數字化電廠建設的關鍵技術與發展研究

摘要：傳統供電單位的數字化改革是實現高效、節能、減排，提高競爭力的重大舉措。發電是能源浪費較為嚴重的一項工作，對此，研究人員不斷對電廠發電能源利用率低的問題進行研究。本文就數字化電廠建設的關鍵技術進行探討，通過分析這些技術，推測數字化電廠的發展趨勢。

關鍵詞：數字化電廠;電廠建設;發展

無論是民用電力還是商用電力都離不開發電廠的電力供應。隨著數字技術的發展成熟與萬物互聯概念的提出，我國供電廠正在進行不同程度的數字化改革，從而實現產品與技術的自動化、管理與決策的智能化，進而提高單位時間電力供應量和能源的利用效率。本文通過介紹數字化電廠的構成與特點、電廠數字化過程中常用技術，對建設電廠數字化智能系統的發展進行研究與展望。

一、數字化電廠的構成與特點

電廠進行數字化升級，需要先將電廠內原始數據資料轉換為數字信息存入電子設備，對廠內工作人員進行信息化編制，然后借助目前發達的信息技術構建快捷高效、實時可靠的線上交流和信息共享，并通過第三方軟件或企業自主研發的管理系統分析歷史記錄并指導未來工作、優化并固化廠內工作流程。基于新興的數字信息技術，廠內各項系統參數及發電所需信息均可保存為信息化數據，并且全部數據能夠通過局域網絡實現快速傳輸和實時同步，以及通過權限分級增強信息的保密性。通過總體系統中設置專屬模塊來滿足實時信息傳輸需求，設置其他專屬模塊完成權限分級管理，能夠將電廠管理系統通過數據化、網絡化的方式升級為現代化高效生產管理。圖一表現了電廠數字化系統的功能構成，橫向觀察可明顯得出，電廠內部各大主要部門通過信息技術串聯起來，可以使工作溝通更加及時、工作流程更加精簡;通過觀察系統層次可知，數字化電廠能夠實現各大管理系統分層分級的有機結合，使系統穩定性更強，層次更加清晰，更易于維護。此外，電廠的數字化改革還有通過流程優化以及智能分析降低了工作的出錯率，使技術人員擺脫了簡單重復工作，降低了因不合理規劃導致的原材料浪費，促進了發電工作流程的迭代。

二、數字化電廠主流應用技術

（一）分布控制系統

分布式控制系統（以下稱為DCS）是一種功能全面、可靠性及魯棒性強以及操作難度友好的控制系統，目前常見于大、中型供電單位的機爐控制中。這組模塊可有效實現爐膛內部參數的實時監控，從而保證其安全性。隨著這項技術更新迭代，能夠實現將監控數據實時提供給上層結構。第四代及其以后的DCS中還集成了總線控制子模塊及其應用接口，并可兼容基于不同標準的設備。

DCS作為一項成熟完善、高兼容性的電廠機爐控制系統，也存在著一些局限性：如DCS數據采集容量難以滿足大型發電廠實現整體控制所需的數據采集規模;系統開發廠商之間存在競爭關系，導致不同來源的DCS兼容性極差;DCS的接口技術仍為硬接線技術，線體的損壞和更換以及備用導致的結果是配置冗余。

（二）現場總線控制系統

現場總線控制系統（以下稱為FCS）技術是支撐電廠數字化的基礎技術，也是一項綜合性核心管理技術。在各電廠數字化技術更新迭代的過程中，FCS通過對采集的基礎設備實時數據進行分析，能夠分析得出整體系統的鏈路狀況，實現同步控制。FCS技術的核心原理是在保障系統運行平穩的同時，統籌管控各種底層設備，從而實現系統日常運行的高效性。

