一种基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统的制作方法

本发明属于火力发电厂控制系统技术领域，涉及一种基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统。

背景技术：

随着电力行业发展与改革的需要，电厂的建设、运行和管理要以信息化和工业化深度融合为导向，践行“互联网+”绿色煤电发展智能制造理念，不断提升电厂的数字化、智能化、清洁化、移动化水平，推动传统电厂向智慧电厂转型。

智慧电厂的实施过程涉及全厂管理信息系统、设备信息、机组运行信息、火灾报警、闭路电视、门禁系统、厂区周界报警等多种数据信息源，智慧电厂实施时需要打通原来各自独立系统的数据壁垒，全面整合规范数据，最终实现智慧电厂的信息处理和控制构架。

火力发电厂现有控制系统和管理信息系统在智慧电厂实施过程中存在两方面的问题：一方面，原有控制系统的控制层和生产监控层仅负责对就地设备进行监控，而机组运行优化及性能计算、耗差分析等多种功能均在厂级监控信息系统(sis)中实现，并不能实现机组控制优化的闭环效果，且厂级监控信息系统(sis)作为桥梁通过通信分别与电厂分布式控制系统(dcs)和电厂管理信息系统(mis)相互连接，造成网络设备繁多，系统复杂；同时闭路电视、门禁、火灾报警系统等信息仅仅是简单送人电厂管理信息系统(mis)，并未对各信息进行整合，系统未能发挥最大效果。另一方面，从设计到运行，目前国内火力发电厂自动化分别由热工专业和电气专业负责，由于两个专业的控制对象特性不同，设计的自动化系统都专注于解决本专业的问题，不能从全局自动化、信息化和智能化角度去理解和实施，造成整体信息利用率较低，大量有助于提高运行水平和效率的数据没有被充分利用，形成了多个信息孤岛，电气和电气信息系统相对孤立的局面。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有火力发电厂热控和电气控制系统分开控制，造成热控和电气信息系统的信息相对孤立，不能被充分利用，且独立控制的设备复杂的缺点，提供一种基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统，包括热控系统、电气控制系统、电力网络监控系统、故障分析系统、厂区管控系统、燃料管控系统、厂级dcs和管控平台监控站；热控系统包括热控dcs系统控制器和热控现场设备，热控现场设备通过硬接线或现场总线与热控dcs系统控制器连接；电气控制系统包括电气dcs系统控制器和电气现场设备，电气现场设备通过硬接线或现场总线与电气dcs系统控制器连接；电力网络监控系统包括电力网络设备和规约转换器，电力网络设备与规约转换器通信连接；热控dcs系统控制器、电气dcs系统控制器和规约转换器均与厂级dcs通信连接；故障分析系统包括振动传感器和机组旋转机械振动故障诊断分析系统，振动传感器通过硬接线与机组旋转机械振动故障诊断分析系统连接；厂级dcs、机组旋转机械振动故障诊断分析系统、厂区管控系统和燃料管控系统均与管控平台监控站通信连接。

本发明进一步的改进在于：

所述厂级dcs包括工程师站、历史站、操作员站、网络监控服务器、性能计算及人工智能服务器、生产实时数据库、值长站和厂级交换机；工程师站、历史站、操作员站、网络监控服务器、性能计算及人工智能服务器、生产实时数据库和值长站均与厂级交换机连接，厂级交换机还连接热控dcs系统控制器、电气dcs系统控制器、规约转换器和管控平台监控站。

所述管控平台监控站包括全厂管控层总值长站、终端、工作站、网络通信隔离装置、设备智能诊断服务器、实时数据库镜像服务器、生产管理应用服务器、厂区管控系统应用服务器、燃料管控系统应用服务器和管控交换机；全厂管控层总值长站、终端、工作站、网络通信隔离装置、设备智能诊断服务器、实时数据库镜像服务器、生产管理应用服务器、厂区管控系统应用服务器和燃料管控系统应用服务器均与管控交换机连接，管控交换机还连接厂级dcs、故障分析系统、厂区管控系统和燃料管控系统。

