火电厂厂级控制系统概念探讨

引言

    1997年，我国专家提出了火电厂厂级监控信息系统(Supenrisory Information System，SIS)概念，并形成了比较规范的火电厂DCS(分散控制系统)、SIS和MIS3级信息和控制网络结构，推动了我国火电厂整体信息化和自动化水平的提高，以及SIS产业的形成和发展。

    任何理论和概念不应是僵死的、一成不变的教条，有它产生的客观条件。当条件发生变化时。基于新的情况，应当及时地提出新的概念。火电厂信息化和自动化从那时起已经经历了14a的发展，其客观需求以及应用技术和计算机技术发生了很大的变化。本文研究了这些发展后提出一个全新的概念——火电厂厂级控制系统(PSCS)将会很快形成，并由此将改变火电厂原有的全厂信息和控制网络结构。

1 火电厂厂级控制系统形成的必然性

    火电厂厂级控制系统(也可称单元机组DCS的上位控制系统)的提出有其客观必然性，是我国进入21世纪第2个十年，火电厂信息化和自动化将出现的需求及其技术发展的必然结果。

    首先，厂级直接优化调度机组负荷的需求正在快速提到议事日程上来。水电厂和核电厂适于采用系统直调的调度方式，而火电厂由于网内数量众多，以及机组静态和动态特性差异大，各种类型机组在网内功能不同，因此，除了电网要考虑对各类型火电厂进行优化调度外，火电厂内也必须充分考虑如何优化调度各机组负荷以适应低碳经济时代的需要，这直接关系到电厂乃至电网整体节能减排效果和经济效益。火电厂采用非直调的调度方式得到电厂的广泛欢迎，也正在逐步成为电网各级调度中心的共识。SIS具有厂级机组负荷优化调度指导功能，但是，SIS是属于生产控制大区中的非控制区(安全区II)。因此，目前的核心是，如何打造一个让调度中心和电厂均能放心的可靠的厂级优化负荷调度的控制系统平台。

    其次，是发展智能优化控制的需要。由于我国特殊的能源结构，在相当长一段时间内，火电厂发电量仍将在我国发电总量中占据主导地位。因此，火电厂节能减排对我国实现国际节能减排承诺举足轻重，而传统控制系统已不能满足要求。正是在这个背景下，智能优化控制技术在各电厂已纷纷开展试点和应用，这是配合智能电网发展智能化电厂必须完成的下一个目标。发展优化控制应用技术需要建立一个机组DCS上位的统一控制平台，这样做有着明显的优点：

    (1)把电厂控制系统区分为优化监控控制级(Supen，isory Control kvel，SCL)和传统直接控制级(Direc￡ControlLevel，DCL)对控制的安全性有利：

    (2)有利于统一数据库等系统的平台和建模及寻优等应用系统，节省控制系统资源；

    (3)较好地解决了各厂家DCS的专用性和上位控制平台的开放性的兼顾，使各优化控制供应商均能参与进来，并互相协调。

    再次，是发展智能化安全监控的需要。随着机组容量的增大和参数的提高，一台机组需要运行人员监控的参数上万点，这些参数在异常工况下瞬息万变，运行人员已经无法及时观察到它的变化以及这些变化反映出的机组存在的问题和潜在的故障等，单一参数的显示以及简单的报警已经不能满足要求。迫切需要发展人工智能、逻辑推理以及数据挖掘等技术将众多相关数据进行加工，明确地向运行人员指出机组运行中的问题及潜在危险，提出处理意见，甚至最终达到发出处理事故的控制指令。如能做到这一点。那么很多异常或事故可以避免或及时排除。发展智能化安全监控也需要一个较为完善的支持平台。DCS上位控制平台正好适应了它的需要。

    最后，计算机技术的发展为建立上位控制系统奠定了基础，而通过一开始就规划建立一个通用平台，可以有力地加快电厂控制系统向智能化发展的步伐。当前计算机技术，特别是DCS技术发生了很大的进步，一些先进的DCS广泛应用了可以灵活互连，而同时又能安全隔离的“域”的技术，数据库规模可以达到10万点以上，存储时间可到la以上，通信和运算速度大大提高，这些已经足以支撑实施高级智能化应用和满足控制级可靠性要求的PSCS的条件。要引导DCS公司向用户提供一个开放的上位控制平台，借助这个平台，DCS公司可提供厂级控制系统相关的应用功能，同时也可调动其他应用软件商将其专长的高级应用软件集成到这个平台上来，还能保护其知识产权。只有这样才能结束已经或将会出现的各个厂家无序地在单元DCS上各自挂处理其专用软件的上位机的混乱局面。

2火电厂厂级控制系统的定义和内涵

    PSCS是为值长和单元运行人员在线服务的，具有很强实时性要求的单元DCS的上一级控制系统(或上一级DCS)，实现厂级的监视和控制，以及机组级的需要复杂运算和处理的上位智能监视和控制的任务。

    PSCS与SIS的相同点是两者都是为火电厂实时生产过程服务的系统。而主要差异是：

    (1)在应用功能方面，PSCS属于控制系统范畴，而SIS则属于监控信息系统范畴：

    (2)PSCS的服务对象是值长或运行人员，而SIS的服务对象是从事运行管理的厂领导、生技部门专业人员。同时也可以是值长和运行人员：

    (3)PSCS的实时性要求高，基本上应当与单元DCS相当，而SIS主要用于运行管理人员后台非连续监控分析研究。相对来说实时性要求介于MIS和DCS之间；

    (4)可靠性方面，PSCS与单元DCS一样属于I级安全区内，而SIS则属于MIS和DCS间的II级安全区内。

3火电厂信息和控制网络总体结构

    随着厂级控制系统的出现，火电厂信息和控制网络的总体结构也将发生变化，如图1所示。

    图1 火电厂信息和控制网络结构

    (1)系统安全分区。由于SIS中安全等级较高的厂级负荷调度等功能移至PSCS中，按照国家有关将发电企业划分为生产控制大区和管理信息大区(安全区III)，而生产控制大区又可划分为控制区(安全区I)和非控制区(安全区H)的规定，SIS可与MIS以及BPS一起列入管理信息大区(安全区III)，但要特别注意考虑BPS机密性的要求。网络中的其他系统均可列入安全区I，在I区和III区间应采取适当的物理隔离措施。

    (2)PSCS可以采用与单元机组同一种DCS，应用“域”的概念在他们之间互连和采取一定的安全隔离措施：在条件不具备的情况下也可为厂级控制系统配置符合安全等级要求的专门控制平台(包括数据库)和可靠的与单元机组DCS互连的措施。

    (3)厂级控制系统无论采用DCS的1个域的方案，还是配置专用控制平台，它必须是开放的，同时又能保护高级应用软件开发商知识产权。因为厂级控制系统应用功能的开发是一个伴随着智能化电厂建设的、长时期的历史任务。而且会有众多开发商陆续参与进来。

4结语

    厂级控制系统的建设是我国进入21世纪第2个十年火电厂自动化技术发展的一个目标，它为发展火电厂智能化监视和控制系统建立一个统一的平台，也必将推动火电厂一步一步向智能化目标发展。本文只是大致勾画了火电厂厂级控制系统的概念和轮廓。有些方面。例如厂级控制系统的出现对SIS、DCS以及应用技术开发商的产业发展的影响等均未涉及，希望引起广泛讨论，推动21世纪第2个十年的火电厂自动化技术和水平更上一个台阶。