火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統(PSCS)探討

一、前言

1997年，我國專(zhuān)家提出了火電廠(chǎng)廠(chǎng)級監控信息系統(Supervisory Information system at plant level，簡(jiǎn)稱(chēng)SIS)概念l，并形成了比較規范的火電廠(chǎng)DCS、SIS和MIS三級信息和控制網(wǎng)絡(luò )結構，推動(dòng)了我國火電廠(chǎng)整體信息化和自動(dòng)化水平的提高，以及SIS產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。

本文根據當前火電廠(chǎng)信息了價(jià)口自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現狀和趨勢，提出了一個(gè)新的概念一火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統。作者詳細論述了火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統的定義和內涵，形成的必然性，它與廠(chǎng)級監控信息系統(SIS)的差異，以及由此將形成的新的火電廠(chǎng)全廠(chǎng)信息和控制網(wǎng)絡(luò )結構。作者拋磚引玉，希望引起廣泛討論，以推動(dòng)火電廠(chǎng)信息化和自動(dòng)化技術(shù)不斷向前發(fā)展，也希望能對SIS和DCS供應商以及應用技術(shù)開(kāi)發(fā)商的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有所幫助。

二、火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統形成的必然性

火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統(也可以說(shuō)，單元機組DCS的上位控制系統)的提出有其客觀(guān)必然性，是我國進(jìn)入21世紀第一個(gè)十年，火電廠(chǎng)信息化和自動(dòng)化出現的需求及其技術(shù)發(fā)展的必然結果。

首先，廠(chǎng)級直接優(yōu)化調度機組負荷的需求正在快速提到議事日程上來(lái)。眾所周知，水電廠(chǎng)和核電廠(chǎng)適于采用系統直調的調度方式，而火電廠(chǎng)由于網(wǎng)內數量眾多，以及機組靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性差異大，各種類(lèi)型機組在網(wǎng)內功能不同，因此，除了電網(wǎng)要考慮對各類(lèi)型火電廠(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化調度外，一個(gè)火電廠(chǎng)內也必須充分考慮如何優(yōu)化調度各機組負荷，這直接關(guān)系到電廠(chǎng)乃至電網(wǎng)整體節能減排，經(jīng)濟高效，以適應低碳經(jīng)濟時(shí)代的需要?；痣姀S(chǎng)采用非直調的調度方式得到電廠(chǎng)的廣泛歡迎，也正在逐步成為電網(wǎng)各級調度中心的共識。

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

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(cháng)一段時(shí)間內，火電廠(chǎng)仍將在我國發(fā)電中占據非常重要的主導地位。因此，火電廠(chǎng)節能減排對我國實(shí)現國際節能減排承諾舉足輕重，而傳統控制系統已不能滿(mǎn)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(chǎng)已紛紛開(kāi)展試點(diǎn)和應用，這是配合智能電網(wǎng)發(fā)展智能化電廠(chǎng)必須完成的下一個(gè)目標。發(fā)展優(yōu)化控制應用技術(shù)需要建立一個(gè)機組DCS上位的統一控制平臺，這樣做有明顯的優(yōu)勢：

a)把電廠(chǎng)控制系統區分為優(yōu)化監控控制級(Supervisory control level, SCL)和傳統直接控制級(Direct control level, DCL)對控制安全性有利。
b)有利于統一數據庫等系統平臺和建模、尋優(yōu)等應用系統，節省控制系統資源。
c)較好的解決了各廠(chǎng)家DCS的專(zhuān)用性和上位控制平臺的開(kāi)放性的兼顧，使各優(yōu)化控制供應商均能參與進(jìn)來(lái)，并互相協(xié)調。

第三，發(fā)展安全監控智能化的需要。隨著(zhù)機組容量的增大和參數的提高，一臺機組需要運行人員監控的參數已達上萬(wàn)點(diǎn)，這些參數在異常工況下瞬息萬(wàn)變，運行人員已經(jīng)無(wú)法及時(shí)觀(guān)察到它的變化，以及這些變化反映出機組存在的問(wèn)題和潛在的故障等，單一參數的顯示以及簡(jiǎn)單的報警已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，迫切需要發(fā)展人工智能、邏輯推理以及數據挖掘等技術(shù)將眾多相關(guān)數據進(jìn)行深加工，明確的向運行人員指出機組運行中的問(wèn)題及潛在危險，提出處理意見(jiàn)，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(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了它的需要。