所述热控现场设备包括热控现场执行机构和热控仪表；电气现场设包括380v测控保护装置和6kv微机综保装置；电力网络设备包括母线设备、配电装置、电抗器、直流电源柜及ups电源柜。

还包括单元机组站和公用机组站；所述热控现场设备分为热控单元机组现场设备和热控公用机组现场设备，热控dcs系统控制器分为热控单元机组dcs系统控制器和热控公用机组dcs系统控制器，电气现场设备分为电气单元机组现场设备和电气公用机组现场设备，电气dcs系统控制器分为电气单元机组dcs系统控制器和电气公用机组dcs系统控制器；热控单元机组现场设备通过硬接线或现场总线与热控单元机组dcs系统控制器的i/o卡件连接，热控公用机组现场设备通过硬接线或现场总线与热控公用机组dcs系统控制器的i/o卡件连接；电气单元机组现场设备通过硬接线或现场总线与电气单元机组dcs系统控制器的i/o卡件连接，电气公用机组现场设备通过硬接线或现场总线与电气公用机组dcs系统控制器的i/o卡件连接；热控单元机组dcs系统控制器和电气单元机组dcs系统控制器均通过单元机组站与厂级dcs通信连接，热控公用机组dcs系统控制器和电气公用机组dcs系统控制器均通过公用系统站与厂级dcs通信连接，单元机组站与公用系统站通信连接。

所述厂级dcs、单元机组站和公用系统站均采用双环网的网络结构。

所述规约转换器上设置工业以太网接口、profibus接口、rs-485和rs-232接口。

所述厂区管控系统包括火灾报警系统、门禁一卡通管控系统、生产视频监视系统、全厂安防系统、人员定位系统和周界防护系统，火灾报警系统、门禁一卡通管控系统、生产视频监视系统、全厂安防系统、人员定位系统和周界防护系统均通过管控交换机与管控平台监控站通信连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过厂级dcs将热控系统和电气系统的相关数据进行上传和下发，并通过管控平台监控站整合厂级dcs、电力网络监控系统、故障分析系统、厂区管控系统和燃料管控系统的收集信息，不仅将生产过程相关数据纳入其中，还将机组旋转机械振动故障诊断分析系统、厂区管控系统、输煤燃料管控系统的相关信息进行整合，分别送至管控平台监控站，最终经过管控平台监控站的整合分析，为火电厂的运行管理人员提供各项数据和技术支持。用于旋转设备故障诊断系统的振动传感器通过硬接线接入控制层的机组旋转机械振动故障诊断分析系统，机组旋转机械振动故障诊断分析系统通过冗余通信接口接入管控平台监控站，供技术人员和管理人员对转动设备进行数据分析和设备故障诊断，机组旋转机械振动故障诊断分析系统全厂共用一套，配有一套上位电脑，不接入厂级dcs，采用冗余通信的方式直接接入管控平台监控站，做到不对火电厂机组生产运行系统进行干扰。将电气控制系统和电力网络监控系统均纳入厂级dcs中进行统一监控、统一维护，实现全厂电气系统同一平台监控，减少了人员投入，通过规约转换器将电力网络监控系统的多种控制规约转换至与厂级dcs控制规约相同，实现厂级dcs与电力网络监控系统各设备的信息交互，实现两个系统的一体化监控。本发明实现火力发电厂热工和电气控制系统统一控制，热控和电气信息系统的信息整合，为技术人员的分析提供详尽的数据信息，且统一控制相较于独立控制网络设备减少，系统简单，有效提升了火电厂管控系统的智慧化水平，实现了热控和电气系统的一体化监控，实现了各类数据的兼容互通，给出了一种有效的智慧电厂实施方案。

