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探究数字化电厂的概念与方案摘 要：本文结合自身工作经验，阐述了大型数字化电厂的概念及方案，在电厂从建设到运行的整个生命周期过程中，实施完整的数字化设计、数字化采购、数字化工程建设以及数字化移交，同时在电厂监控系统的各个层次采用智能化、数字化的设备，在信息系统中采用相应的智能控制软件和管理软件，从而使得对整个电厂的监控和管理都是智能化、数字化和透明化的。关键词:数字化电厂; 数字化工程; 数字化控制; 数字化管理2 数字化工程2. 1 数字化工程的概念和范围数字化工程是一个完整的电厂建设管理体系，采用现代项目管理理论和数字化管理方法，管控实体电厂和数字化电厂的建设过程，并为数字化电厂的各系统提供符合要求的原始基础数字化内容。数字化工程包括数字化设计、数字化采购、数字化工程管理和数字化移交。2. 2 数字化设计数字化设计是指设计对象、设计过程和设计产品的数字化和智能化。在整个设计过程中采用数字化的手段，并最终形成三类与数字化电厂建设有关的设计产品，即: 三维数字化设计模型、电厂数字化管理设计方案、系统数字化设计模型。在建设期，三维数字化设计模型的作用是用以进行工程项目的空间管理(分配空间、消除碰撞、展示形象进度等); 在运行期，其作用是构成三维数字化管理系统，支撑三维数字化管理系统最终整合各系统信息，并形成运行、维护一体化管控。电厂数字化管理设计方案即是建立数字化电厂的系统分解和整体结构，确定各管理系统的系统方案和相互关系，提出各系统的基本技术要求，为采购软件平台和系统供货厂商提供技术规范。系统数字化设计模型包括系统图、管道和仪表图、现场总线图以及其背后的被控对象数据、控制设备数据、控制信号数据等。系统数字化设计模型中的数字化信息，通过数字化移交，被直接用于数字化管理系统之中。数字化设计还会产生指导施工和采购的常规数字化设计产品和设计资料，通过数字化移交，形成数字化电厂各数字化管理系统的原始基础数字化内容。2. 3 数字化采购实施数字化工程采购，需要基于数字化设计的成果，对设计内容提出明确的采购内容、格式以及编码的使用等具体要求。在工程采购过程中利用工程物资编码和工作分解编码，实现按工程需要产生请购单，整体采购分批交货的采购物流管理。通过数字化工程采购，实现工程项目规模化采购效益。数字化采购是实施数字化工程的重要效益点，但却不是建设数字化电厂的必要条件。2. 4 数字化工程管理数字化工程管理是基于信息化技术的现代项目管理方法。在工程建设过程中各参建方都有自己的信息化管理系统，通过分散结构管理和一体化的关系管理，可以把各参建单位分散的管理有效地组织起来，形成一体化工程管理。只有形成一体化的工程管理才能有效管控实体电厂和数字化电厂的建设过程，才能有效保证能数字化电厂建设要求的数字化内容的质量，并最终形成符合“一次输入”要求的数字化结果。2. 5 数字化移交数字化移交是在数字化移交平台上对电厂建设过程中设计、采购、建造各阶段的数据、信息、资料进行分类、收集、整理、审批，最终移交给业主，内容包括三维模型、设计文件、采购信息、施工信息等，信息以KKS 码为索引实现以三维模型对象为核心的数据关联，实现数据的有效利用。数字化移交是建立“数字化电厂”的基础。借助于数字化移交平台，可以全面控制和优化电厂建设期数据移交过程，提高数据移交质量，使业主及时获取可靠的电厂建设期信息，了解项目的设计、建造进度，提升电厂建设期的管理能力，同时实现知识积累，用于电厂未来运行、维修、改造、延寿和退役。3 数字化控制在常规控制的电厂，现场设备与控制系统的接口是模拟量和开关量信号，运行人员通过控制系统能够监控的只是设备的状态和工艺过程的参数，但是当锅炉、汽轮机、电气系统和辅助车间的现场仪表和控制设备采用了带有现场总线接口的智能设备时，使得现场设备中大量的设备整定和设备维护信息通过数字化的现场总线网络送入控制系统，从而让现场仪表和设备对于运行和维护管理人员变得透明化，因此构成了电厂的数字化控制。