电厂实时监控决策支持系统设计与实现

胜利发电厂实时监控决策支持系统设计与应用胜利油田胜利发电厂吴国斌山东东营257087摘要监控决策支持系统将发电运行系统网络和原有的MIS网作为两个网络联结。利用相关的技术及接口软件将实时数据信息存放在PI服务器上，用浏览器代替各式各样的客户软件。从软件工程方法角度分析、设计和实现该信息管理决策系统，针对胜利电厂生产实际，提出实时数据处理、运行分析、成本分析、经济性分析决策的设计思想，由此讨论了相关系统的设计和实现方法。[关键词]实时数据经济分析过程优化分析在线性能监视故障辅助分析诊断辅助决策组件PI数据库前言随着电力行业的市场化、商业化的发展，电力企业对信息的及时性、准确性、数据的共享性等越来越感到重要，在“网厂分开、竞价上网”的环境下，要追求电厂个体利益的最大化、提高自身的市场竞争能力，深入细致的进行成本分析控制，以达到节支增效，实现利润最大化。在这种情况下，如何采用现代化的计算机及其网络技术作为更新传统的管理运作方式，提高工作效率，准确数据经济分析来辅助决策系统，为发电厂参与电力市场化运营提供有效支持和帮助就成为急待解决的课题。为此，我们针对胜利电厂开发了一套能够规范管理、加强生产成本管理、确保机组安全经济运行的应用系统。1、需求分析及流程设计1.1电厂的计算机系统需求的网络构思与设计胜利电厂网络硬件环境为：信息中心与主控、网控、各办公楼新建的高速交换式以太网。主干采用多模式光纤，分支采用屏蔽式超五类双绞线，支持100M传输速率。为了适应全厂复杂的网络环境、减小故障次数和减短网络中断时间，新增加的网络系统件图1。水汽品质数据采集站机组DCS/DAS数据采集站风粉测量机组DCS/DAS厂域网客户端客户端客户端原厂内服务器N原厂内服务器1数据采集站数据采集站业务应用服务器关系数据库服务器动态应用服务器实时数据库服务器除尘数据采集站脱硫数据采集站煤质分析数据采集站水处理数据采集站各程控系统图1网络硬件流程设计图系统将构建以千兆以太网为基础的高速网络，并通过千兆出口与MIS网络连接。PI实时数据库服务器、应用服务器和二次开发服务器等以千兆速度接入网络，各数据采集点以百兆速度接入。网络结构主要是利用胜利电厂现有的厂局域网系统，来作为系统运行的平台。1．2系统软件构思与设计系统总体分析设计，如图所示，系统是一个涉及范围广、技术复杂的监控信息系统。系统采用实时数据库系统PI，实现系统的数据服务，完成系统的信息集成。而采用关系数据库系统作为系统的支持数据库系统。为了开发的条理化、控制的结构化，我们将整个系统按作用划分为计算机网络系统层、数据采集层、数据应用层、数据发布层四个层次。图2软件设计流程图在此，进一步介绍数据采集层（方框内部分）的设计思想。1.2.1接口方法数据采集层支持OPC接口，能够与支持OPC接口的控制系统进行通信，具有高度的柔性、可靠性和安全性以及高速的数据传送性能。针对胜利发电厂的实际情况，数据采集层通过下列方法来解决接口不一致的问题：A、对于已经支持OPC接口的控制系统，如3#、4#机组使用的西屋OvationDCS系统，通过与其自带的OPCServer通讯，实现直接的OPC访问，获取相关数据。3#、4#机组DCSOPC数据采集服务数据缓存数据采集客户PI控制系统数据采集服务数据缓存数据采集客户PI数据采集客户数据采集客户数据整合模块热力学应用分析数据发布模块生产过程监视模块图33#、4#机组DCS的数据采集接口示意图B、对于原有不支持OPC接口的1#、2#机组（使用的新华XDPS-400系统），进行分析，从新华XDPS-400系统已有的共享文件中获取数据。图41#、2#机组DCS的数据采集接口示意图1.2.2数据整合分析系统的数据整合分析需要完成三方面的工作：A保持采集数据的同时性和完整性（包括热工测点和电气测点）；B利用机组的特性，完成对原始数据的数值滤波等预处理、剔除粗差和有效性检查工作；C利用数据之间的耦合关联，完成对失效和缺失数据的修补工作。数据计算分析的原始数据来源是PI实时数据库，计算结果也要返回PI实时数据库。1.3系统建设实现的目标1.3．1在系统全面调查分析的基础上，建立合理的系统物理模型和逻辑模型。合理划分子系统，确定功能模块和分步实施计划。1.3．2遵照国家管理信息系统建设的原则，设计我厂网络的数据库、信息源、通讯出口，以保证数据共享的实现。1.3．3软件系统的开发应最大限度地利用原有系统，减少改造费用，同时充分考虑现运行的企业MIS平台及其他应用软件，保证不破坏原有数据库格式。1.3．4建立良好的人－机界面，有效的使用数据信息，要对企业的生产经营进行控制、核算、分析，为各级管理人员提供及时的综合信息和辅助决策信息。