数字化电厂建设的关键技术与发展研究

摘要：传统供电单位的数字化改革是实现高效、节能、减排，提高竞争力的重大举措。发电是能源浪费较为严重的一项工作，对此，研究人员不断对电厂发电能源利用率低的问题进行研究。本文就数字化电厂建设的关键技术进行探讨，通过分析这些技术，推测数字化电厂的发展趋势。

关键词：数字化电厂;电厂建设;发展

无论是民用电力还是商用电力都离不开发电厂的电力供应。随着数字技术的发展成熟与万物互联概念的提出，我国供电厂正在进行不同程度的数字化改革，从而实现产品与技术的自动化、管理与决策的智能化，进而提高单位时间电力供应量和能源的利用效率。本文通过介绍数字化电厂的构成与特点、电厂数字化过程中常用技术，对建设电厂数字化智能系统的发展进行研究与展望。

一、数字化电厂的构成与特点

电厂进行数字化升级，需要先将电厂内原始数据资料转换为数字信息存入电子设备，对厂内工作人员进行信息化编制，然后借助目前发达的信息技术构建快捷高效、实时可靠的线上交流和信息共享，并通过第三方软件或企业自主研发的管理系统分析历史记录并指导未来工作、优化并固化厂内工作流程。基于新兴的数字信息技术，厂内各项系统参数及发电所需信息均可保存为信息化数据，并且全部数据能够通过局域网络实现快速传输和实时同步，以及通过权限分级增强信息的保密性。通过总体系统中设置专属模块来满足实时信息传输需求，设置其他专属模块完成权限分级管理，能够将电厂管理系统通过数据化、网络化的方式升级为现代化高效生产管理。图一表现了电厂数字化系统的功能构成，横向观察可明显得出，电厂内部各大主要部门通过信息技术串联起来，可以使工作沟通更加及时、工作流程更加精简;通过观察系统层次可知，数字化电厂能够实现各大管理系统分层分级的有机结合，使系统稳定性更强，层次更加清晰，更易于维护。此外，电厂的数字化改革还有通过流程优化以及智能分析降低了工作的出错率，使技术人员摆脱了简单重复工作，降低了因不合理规划导致的原材料浪费，促进了发电工作流程的迭代。

二、数字化电厂主流应用技术

（一）分布控制系统

分布式控制系统（以下称为DCS）是一种功能全面、可靠性及鲁棒性强以及操作难度友好的控制系统，目前常见于大、中型供电单位的机炉控制中。这组模块可有效实现炉膛内部参数的实时监控，从而保证其安全性。随着这项技术更新迭代，能够实现将监控数据实时提供给上层结构。第四代及其以后的DCS中还集成了总线控制子模块及其应用接口，并可兼容基于不同标准的设备。

DCS作为一项成熟完善、高兼容性的电厂机炉控制系统，也存在着一些局限性：如DCS数据采集容量难以满足大型发电厂实现整体控制所需的数据采集规模;系统开发厂商之间存在竞争关系，导致不同来源的DCS兼容性极差;DCS的接口技术仍为硬接线技术，线体的损坏和更换以及备用导致的结果是配置冗余。

（二）现场总线控制系统

现场总线控制系统（以下称为FCS）技术是支撑电厂数字化的基础技术，也是一项综合性核心管理技术。在各电厂数字化技术更新迭代的过程中，FCS通过对采集的基础设备实时数据进行分析，能够分析得出整体系统的链路状况，实现同步控制。FCS技术的核心原理是在保障系统运行平稳的同时，统筹管控各种底层设备，从而实现系统日常运行的高效性。

FCS技术为数字化电厂带来更高的自动化程度。FCS技术的设计仍在不断优化迭代，在保留核心用途的基础上，不断增加实用功能，优化用户体验，以下是几点可行的优化方向：

首先，技术应不断增强兼容性和灵活性，根据不同环境调整相应变量，技术人员可结合电厂内部具体情况，自主选择变量与调整系统参数，通过调试使系统更加贴合电厂内部的实际需求，通过底层设备反馈的数据及时分类分析并将有效信息更新至系统里，充分发挥数字化技术的时效性，目前，在分散控制系统发展至第四代以后，FCS技术开始集成于与分散控制系统设备之中，并能够兼容不同的设备协议。