FCS技術為數字化電廠帶來更高的自動化程度。FCS技術的設計仍在不斷優化迭代，在保留核心用途的基礎上，不斷增加實用功能，優化用戶體驗，以下是幾點可行的優化方向：

首先，技術應不斷增強兼容性和靈活性，根據不同環境調整相應變量，技術人員可結合電廠內部具體情況，自主選擇變量與調整系統參數，通過調試使系統更加貼合電廠內部的實際需求，通過底層設備反饋的數據及時分類分析并將有效信息更新至系統里，充分發揮數字化技術的時效性，目前，在分散控制系統發展至第四代以后，FCS技術開始集成于與分散控制系統設備之中，并能夠兼容不同的設備協議。

其次，系統可升級優化遠程設備接口技術。數據實時監控與網絡通訊技術有效結合，便于技術人員對設備的實時調整，以及在問題發生時能及時反饋和解決。再次，系統加密技術也可優化，以增強系統的安全性。

最后，可同步提升系統管控的底層設備性能，提高整體智能化程度，根據國家標準規定，可開發更匹配管理系統的智能化設備。

（三）管理信息系統

信息的智能化儲存、分類及管理離不開管理信息系統（下稱MIS）技術。MIS技術特點是依靠網絡平臺，對供電廠內一些業務部門乃至供電廠整體信息進行管理調控，按照覆蓋位置分為主機系統，網絡系統和應用系統三個模塊。

根據最新數據，多數供電廠雖然對MIS技術加以應用，但是覆蓋業務不多，一般只用于輔助財務系統管理、生產工作調配等，因此廠內MIS的應用范圍有待拓展。隨著電廠規模的逐漸擴大和現代化技術的飛速發展，傳統MIS的架構及功能逐漸難以支撐電廠的現代化發展。將企業資源計劃作為子系統集成到MIS中，為MIS技術添加了諸如競標輔助決策、成本模擬估算等現代化功能。

三、電廠數字化發展展望

（一）數據庫技術的綜合應用

數據信息的共享和權限分級管理是實現電廠高效信息管理、數據整合分析實現的基本思路。數據庫的建設是電廠數字化的一大基礎工作，是能夠實現信息分類管理、文件在線瀏覽和信息平臺搭建的前提工作，前期數據庫的層次構件合理可靠，后期數據的調用將更具有可靠性。數據庫的及時更新及定期維護，是保持信息調用效率的關鍵。經調查，大部分高度數字化的電廠仍不同程度上沒有完成各類工作項目資源有機整合，只是簡單的資源上傳與共享。通過對SQL等數據庫軟件的應用與設置，能提高資源整合的效果效率。另外，軟件接口技術的更新迭代也十分重要，將二維平面圖、三維裝配體等與相關底層設備傳輸數據有效結合，從而提高數據信息查詢的直觀性。供電企業還應結合自身建設情況與組織結構，加強部門間的設計協同，加快信息分配利用的速率，保持信息同步。

（二）軟件設計優化

數字化電廠未來的發展，離不開系統邏輯結構的優化與應用軟件設計思路的更新。優化系統不僅要減少程序運行bug，提高系統的實際運行效率，還要通過分析實際功能需求，使系統軟件更具目的性、專業性，能夠更快響應、更智能性解決電廠常見專業問題。應用軟件的針對性與專業性設計，離不開更高級的軟件邏輯規劃。從實際設計流程出發，軟件的優化程度取決于設計者的個人能力，企業應招收更加優秀的軟件設計人員或對內部設計人員進行培訓考核。軟件設計人員還應充分了解電廠內部具體需求，結合軟件的科學性要求、實用性要求、整體協調性要求等因素，通過對廠內歷史數據，開發解決具體相應問題的軟件功能。

結束語：

綜上所述，數字化電廠的建設離不開企業對數字化概念的認知與智能化決策輔助的理解。電廠實行全面數字化的核心訴求是通過互聯網技術及信息管理技術等解決傳統電廠內部組織結構冗余、工作協同能力弱、能源利用率低、污染排放不規范等現狀。只有充分引入數字化技術，才能解決現有問題，實現電廠的綜合效益提升和綠色可持續發展。

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作者簡介：

曹煜（1971，3-），男，民族：漢，學歷：碩士 ，單位：西門子電站自動化有限公司，研究方向：儀表控制，電機電力，職稱：高級工程師，職務：項目經理