进一步的，设置单元机组站和公用机组站，热控单元机组dcs系统控制器和电气单元机组dcs系统控制器均通过单元机组站与厂级dcs通信连接，热控公用机组dcs系统控制器和电气公用机组dcs系统控制器均通过公用系统站与厂级dcs通信连接，单元机组站与公用系统站通信连接，经过整合热控和电气控制的单元机组以及热控和电气控制的公用机组，热控和电气控制的单元机组信息或公用机组信息可以采用统一的通信网络平台、统一的数据结构、统一的数据库、统一的应用方式，简化了数据传输方式。

进一步的，规约转换器上设置工业以太网接口、profibus接口、rs-485和rs-232接口，满足不同现场的需求，方便与各类系统和设备连接。

附图说明

图1为本发明的智慧电厂管控系统的结构示意图；

图2为本发明的分布式控制系统网络结构示意图；

图3为本发明的智慧电厂管控系统的网络配置图；

图4为本发明图3中a处的放大图；

图5为本发明图3中b处的放大图；

图6为本发明图3中c处的放大图；

图7为本发明图3中d处的放大图；

图8为本发明图3中e处的放大图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至8，本发明基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统，包括热控系统、电气控制系统、电力网络监控系统、故障分析系统、厂区管控系统、燃料管控系统、厂级dcs和管控平台监控站，通过本发明的技术组合，将上述不同种类的控制系统整合成一个整体的发电厂智慧化管控系统，有效提升火力发电厂的运行及管理水平。基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统的网络结构为分层结构，可分为现场层、控制层、生产级监控层和电厂管控层，各层网络中所包含的设备如下：

现场层主要包含单元机组热工系统相关设备、单元机组电气控制系统(ecms)相关设备、全厂公用热工系统相关设备、全厂公用电气控制系统(ecms)相关设备、电厂电力网络监控系统(ncs)设备以及用于设备智能诊断服务的振动传感器设备。其中电气控制系统(ecms)相关设备主要包括：380v测控保护装置、6kv微机综保装置以及其他智能装置；电厂电力网络监控系统(ncs)设备主要包括：母线设备、配电装置、电抗器、直流电源柜及ups电源柜；单元机组及全厂公用系统热工系统相关设备均包含现场执行机构、仪表等热工系统设备。

控制层设备主要包含热控dcs系统控制器、电气dcs系统控制器、i/o卡件、通讯卡件、规约转换器、旋转机械振动故障分析系统、厂区管控系统、输煤燃料管控系统一次设备以及冗余告诉通讯网络、接口设备等。

生产级监控层主要是厂级dcs的网络构架，包含单元机组分布式控制系统工程师站、历史站、操作员站、网络监控服务器、性能计算及人工智能(ai)服务器、生产实时数据库及相应的通信接口设备；公用系统工程师站、历史站、操作员站、网络监控服务器、生产实时数据库及相应的通信接口设备。生产级监控层设备同时还包含分布式控制系统(dcs)厂级智能优化计算的性能计算及人工智能(ai)服务器、生产实时数据库、值长站以及与网络构架上下层之间的通信接口设备等。

电厂管控层主要是管控平台监控站，包含全厂管控层总值长站、客户端及工作站、网络通信隔离装置以及用于实现各种服务器的主机系统；其中管控平台监控站的各种服务器主机系统包含设备智能诊断服务器、实时数据库镜像服务器、生产管理应用服务器、厂区管控系统应用服务器、智慧燃料管控系统应用服务器；网络隔离装置可采用stonewall-2000、pstunnel-2000l、hrwall-85m-ii、skykeeper-2000等型号产品。

再次参见图1，所述基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统分别通过冗余通信的方式将厂级dcs、机组旋转机械振动故障诊断分析系统、厂区管控系统以及燃料管控系统相关数据送入电厂管控平台，在管控平台监控站实现全厂范围内的智能管控功能。