其次，系统可升级优化远程设备接口技术。数据实时监控与网络通讯技术有效结合，便于技术人员对设备的实时调整，以及在问题发生时能及时反馈和解决。再次，系统加密技术也可优化，以增强系统的安全性。

最后，可同步提升系统管控的底层设备性能，提高整体智能化程度，根据国家标准规定，可开发更匹配管理系统的智能化设备。

（三）管理信息系统

信息的智能化储存、分类及管理离不开管理信息系统（下称MIS）技术。MIS技术特点是依靠网络平台，对供电厂内一些业务部门乃至供电厂整体信息进行管理调控，按照覆盖位置分为主机系统，网络系统和应用系统三个模块。

根据最新数据，多数供电厂虽然对MIS技术加以应用，但是覆盖业务不多，一般只用于辅助财务系统管理、生产工作调配等，因此厂内MIS的应用范围有待拓展。随着电厂规模的逐渐扩大和现代化技术的飞速发展，传统MIS的架构及功能逐渐难以支撑电厂的现代化发展。将企业资源计划作为子系统集成到MIS中，為MIS技术添加了诸如竞标辅助决策、成本模拟估算等现代化功能。

三、电厂数字化发展展望

（一）数据库技术的综合应用

数据信息的共享和权限分级管理是实现电厂高效信息管理、数据整合分析实现的基本思路。数据库的建设是电厂数字化的一大基础工作，是能够实现信息分类管理、文件在线浏览和信息平台搭建的前提工作，前期数据库的层次构件合理可靠，后期数据的调用将更具有可靠性。数据库的及时更新及定期维护，是保持信息调用效率的关键。经调查，大部分高度数字化的电厂仍不同程度上没有完成各类工作项目资源有机整合，只是简单的资源上传与共享。通过对SQL等数据库软件的应用与设置，能提高资源整合的效果效率。另外，软件接口技术的更新迭代也十分重要，将二维平面图、三维装配体等与相关底层设备传输数据有效结合，从而提高数据信息查询的直观性。供电企业还应结合自身建设情况与组织结构，加强部门间的设计协同，加快信息分配利用的速率，保持信息同步。

（二）软件设计优化

数字化电厂未来的发展，离不开系统逻辑结构的优化与应用软件设计思路的更新。优化系统不仅要减少程序运行bug，提高系统的实际运行效率，还要通过分析实际功能需求，使系统软件更具目的性、专业性，能够更快响应、更智能性解决电厂常见专业问题。应用软件的针对性与专业性设计，离不开更高级的软件逻辑规划。从实际设计流程出发，软件的优化程度取决于设计者的个人能力，企业应招收更加优秀的软件设计人员或对内部设计人员进行培训考核。软件设计人员还应充分了解电厂内部具体需求，结合软件的科学性要求、实用性要求、整体协调性要求等因素，通过对厂内历史数据，开发解决具体相应问题的软件功能。

结束语：

综上所述，数字化电厂的建设离不开企业对数字化概念的认知与智能化决策辅助的理解。电厂实行全面数字化的核心诉求是通过互联网技术及信息管理技术等解决传统电厂内部组织结构冗余、工作协同能力弱、能源利用率低、污染排放不规范等现状。只有充分引入数字化技术，才能解决现有问题，实现电厂的综合效益提升和绿色可持续发展。

参考文献：

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[2]张学孟，刘智铭.数字化电厂建设的关键技术及发展[J].广东电力，2012，25（09）：35-39+46.

[3]薛鸣，余波.浅谈数字化电厂建设的关键技术及发展[J].科技风，2018（32）：174-175.

作者简介：

曹煜（1971，3-），男，民族：汉，学历：硕士 ，单位：西门子电站自动化有限公司，研究方向：仪表控制，电机电力，职称：高级工程师，职务：项目经理