或上一級DCS) ，實現(xiàn)廠級的監(jiān)視和控制，以及機組級的需要復雜運算和處理的上位智能監(jiān)視和控制的任務。

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

l)應用功能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)服務對象PSCS：值長、運行人員

SIS：主要是從事運行管理的廠領導、生技部門專業(yè)人員。當然也可供值長和運行人員參考

3)實時性PSCS：實時性要求高，基本上應當與單元DCS相當 SIS：主要用于運行管理人員后臺非連續(xù)監(jiān)控分析研究，相對來說實時性要求介于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)絡總體結構

隨著廠級控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，火電廠信息和控制網(wǎng)絡的總體結構也將發(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荷調(diào)度等功能移至PSCS中，因此，按照國家有關將發(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高機密性的要求。

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

2)廠級控制系統(tǒng)(PSCS)可以采用與單元機組同一種DCS，應用“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)和可靠的與單元機組DCS 的互連措施。

3)廠級控制系統(tǒng)無論采用DCS的一個域的方案，還是配置專用控制平臺，它必須是開放的，同時又能保護高級應用軟件開發(fā)商知識產(chǎn)權的。因為，廠級控制系統(tǒng)應用功能的開發(fā)會是一個伴隨著智能化電廠建設的一個長時期的歷史任務，而且會有眾多開發(fā)商陸續(xù)參與進來。

五、結束語

廠級控制系統(tǒng)的建設是我國進入21世紀第一個十年，火電廠自動化技術發(fā)展的下一個目標，它為火電廠監(jiān)視和控制系統(tǒng)向下一個目標一發(fā)展智能化建立了一個統(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。