其中，厂用电气控制系统(ecms)以及电气系统均按照单元机组及公用部分来划分，单元机组电气系统和单元机组厂用电气控制系统(ecms)各设备相关信息均采用硬接线或通信方式接入分布式控制系统(dcs)单元机组网络，公用电气系统和公用厂用电气控制系统(ecms)各设备相关信息均采用硬接线或通信方式接入分布式控制系统(dcs)公用系统网络。厂用电气控制系统(ecms)和电气分布式控制系统(dcs)采用一体化配置，该一体化系统中的工程师站、操作员站以及服务器等均合并设置。

电厂电力网络监控系统(ncs)经过规约转换器转换为分布式控制系统(dcs)可接入的通信协议，采用通信的方式接入厂级dcs。

再次参见图2，前述单元机组网络、公用系统网络以及分布式控制系统(dcs)的厂级智能优化计算网络均采用双环网的结构，dcs系统控制器及控制规约转换器均通过冗余接口接至对应的单元机组网络、公用系统网络以及分布式控制系统(dcs)的厂级智能优化计算网络，确保数据通信的可靠性，保证满足系统对电气、电气设备的安全可靠监控。

再次参见图1和图3，所述电气系统现场层设备主要包括现场执行机构、仪表等，采用硬接线或者现场总线通信的方式接入电气系统的分布式控制系统(dcs)的dcs系统控制器；所述电气控制系统(ecms)现场层设备主要包括380v测控保护装置、6kv微机综保装置以及其他智能装置，采用硬接线或者现场总线通信的方式接入电气控制系统的分布式控制系统(dcs)的dcs系统控制器；电厂电力网络监控系统(ncs)设备主要包括母线设备、配电装置、电抗器、直流电源柜及ups电源柜，采用通信方式接入控制规约转换器；故障诊断分析系统现场层包括振动传感器，振动传感器信号采用硬接线方式接入全厂机组旋转机械振动故障诊断分析系统。

再次参见图2和图3，所述电气装置的控制规约包含iec60870-5-101、102、103、104，modbus/rtu，modbus/tcp，profibus和iec61850等多种形式；所述控制规约转换器一方面可接收不同类型电气装置的通信链路接口，另一方面可以将多种类型的电气规约转换为特定品牌的dcs系统控制器相同的规约，以保证信息传输的实时性和可靠性；所述控制规约转换器硬件通信链路接口支持包括工业以太网接口、profibus接口、rs-485和rs-232等串行通信口等在内的多种接口，并可按需扩展，满足不同现场的需求，方便与各类系统和设备接口；规约转换器可依据电厂实际设备采用pds-753b、nwj-801、psnc02-zr、psx615等型号产品。

再次参见图3，所述电厂管控平台将各种不同类型数据整合之后，分别归类送入智能设备诊断服务器、实时运行数据库镜像服务器、生产管理应用服务器、厂区管控系统应用服务器以及智慧燃料管控系统应用服务器进行数据分析，为电厂的运行管理人员提供各项数据和技术支持，实现经营决策、人员管理、运行优化、状态检修等全方位的高度智慧化，为电厂运行管理人员带来真正智慧化的管理体验。

所述单元机组网络与公用系统网络经过交换机进行冗余通信，确保单元机组和公用系统的信息交互；公用系统自身设计有操作员站，可以实现对公用系统相关设备的监控；同时系统设置有权限交接功能，当将公用系统设备操作权限交给一号机组或者二号机组操作员站，则其他操作员站仅能监视，确保同一时间只有一方可以对公用系统设备进行控制操作，保证了系统运行的安全可靠性。

本发明基于热控与电气一体化控制的智慧电厂管控系统，应用电厂管控平台、兼容的分布式控制系统dcs)平台、网络统一、规约转换器等技术实现。将厂用电气控制系统(ecms)和电厂电力网络监控系统ncs)均纳入分布式控制系统dcs)平台中进行统一监控、统一维护，实现全厂电气系统同一平台监控，减少了人员投入；同时将分布式控制系统dcs)、机组旋转机械振动故障诊断分析系统、厂区管控系统、燃料管控系统等多种信息纳入智慧电厂管控平台进行监控，实现全厂管控一体化，该火力发电厂一体化控制系统具有如下技术特点：

