发电厂资源优化系统PR0模式
2007-06-15 16:18:04 来源:
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电力18讯:
作者:陈继南 邓仲实 | |
摘要: | |
1 前言 当前随着IT技术的发展及我国对信息技术前所未有的重视,使IT技术的应用得到空前的发展,各界都在考虑以信息化带动工业化发展的思路对企业进行改造。考虑的着力点都从企业发展战略的高度着想,实现企业的资源优化自然是重要的出发点。只有实现企业资源优化才有可能达到利润最大化,从而推动企业的发展。 发电企业的根本任务就是实现一次能源向二次能源的转化,确保发电设备的良好状态,以实现长期安全经济运行,这是发电厂管理的根本目标。 要实现安全经济运行,这是电厂的运行控制问题;确保发电设备的良好状态,这是电厂的运行维护管理问题。利用计算机及其网络技术解决以上两个问题,我们已积累了相当多的经验和取得良好的基础。DCS系统和PLC程控系统已普遍应用作为主机的监控和辅机的程控,所以从安全角度出发,发电厂已基本实现了发电设备基础自动化。所存在问题在于这些控制系统目前仍呈现“自动化弧岛”,只在单元机组内完成运行监控,而且控制策略偏重安全而忽略经济运行。而发电厂的管理信息系统 MIS也已普遍得到应用,但也普遍存在缺乏从电厂整体资源优化的战略高度进行规划设计。目前比较多的偏重于从现行的管理要求出发实现事物处理的任务。 现在提出发电厂资源优化系统PRO模式的出发点就是一方面要在建立现有电厂已有的DCS和MIS基础之上,利用当代整合异构系统技术把隔离和分散的自动化弧岛整合成可以信息共享实现操作统一的电厂管控系统。另外这种系统的统一不是机械的整合,而需要从实现全厂资源优化的高度战略的目标出发对每个分系统信息处理的内含要彻底屏弃专业分割状态,萃取可用的信息去形成从安全经济为目标的优化运行。而在管理层将形成以状态检修管理为核心,采用一种以“工单”为主线,以成本控制为中心而系统包括财务、库存、采购、检修等方面形成的工作流管理系统。这样在PRO系统实现真正意义上的资源优化,为发电企业的长远发展服务。 2.发电企业资源优化系统PRO模式见图(1)。它的总体结构可分为三层:设备运行控制层;生产运行管理层和经济决策层。各层之间采用现代接口技术CORBA或XML实现异构系统互联。这种互联方式不但可以实现异构系统之间信息的交换,同时也可达到异构系统之间的互操作,使PRO系统形成统一的“管控”信息系统。
(1)设备运行控制层:它是PRO系统的最底层,是PRO系统的基础也是它的信息之源。它是由各单元机组的控制系统DCS和辅机程控系统包括输煤程控、化水程控和除灰程控等组成的。这部分在现有新建电厂或老电厂都已基本配有这种控制系统,它在发电厂各机组实现安全经济运行发挥了核心作用,它的不足之处在于前阶段只重视实现安全控制的策略,忽略经济运行的控制。当它作为PRO系统的运行控制层,需要增加为优化资源服务的信息采集。同时要实现DCS优化运行的功能。例如实现机炉协调优化控制,主蒸汽温度优化控制,设备和系统性能的优化运行等方面,使DCS的运行达到安全经济的目的。这一层的DCS的运行控制还需要接收上一层为实现各机组之间经济负荷分配的经济调度。同时对设备状态和运行参数信息的采集要满足上层为全厂的状态检修管理的需求。这一层的自动化“孤岛”通过接口适配器后统一集成到PRO系统,同时也通过这种标准接口的转换使这些规范不统一的信息转化为上一层所需要的统一的信息格式和规范。 (2)生产运行管理层: 生产运行管理层及其上一层经济管理层是建立PRO系统时新建立的部分。可以说发电厂建立PRO系统主要建设这两层。因此它的模式、结构、软硬件平台、数据仓库和接口标准等方面可以跟踪现代lT技术发展水平及其产品加以应用。使模式更加合理、结构更加开放、平台更加先进,使系统实现起来更加适用。 这一层就是通常所说的SIS系统(su-pervlsory information system)。它的主要目标就是从全厂的角度实现优化运行。它的基本功能是全厂运行实时监视和优化运行操作指导。前者包括实现全厂运行实时监视、公用系统分析、综合指导查询。