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智慧电厂系列|构想丰满的SIS骨感的现实

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网  作者:王立地  2020/9/4 13:47:04  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 智慧电厂 王立地 SIS

北极星火力发电网讯:电厂厂级监控信息系统,被命名为:SIS(Supervisory Information System in plant level)。

SIS的定义很严谨:以实时数据库为基础,以经济运行和提高发电企业整体效益为目的,采用先进的计算机技术和合适的专业计算方法,实现整个电厂范围内的信息集成与共享。

SIS的构想很丰满,功能有好多,诸如:生产过程监视、性能计算、设备寿命管理、振动监测与故障诊断、全厂负荷分配、运行指导等等吧。不过,其实说白了,撑起SIS门面的核心功能就两条,第一,厂级监控;第二,全厂负荷分配。其他的什么性能计算、设备寿命管理、振动监测与故障诊断、运行指导等,都是SIS大餐里的配菜,机组热工控制装置DCS(Distributed Control System-计算机集散控制系统)也能轻松搞掂,办公用的MIS系统完全胜任,不就是数据统计、对比和分析吗?

SIS的现实很骨感,核心功能“全厂负荷分配”,至今多年过去,从国内公开的信息中还没有听说哪个电厂有过实际应用,仅见诸于纸面。“全厂负荷分配”的原理也不是什么新技术,就是上个世纪七、八十年代国内电厂曾经热过一阵的“等微增调度”。“母管制机组”有过锅炉负荷分配的尝试,例如像五十年代前苏联援建中国156个项目中的热电厂,其中一个电厂9机13炉,锅炉蒸汽都送入同一个蒸汽母管,汽轮机也从这个母管获取蒸汽。13台锅炉不可能效率都一样,就可以试着按“等微增调度”原理分配给效率高的锅炉较多的负荷,“鞭打快牛”用以提高机组运行效益,但“等微增调度”无力分配各台汽轮发电机的负荷,因为那个年代分配机组负荷是电网调度的特权。时代在变,调度的规矩也在变,比如广东电网从2020年9月1日开始允许 “厂级AGC模式”作为选项之一进入“广东调频市场”,但从考核的三个因子“调节速率k1,响应时间k2和调节精度k3”来看,电网关注的还是机组的调节性能,与经济运行关系不大。我们假定一个电网有30台300MW机组,电网中的某个电厂只有两台300MW机组,SIS按机组效率为电厂的两台机组分配负荷,经比较效率高的是冠军、低的为亚军,但拿到电网去排序,搞不好是倒数第一和第二,这种“全厂负荷分配”无助于“提高发电企业整体效益”。所以SIS构想的“全厂负荷分配”理论上是个好主意,但可惜南橘北枳,电厂的格局太小,尤其在机组效率相差不大时,等微增调度收效甚微。另外,机组比较多的电厂,选择“厂级AGC模式”等于选择了高风险,一旦AGC公共通道电厂侧出现故障,全厂都要被考核,那就亏大了,而单机AGC就没有次生风险的担心。如果构想有更大格局,由电网来考虑“等微增调度”实现“全网负荷分配”,似乎更为合理。不过这就是题外话了,电网进行全网负荷分配要考虑的因素比单纯的机组经济运行要复杂得多得多。