第四，計算機技術(shù)的發(fā)展為建立上位控制系統奠定了基礎，而通過(guò)一開(kāi)始就規劃建立一個(gè)通用平臺，可以有力的加快電廠(chǎng)控制系統向智能化發(fā)展的步伐。

眾所周知，當前計算機技術(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)，數據庫規?？梢赃_到十萬(wàn)點(diǎn)以上，存儲時(shí)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(shí)施高級智能化應用和滿(mǎn)足控制級可靠性要求的廠(chǎng)級控制系統(PSCS)的條件。我們要引導DCS公司向用戶(hù)提供一個(gè)開(kāi)放的上位控制平臺，借助這個(gè)平臺，DCS公司可提供廠(chǎng)級控制系統相關(guān)的應用功能，同時(shí)也可調動(dòng)其它應用軟件商將其專(zhuān)長(cháng)的高級應用軟件集成到這個(gè)平臺上來(lái)，并還能保護其知識產(chǎn)權。只有這樣才能結束各個(gè)廠(chǎng)家無(wú)序的在單元DCS上各自?huà)毂姸嗵幚砥鋵?zhuān)用軟件的上位機的混亂局面。

三、火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統的定義和內涵

火電廠(chǎng)廠(chǎng)級控制系統(PSCS)是為值長(cháng)和單元運行人員在線(xiàn)服務(wù)的、具有很強實(shí)時(shí)性要求的單元DCS的上一級控制系統(或上一級DCS) ，實(shí)現廠(chǎng)級的監視和控制，以及機組級的需要復雜運算和處理的上位智能監視和控制的任務(wù)。
廠(chǎng)級控制系統(PSCS)與廠(chǎng)級監控信息系統(SIS)相同點(diǎn)都是為火電廠(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程服務(wù)的系統。而它們的主要差異是：
l)應用功能PSCS：屬于控制系統 (Control System)范疇
SIS：屬于監控信息系統(Supervisory Information System)范疇
2)服務(wù)對象PSCS：值長(cháng)、運行人員
SIS：主要是從事運行管理的廠(chǎng)領(lǐng)導、生技部門(mén)專(zhuān)業(yè)人員。當然也可供值長(cháng)和運行人員參考
3)實(shí)時(shí)性PSCS：實(shí)時(shí)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監控分析研究，相對來(lái)說(shuō)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級安全區內
SIS：屬于MIS和DCS間的Ⅱ級安全區內。

四、火電廠(chǎng)信息和控制網(wǎng)絡(luò )總體結構

隨著(zhù)廠(chǎng)級控制系統的出現，火電廠(chǎng)信息和控制網(wǎng)絡(luò )的總體結構也將發(fā)生變化。

l)系統安全分區2、3由于SIS中安全等級較高的廠(chǎng)級負荷調度等功能移至PSCS中，因此，按照國家有關(guān)將發(fā)電企業(yè)劃分為生產(chǎn)控制大區和管理信息大區(安全區Ⅲ) ,而生產(chǎn)控制大區又可劃分為控制區(安全區I)和非控制區(安全區Ⅱ)的規定， SIS可與MIS以及BPS一起均可列入管理信息大區(安全區Ⅲ)，但要特別注意考慮BPS高機密性的要求。
網(wǎng)絡(luò )中的其它系統均可列入安全區I,在I區和Ⅲ區間應采取適當的物理隔離措施。

2)廠(chǎng)級控制系統(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(chǎng)級控制系統配置符合安全等級要求的專(zhuān)門(mén)控制平臺(包括數據庫)和可靠的與單元機組DCS 的互連措施。

3)廠(chǎng)級控制系統無(wú)論采用DCS的一個(gè)域的方案，還是配置專(zhuān)用控制平臺，它必須是開(kāi)放的，同時(shí)又能保護高級應用軟件開(kāi)發(fā)商知識產(chǎn)權的。因為，廠(chǎng)級控制系統應用功能的開(kāi)發(fā)會(huì )是一個(gè)伴隨著(zhù)智能化電廠(chǎng)建設的一個(gè)長(cháng)時(shí)期的歷史任務(wù)，而且會(huì )有眾多開(kāi)發(fā)商陸續參與進(jìn)來(lái)。

五、結束語(yǔ)
廠(chǎng)級控制系統的建設是我國進(jìn)入21世紀第一個(gè)十年，火電廠(chǎng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)目標，它為火電廠(chǎng)監視和控制系統向下一個(gè)目標一發(fā)展智能化建立了一個(gè)統一的平臺，也必將吸引和推動(dòng)火電廠(chǎng)一步一步向智能化發(fā)展。