1)火力发电厂智慧管控系统涉及到火力发电厂电能生产、人员管理、安防、决策管理、设备管理、检修规划等方方面面的内容，本发明所提电厂管控平台除了将生产过程相关数据纳入其中，还将机组旋转机械振动故障诊断分析系统、厂区管控系统、输煤燃料管控系统的相关信息进行整合，分别送入智慧电厂管控平台所述的设备智能诊断服务器、实时数据库镜像服务器、生产管理应用服务器、厂区管控系统应用服务器、智慧燃料管控系统应用服务器，最终经过各服务器的整合分析，为电厂的运行管理人员提供各项数据和技术支持。其中用于旋转设备故障诊断系统的振动传感器通过硬接线接入控制层的机组旋转机械振动故障诊断分析系统，机组旋转机械振动故障诊断分析系统通过冗余通信接口接入智慧电厂管控平台，供技术人员和管理人员对转动设备进行数据分析和设备故障诊断，方案中的机组旋转机械振动故障诊断分析系统全厂共用一套，配有一套上位电脑，不接入分布式控制系统dcs)网络，采用冗余通信的方式直接接入智慧电厂管控平台，做到不对电厂机组生产运行系统进行干扰；其中所提到的厂区管控系统主要包含火灾报警系统、门禁一卡通管控系统、生产视频监视系统、全厂安防系统、人员定位系统和周界防护系统，所述厂区管控系统和输煤燃料管控系统采用冗余通信的方式直接接入智慧电厂管控平台。将火力发电厂运行数据、故障诊断系统采集到的数据、厂区管控系统数据、燃料管控系统数据等多种类型数据集成至智慧电厂管控平台，全方位实现全厂管控一体化系统的智慧化；

2)将电气控制系统的厂用电气控制系统(ecms)单元机组部分和公用部分分别纳入热控的单元机组分布式控制系统和公用系统分布式控制系统网络，两个系统采用统一的通信网络平台、统一的数据结构、统一的数据库、统一的应用方式，简化了数据传输方式；

3)鉴于电厂电力网络监控系统ncs)主要是对发电厂涉网设备的监控，所监控设备主要是厂级设备，且该控制系统设备通信协议较多，电厂电力网络监控系统ncs)的控制规约包含iec60870-5-101、102、103、104，modbus/rtu，modbus/tcp，profibus和iec61850等多种形式，较难与发电厂分布式控制系统dcs)底层设备进行信息交互，故本发明技术方案采用将电厂电力网络监控系统ncs)经过规约转换器采用通信的方式接入智能型分布式控制系统dcs)的厂级智能优化计算系统网络实现两个系统的一体化监控，其中，控制规约转换器可将多种规约转换为同dcs系统控制器相同的规约，同时控制规约转换器硬件通信链路接口支持包括工业以太网接口、profibus接口、rs-485、rs-232等串行通信口等在内的多种接口，并可按需扩展，满足不同现场的需求，方便与各类系统和设备接口。其中分布式控制系统dcs)的厂级智能优化计算系统网络采用双环网的结构，电厂电力网络监控系统ncs)经过规约转换器采用冗余的通信接口同智能型分布式控制系统dcs)厂级智能优化计算系统网络进行信息交互。通过规约转换的方式将电厂电力网络监控系统ncs)纳入分布式控制系统dcs)厂级智能优化计算网络，解决了ncs系统规约较多，直接接入dcs系统困难的问题，同时该层dcs网络有效实现了从厂级高度对ncs系统进行监控的需求；

4)厂级dcs设备具备耗差计算、经济运行等在线优化功能，有效替代了电厂的厂级监控信息系统sis),实现了闭环的智能运行优化，简化了电厂原有网络结构。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。