發電廠電氣自動化控制關鍵技術探究

鄭怡

摘 要：隨著經濟的快速發展，電力成為了生活、建設、經濟發展的必不可少的能源，發電廠的發電效率直接影響著經濟建設的健康發展。傳統的電廠電氣化控制管理模式相對于今天的需求來說已經落伍，新的電氣化自動控制是保證發電廠高效率工作的關鍵，符合經濟的發展要求。本文對于發電廠的自動化控制技術做了詳細探究。

關鍵詞：發電廠 電氣系統 自動化控制 ECS DCS

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0036-01

1 傳統發電廠的電氣控制

1.1 DCS概述

電氣監控的任務就是根據系統變化，對發電機組的電壓、功率等進行及時調整，確保電力系統的電壓和頻率。傳統的電氣監控主要是由DCS通過輸入輸出設備實現的對發電廠的電氣部分信息的采集與控制。DCS是集散式控制系統的英文縮寫（Distributed Control System）。即是所謂的分布式控制系統，這種系統是相對于集中式控制系統來說的計算機控制系統，是綜合了計算機、顯示、通信、控制于一體的4C技術。是在集中式控制系統的基礎上發展的系統，主要功能是分散控制、分級管理、集中操作、組態靈活。具體的DCS與輸入輸出接口通過線纜連接，模擬量數據通過模數轉換器轉換成電流傳出。但是DCS系統的信息處理量有限，并且需要大量的線纜以及模數轉換器，成本比較高，控制效果不理想。

1.2 DCS系統的缺陷

首先，DCS電氣自動控制系統對電壓和電流的控制是通過變送器轉換實現的，系統的接線很復雜，成本高，抗干擾能力不強。其次，DCS系統對于電氣監測方面不到位。DCS的檢測對于電流，電壓的要求很嚴格。因此，許多的功能應用無法實現。例如故障的分析與診斷、電廠的經濟性分析等，嚴重制約著管理效率的提升。第三，DCS系統的反應過于緩慢，無法實現對瞬態電信號的處理。DCS系統的反應時間通常是秒級，然而電廠的許多信號都是瞬態電流，是DCS系統無法控制的。最后，DCS系統是由許多的分散點組成。對于每一個信息采集點都需要一路專用的信號傳輸電纜，對于電廠的成千上萬人的信息點來說，則需要復雜的電纜系統，造成了大量的空間、成本的浪費。

2 電廠的新型電氣化自動控制技術

2.1 ECS系統的概述

隨著科技的發展，一種基于先進的軟硬件平臺推出的新型電廠自動化控制系統出現。ECS是為了推進發電廠的電氣自動控制的發展推廣的。該系統應用計算機處理、信號的采集與處理、現場總線技術、以太網、繼電保護等技術綜合研發。應用計算機、現場總線、以太網、信號處理、繼電保護等技術實現對發電廠的發電機、變壓設備、電動機、反饋線等電器設備以及電氣自動化裝置的測量、處理、控制、保護、監測、故障分析、保護等功能。采用分層分布式系統構架自下向上分為：站控層、通信管理層、間隔層三層。其中，站控層包括硬件服務器、工作站等硬件。常用電抄表、電動機故障、錄波分析等應用軟件以及各種系統的通信接口。通信管理層包括通信網和通信管理裝置，主要的功能是通過以太網和現場總線與DCS系統、智能設備、各子系統、電氣后臺監控系統進行通信。

2.2 ECS系統的特點及功能

（1）ECS系統采用通信管理層和站控層組態一體化的設計，可保證組態調試的一次性完成，進行調試時可以更加方便，并且符合人的操作習慣。并且從整體出發綜合考慮系統的通信功能，保證站控層、通信層、間隔層的通信速度，并開設與DCS、MIS、SIS的通訊接口。并且ECS與DCS互相通信是不受限制，還可以節省大量的通信纜線和變送器。ECS采用先進可靠地自動化電氣裝置，完全可以不受通訊功能限制并可以獨立運行，保證了系統的安全性和可靠程度。

（2）ECS系統的間隔層采用保護測控裝置，其有比較完善的屏蔽、隔離等措施，抗干擾能力強，適用于各種復雜的環境。并且此系統還采用了冗余容錯技術，包括了雙現場總線網絡、站控層設備冗余、站控層雙以太網、雙通信管理機設計以及DCS通信通道冗余等多種措施，保證了系統的穩定性。為保證系統的安全性還設置了防火墻、殺毒軟件等措施，并采用網絡分段、特殊數據格式、專用通道、加密數據算法等方法提高網絡傳輸的安全性。并采用設置管理權限、邏輯閉鎖、糾錯等方法提高系統運行的安全性。在ECS系統中還增加了系統的自診斷和自恢復功能，這是傳統的電氣控制系統所不具備的。使系統的間隔層、通信管理層、站控層具備了自我診斷和恢復的功能。包括數據錯誤的診斷與處理、硬件故障的診斷、通信質量的診斷與處理等功能。還在通信管理層與間隔層的軟件技術中添加了“看門狗”的中斷方式，提高了系統的自恢復能力。并在通信管理層與站控層的同信中，采用雙通道的傳輸模式實現了數據的備份和恢復功能。

（3）ECS系統比傳統的DCS系統的信息傳輸處理速度快很多。ECS系統的保護測控裝置局采用高性能的DSP和微處理器，硬件系統采用了多CPU的智能化結構，采用世界先進的嵌入式實時多任務操作系統，大大提高了數據的處理速度。并且站控層采用100M/1000M的工業以太網，通過實時的數據庫與商用數據庫結合技術以及快速智能網橋技術，為電廠的快速數據訪問及負載自動均恒的高速網絡，并配以適應工業控制現場應用的高可靠性交換機以及網關網絡通信設備，構成了強大的信息平臺。站控層與間隔層支持工業以太網，并且支持PROFIBUS現場總線，CAN總線、RS485等通信方式大大拓展了通信的使用程度。站控層、間隔層支持雙熱備運行方式，采用高效新穎的算法同時收取雙網數據并甄別數據的有效性，在遇到故障時不需要切換電路保證了系統的連續進行。

3 結語

新型的ESC電氣化自動控制管理系統，是當前提高發電廠的管理效率的關鍵性技術，也是保證電力正常供應、節約電能的重要手段。據計算一座裝機容量30萬千瓦的發電廠，只要提高1%的管理效率就會節約7200度電能。所以，發電廠要加快電氣自動控制系統的升級，是增加發電廠的效益和市場競爭力的重要手段。

參考文獻

[1]吳治平，智軍，石景彪.發電廠電氣自動化控制方案[J].自動化應用，2012（2）.

[2]單國輝.發電廠DCS改造中電氣自動化探討[J].中國科技縱橫，2011（16）.