后者包括实现厂级性能监视、全厂能量审计、机组负荷优化分配和运行操作指导。值得指出的是这一层基本功能的实现主要为值长优化运行而提供操作指导。是一种定量化可操作的辅助决策。它的信息知识的获取需要萃取不同运行专业的高度关联的信息。这有区别于控制层的DCS系统。DCS是提供给热控操作人员直接为机组运行进行操作。DCS系统的信息只需要直接获取设备状态及运行参数的数据。 SIS系统为支持和实现它的基本功能,必需要有它独立的软硬平台。在设计和选型配置时,要充分考虑该系统的特点。首先它是实时处理系统.它需要从多个DCS系统,多个辅机程控系统,以及网控接收大量的实时信息。接收和处理这些数据要求不能丢失也不能失真,这些原始数据量比较大。这些数据在SIS系统中实时地进行监测并处理成可用的信息,有相当部分信息要储存成为历史档案。这些需要进行储存的信息要保留多年,除了这些需要进行大量信息处理外,本系统同时要进行实时的监测、统计、分析和操作,所以这个平台要求有较高的可靠性、实时性、开放性和可扩性。这个平台的方案可考虑采用以冗余的小型机和磁盘陈列机为核心的集中式计算机系统。它的局域网可选用冗余的程控交换机和千兆以太网所形成计算机网。它的软件支持平台应采用成熟的实时操作系统。例如微软的NT系统,所采用的数据库系统应选用大型的实时数据库系统.例如SIS―IP数据库或SIS―Intellution实时数据库系统。 从这一层所采集的设备状态及运行状态的实时数据,将为实现全厂的优化运行和设备状态检修服务。因此相应的需要从这些实时信息中萃取相关联的知识信息去设计面向为优化运行操作和指导的数据仓库和面向状态检修计划决策的数据仓库。 (3)经营决策层 经营决策层是PRO系统的最高层,它首先要建立全厂生产经营决策系统,其他的业务处理要以状态检修管理为核心。以成本控制为中心建立包括财务、库存、采购和检修所形成的工作流管理系统。 1)经营决策管理: 面对“厂网分开,竞价上网”的电力系统的改革所形成的逐渐成熟的电力市场。电力企业需要建立完善的决策系统以应对日趋竞争剧烈的电力市场,对外要有良好的竞价上网决策,对内要有有效而可行的成本控制措施。 决策支持系统一方面要根据外部电网电力市场竞争的动态情况及其本地区经济发展趋势,利用有效的预测技术做出合理的长期和短期电力需求预测。另一方面要根据厂内发电设备状况及生产能力提前安排生产计划,综合这些方面的情况做出合理的长期和短期的发电量、电价、发电成本及其利润的预测。长期预测的数据可作为竞价处理系统进行期货交易的依据,短期预测数据可作为现货交易和实时交易的依据。 决策系统对预测数据要进行跟踪和动态修正,对于发电量的预测数据可作为安排发电和检修的依据。对于成本预测的数据,可根据实际情况分解为相关费用的成本控制。这包括燃料费、材料费、生产费、人力费等费用。这些成本控制指标在实施工作流管理时,作为成本控制的依据。 全厂生产和经营决策系统需要相应的数据仓库来支持,它需存储多年外部电网电力供需数据,同时存储电厂内相关的生产数据。这些当前和历史数据需要从相关的数据库中萃取相关联的信息形成能支持决策系统所需要的数据仓库。 数据仓库和一般操作型数据库有很大的不同,数据仓库需要把企业内部和外部数据进行有效集成,所以它是多数据源的集成。它是为企业各层决策者使用,所以数据仓库集成的模式是面向主题的。不同的决策目的要建立不同的数据仓库。由于它是为决策目的服务的,要求数据仓库的数据相对稳定,一般所涉及的操作主要是数据查询,一般不进行修改操作。但数据单位都与时间有关的。 William A.Giovinazzo对数据仓库是这样定义的:“用于管理决策支持的面向主题、集成、稳定,随时间而变化的数据集合。” 全厂生产经营决策系统不仅需要外部数据,还需要足够的全厂生产数据和正确的全厂模型,使决策人员能对全厂进行整体性评估和正确市场定位。该系统的数据仓库和决策模型是由决策人员、生产管理人员以及财务管理人员等相关部门共同创建的。 2)发电厂状态检修及其工作流管理系统 确保发电设备的良好状态是发电厂生产管理中的核心主题。设备检修的综合管理成为发电厂生产管理的核心。所以采用先进的状态检修方法来逐步代替现行的发电设备定期检修制度,是当前发电厂实现管理现代化,提高综合实力的有效途径,是管理创新的具体体现。实现状态检修需要明确以下几点: a.发电厂状态检修的内涵 ・设备状态检修:是根据对设备的状态检测和诊断技术提供的设备状态信息,判断设备的异常,预知设备的故障,在故障发生前进行检修的方式,状态检修的主要流程如图 (2)所示:
・状态检测:状态监测是状态检修的基础,将从电厂DCS监控系统中实时采集设备状态和运行信息并存入实时数据库,在实时状态检修初期可先对部分A级和B级的辅机设备进行检测和实施状态检修。 ・检测分析及故障诊断:以设备运行状态的信息、常规检测数据、设备历史数据同类设备故障信息及检修经验、相关标准、规程和规定信息等作为数据源建立面向状态检修计划的决策系统,在检修系统中判断设备异常,预知设备的故障,并根据设备的健康状态安排检修计划建议。 ・综合检修:在先进的工作流程管理系统平台上逐步形成一套融故障检修;定期检修;状态检修和主动检修为一体的,优化的综合检修方式。 ・状态检修工作流管理系统:采用先进的工作流程管理系统来实施状态检修,这将包括设备管理;检修过程、物料管理、采购管理、财务管理、人力资源管理。同时工作流管理系统将以“工单”方式实现状态检修的层次管理和成本控制。 b.检修管理工作流系统功能 ・检修管理工作流管理系统总要求:检修管理的工作流系统要求有很好的开放性的分布式系统,它可以在多种常用的服务器平台和网络操作系统上,它可使用SQL数据库。包括Oracal、Sybase和Microsoft的 SQLserver。通过Internet浏览器允许用户使用网络和终端服务器上的应用程序。 ・检修工作流管理系统总的功能包括:能对复杂工作流程进行规划、协调整个业务运作、提供对应用程序精确调整能力。以适应不同用户需求和特定工作流程、全面的文档管理功能、收集和下载数据用的移动作业技术、提供直观的用户界面。 ・通过实施检修工作流管理系统给用户提供:通过分析和诊断运行设备状态,安排检修计划;在获得必需的人力、物资、财务的条件下实施检修项目;在检修工作流程上通过“工单”控制检修计划;检修进程和成本控制。 c.发电厂状态检修的实施 实施状态检修管理是一个十分复杂的系统工程,它是技术创新,所以它的实施是一个“一把手”工程,它是否能成功实施取决于领导的策略,思路和要求是否先进,也取决于企业基础管理是否扎实,基础数据是否完整,在实施状态检修工程时需确定以下几个方面: ・组织措施:为适应状态检修需要电厂成立三层的组织机构:决策层、专业层、操作层。在需求分析之前,电厂须确定有关的各项工作的流程,各部门的职责,每个人的权限等。 ・资料准备:在客户化之前,完成设备编码。并尽量准备完整的基础数据。 ・建立数据仓库与检修计划决策:状态检修所采集的数据十分庞大,必须采取十分科学的方式加以管理,采用建立面向主题的数据仓库,这有利数据的管理,也是直接面向不同类设备的检修决策服务,其信息流程图如图<2>所示。
实施状态检修管理的操作:它需要采用先进的检修工作流管理系统平台支持,整个状态检修管理流程将包括设备管理、检修过程管理、物料管理、采购管理、财务管理、人力资源管理。在选型确定工作流管理系统之后,要求相关人员密切配合共同设计状态检修工作流程设计,并以“工单”为主线方式,体现检修过程对资金、人力和物料的需求。 3.发电厂资源优化系统PRO特点 1)首先是它的整体性,虽然PRO系统分为三层结构,这三层都有各不相同的操作平台,但通过现代各种整合技术,可以实现异构系统的整合,不但可以实现信息共享,而且可实现异构系统的互操作。例如通过第一层设备运行控制层采集的运行设备的状态信息,经第二层的汇总形成各类的数据仓库。这些信息将作为第三层状态检修的基础信息,以提供检修计划的制定。而检修管理业务要通过检修工作流管理系统以实现检修操作及检修的费用控制,最终实现成本控制目标。 2)另外从以上PRO系统各层的功能可以看出全厂的资源优化是通过各层全方位按成本控制的目标去实现。这样在决策层对经营目标的调节可以通过成本控制目标的分解反馈到各层去调整。这样PRO系统实际上是一种可调节的资源优化系统。作为实现电厂资源优化目标是一种比较适用的系统。 |
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