“厂级监控”的SIS,若有监无控则非必需。即便电厂只有两台机组,集控室设计为两机一控,运行人员也是各管各的机组,经济运行、安全生产也都是针对机组进行考核,电力行业的“对标”同样以机组为单位,所以看不出监控与“厂级”有什么直接关系。可能有人说,电厂的辅助生产系统,比如生水处理、电气网控监测、凝结水精处理、化学水处理、输煤集控、启动锅炉、锅炉排渣、干除灰、废水处理等,需要一个“辅助网”,那么,厂级监控就有必要了。说到这里,就不得不普及一下DCS的基本常识了,DCS功能除了利用分布过程控制站(DPU)监控对应的机组运行外,DCS本身还有各种网络通信接口,能够接入PLC或各种数据采集器的数据,任一台机组运行都能实现对生产辅助系统进行监视,有些辅助生产设备例如锅炉吹灰、静电除尘等系统属本台机组专用,数据、指令只需连接到对应的网络。这不过是生产过程数据如何通过网络接入DCS的问题,2000年以后,数据通信技术已经走向成熟,辅助生产系统接入DCS没有任何技术上的瓶颈,DCS又有全套的MMI(人机接口),何劳SIS越俎代庖呢?1999年,国内已经有机组把全厂的生产过程信息统统利用网络通信集中到DCS里,在各台机组的DCS操作员站上都能够监视全厂的生产过程数据和设备状态。这要比另起炉灶的“辅助网”简洁得多,更胜SIS一筹,设备配置没有那么繁缛。SIS 若失去“全厂负荷分配”的支撑,厂级控制即不复存在,唯剩参数监视,DCS+MIS有足够的能力“实现整个电厂范围内的信息集成与共享”。

SIS的“实时数据库”很时髦,但没必要。SIS是个烧钱的项目,烧钱的大头儿是“实时/历史数据库”。根据“某院”2005年的项目介绍,要求数据库“必须使用真正的时间序列的数据库,而不是关系型数据库”且“采用国际上最著名的实时/历史数据库系统”,如“iH 、 eDNA 、 PI”。关于SIS强调的数据库,还得从DCS的常识说起。SIS要求具有“时间序列”的“实时”数据,现实中的SIS数据几乎全部都是从DCS获取的。这里要特别说明,DCS的数据是实时更新的不假,但是,时间序列是没有保证的,此话怎讲?DCS的数据首先从DPU的DI或AI卡输入,进入DPU更新后形成数据包发送到DCS数据主干网上,SIS接收的是数据包,数据包里的数据并没有时间标签,哪来的“时间序列”呢?DCS采集的数据在DPU里最先更新,“实时数据”毋庸置疑。但SIS接收到的数据已经DPU数据打包、链路编码、网络发送,SIS是另外的网络,从DCS网络接收到数据包要解码、安全检测、数据校验等过程,几番折腾必然要产生时间滞后,与DCS的DPU实时更新的数据相比,还能算是“实时数据”吗?

DCS里难道没有带时间序列标签的数据吗?当然有,比如SOE(Sequence of Event-事件顺序)卡发出的信号。SOE功能是专门记录事件顺序的,因此必须带有时间序列标签,通常记录的分辨率不超过1毫秒。不过,SOE的数据需要特殊处理,单独要为SOE卡在DPU的指定位置安装时钟基准卡,有专用的时间同步处理软件,记录的数据全部为开关量,SOE点数相对DCS整体输入信号占比<3%。DCS输入信号按扫描周期进行更新,根据信号的特性设置不同的扫描周期,趋势记录上的时间是数据更新时刻而不是时间序列标签。所以,要得到机组生产过程最新的实时数据只能在DCS里面获取和利用。数据只要脱离DCS跨网传输,都变成过去时,SIS采集到的也不例外。在此提醒电厂各位同仁,今后电厂不论再搞什么项目需要实时数据的,有人建议购置“实时数据库”,千万三思而后行。

这就好有一比,你花了大价钱买了一台数字电视,可是当地电视台只有模拟量电视信号,置办的数字电视等同虚设,也造成了资金的浪费。SIS要求的“实时/历史数据库”指标够高,因为有“实时”二字数据库就够贵,相当于买了一台数字电视,可若收到的数据并非“实时”,好比是模拟量电视信号,那“实时/历史数据库”只能作为历史数据库来用,如果按“历史”数据库来配置,最简单且省钱的,PC机office办公软件里就有。

电厂里实施SIS,到如今也有些年头了,花销多少暂且不论,如果SIS构想成真,实现了机组“经济运行和提高发电企业整体效益”之目的,极好。倘若名不符实,还是就此打住、见好就收,善莫大焉。(来源:北极星电力网 作者:王立地

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