电厂的数字化控制系统，涵盖了单元机组分散控制系统、电气控制系统，以及全厂辅助车间控制系统。4 数字化管理4. 1 数字化管理的概念和范围在底层系统数字化的基础上构建的具有高级优化、预测、维护和决策支持功能的管理系统称为数字化管理系统。通过优化控制软件对工艺系统和设备的运行进行优化; 通过优化管理软件对设备的运行状态进行监测和预警，对设备进行故障诊断和预测性维护，有效控制发电生产成本。在此基础上，建设企业的决策支持系统，从而提高效率、降低能耗、使发电企业的效益最大化。在常规火电厂中，管理系统通常由厂级监控信息系统(supervisory information system，SIS)和管理信息系统(management information system，MIS)组成，系统互相独立而功能容易重叠。而数字化管理系统首先是基于同一设置和规划的企业数据仓库，针对同一对象的数据具有唯一性和准确性; 同时引入先进的设备管理、优化控制、生产运营管理、资产管理以及最先进的企业决策支持等软件，在数字化控制系统和数字化工程系统的支撑下，对火电厂进行全方位的数字化管理。由于采用了数字化的三维设计系统，可以支撑在数字化管理中应用三维数字化管理系统，对发电机组进行全方位的数字化三维展示，使系统和设备对于运行人员变得可视化。当然，如果在控制系统或管理系统中，应用了相应的可视化软件，还可以将电厂视频监控系统的信息、地理信息系统的信息、以及业主关心的其他信息变得可视化。4. 2 数字化管理的架构和功能在常规火电厂的管理系统中，通常SIS 系统的主要功能是实时数据库和性能计算，而MIS 系统的功能主要是人力资源、财务、办公自动化，以及一些生产管理功能，如: 运行小指标计算、技术监督管理、点检定修、燃料管理等。对火电厂进行了整体的数字化电厂设计之后，就可以对单元机组、电气系统和辅助车间的控制采用现场总线技术，从而构成数字化控制系统。在这个基础上，如果选择了适当的设备管理软件和其他优化控制软件，就可以最大限度地对实时数据库和关系数据库中存储的设备运行和检修维护信息加以分析和应用，从而实现更高层次的管理。数字化管理系统主要由4 个部分组成: (1) 生产运营管理; (2) 财物资产管理; (3) 优化控制; (4) 决策支持。当然，对于不同的软件供货商和集成商，能够提供的软件名称和内容都有可能不同，但是真正的优化管理软件的功能都相比较于常规的SIS 系统和MIS系统要丰富很多。例如: 数字化管理系统中对于“火电厂生产运营管理”的解释，已经完全不同于常规SIS 系统和MIS 系统中的概念，其不仅超越了单纯的操作票生成、技术监督等层面的管理，更是具有依据先进的优化管理模型对重要设备进行早期预警、故障诊断和分析等实质性的可靠性管理，从而通过对发电设备的预测性维护达到降低成本、提高效益的目的。决策支持系统的主要作用是为发电企业的各级管理者和决策者提供对企业进行高效管理的技术支撑，使其通过数字化管理系统提供的及时、有效的生产经营决策信息和各类财务指标来积极地影响企业的盈利水平。5 结语以电厂全生命周期管理为核心，采用先进的设计、管理和控制技术，构建智能化、数字化、虚拟可视化的大型电厂，代表了当今电厂管理和控制一体化发展的最高水平。在电厂整个底层系统数字化(数字化工程和数字化控制)的基础上，构建数字化的生产管理系统、资产管理系统和三维数字化管理等系统，通过优化控制软件对工艺系统和设备的运行进行优化; 通过优化管理软件对设备的运行状态进行监测和预警，对设备进行故障诊断和预测性维护，可以有效地控制发电生产成本。在各管理系统的基础上，