1.3．5系统应具有良好的安全性和防病毒、黑客攻击破坏能力，重要内容要有可靠的加密保护手段。2.系统功能介绍2.1系统功能的总体设计1#、2#机组DCS共享文本数据采集服务数据缓存数据采集客户PI系统可分为服务器部分和客户部分，服务器部分是该系统的核心部分，系统管理和实施运行都在服务器上进行。客户端人机交互界面、操作及运行结果的显示都在客户端进行。系统流程及相关的摸块结构见图5图5系统流程及相关的摸块结构图2.2各模块的功能2.2.1数据采集模块A．单向传输B、支持模拟量、开关量、脉冲量、字符量等数据类型的采集C、可通过系统提供的配置工具方便的配置采集点、采集周期（最小可到1秒）等采集属性。D、采集的实时数据保持控制系统内原有的时间间隔和精度不变。E、数据缓存通过保存本地文本文件的方式支持数据缓存功能，当实时数据库服务器不能正常工作时将实时数据缓存在本地，保证实时数据采集的连续性，当实时数据库服务器恢复运行后，自动将缓存数据发送至实时数据库服务器。临时缓存的数据最大可达7天。F、自动诊断功能一旦网络出现中断或其他情况导致无法与存储平台连接，则采集程序自动每隔一定周期尝试重新连接，并通过监视模块通知管理人员。2.2.2、机组厂级性能计算和过程优化子系统模块系统的性能分析以各子系统和设备的性能指标来表示，分为锅炉性能指标计算、汽机性能指标计算、单元机组性能指标计算、锅炉和汽机的辅机性能指标计算及单元机组特性方程计算五个模块，使用经过整合的实时数据来完成各性能指标的计算，2.2.3、机组运行在线能损计算模块该模块能对机组的运行总能损耗进行分割、解剖，找出机组能量损失的分布情况及各项损失的大小和原因，并给出正确的调节方案，对运行人员的调整操作进行在线指导，从而达到经济运行的目的。能损计算分为锅炉能损分析和汽机能损分析两个部分，通过对主要运行参数的能损分析，对机组运行的经济状况进行评价，并提供给运行人员，为改善机组的运行状态服务。2.2.4、机组运行各指标分析模块为了降低发电成本，系统采用一些运行技术经济指标对运行操作调整进行考核，主要指标是供电标准煤耗率和厂用电率。把这两个主要指标分解成许多技术经济小指标，主要由燃料小指标、锅炉小指标和汽机小指标组成。通过对各个生产岗位小指标进行具体考核，以提高机组的经济性。2.2.5、在线性能监视子系统模块该模块能指出实际性能值和目标性能值之间的偏差，以及产生偏差的可能原因和参数。并能测量和评估性能计算值和目标值之间的偏差。根据因偏差而导致的设备故障和磨损，系统能够报警或指出设备需要维护。系统提供长期机组性能的历史记录以便进行经济和维修分析。2.2.6、运行指导和预测、预防维护子系统模块该模块可根据电厂所制订的各机组中、长期以及近期检修和运行计划，按照对日负荷的预测，安排相应的备用容量。同时根据电网调度中心日负荷实际变化情况，结合电厂主、辅设备当前的可用情况进行负荷优化计算，为实时优化各机组的经济负荷分配提供参考。2.2.7、机组实时生产信息监控软件模块该模块通过PDI格式的工艺图画面来表现电厂的实时工艺过程。通过嵌入网页并发布后，用户可以通过IE浏览器浏览实时生产过程信息。2.2.8、接口监视与管理软件模块该模块通过接收接口站传来的信息，监视接口站的运行状态。运行状态包括接口站是否启动、是否在运行中以及每次存取数据是否正确完成等等。可以同时监视多个接口站的状态，使管理员可以远程监视各个控制系统的接口站的状态。2.2.9、厂级生产过程实时数据显示子系统模块实时数据平台是整个系统的核心，它为电厂提供实时生产过程数据管理的功能，是各大功能模块的集成载体，同时提供了功能扩展的标准接口和各种方便的功能模块诊断管理工具。数据采集的实时信息和参数均从下层控制网络中以通讯方式获取。它能提供足够数量的接口与电厂的其它控制系统及网络相联，这些系统包括机组DCS、辅助车间控制系统、电气网络控制计算机系统、电网调度系统RTU、电厂管理信息系统MIS等，以实现全厂生产过程信息联网和数据共享。3.使用效果与结论本系统建设主要完成了机组数据采集、实时监视等任务，在我厂投入使用后，提高了设备运行的可靠性和机组运行的经济性，同时系统用与电厂设备全过程管理系统、物资管理系统、办公自动化系统等的资源共享，为建立和完善市场环境下电厂管理控制一体化信息系统奠定了坚实的基础，为电厂资源优化配置，节能挖潜，提高市场竞争力，更好地参与市场竞争提供了有力保障。国家电力公司在开展的2005年燃煤示范电厂研究课题及相关试点项目建设中，已将电厂管理信息系统作为一个重要方面，因此，我们开发的电厂实时监控决策支持系统可为其他火力发电厂提高借鉴。