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数字化电厂的模型的研究(下)(李江林)

  作者:李江林
2004/4/30 13:52:13
发电企业正面临着前所未有的深刻变化:电力市场化、业务流程重组、管控一体化…,这些变化逐步改变了发电企业经营运作的基本规律;另一方面,新技术不断涌现并迅速应用于发电企业,如现场总线控制技术、信息技术等。通

本文关键字: 行业研究 能源电力

3 模型分析

数字化电厂应是在数据仓库基础上的对电厂物流、资金流、信息流、工作流进行综合分析的系统,其功能体系应涵盖电厂生产经营和决策等各个方面。构成直接控制层的实时系统如:DCS、水处理、输煤程控和煤质在线监测、智能化煤场等。实时系统包括机组经济技术指标实时系统(来自机组DCS系统数据)、燃料经济技术指标实时系统(来自燃料程控系统数据)、粉煤灰实时系统(来自粉煤灰程控系统数据)、化学水处理实时系统(来自化水程控系统数据)和厂用电自动分析系统(来自电厂厂用电自动抄录分析系统)。计算机管理实时系统以图形界面的方式反映上述系统的技术参数并记录(时间间隔5秒或更短)。要求DCS数据采集子系统提供以下功能:

  • 组态的系统结构: 组态中心、网关采集、用户接口的层次结构可与各种DCS系统、各种SIS系统的有机集成;
  • 长期历史数据的存储能力:采用高效的数据压缩及还原技术,可快速存取大量的历史数据;
  • 强大的数据挖掘功能: 通过数据抽取、分类等建立生产数据仓库,通过数据挖掘为故障诊断及状态检修提供支持;
  • 用户接口的全组态: 以共性化及个性化组态两种方式提供:模拟图、F(T)曲线图、F(X)曲线图、棒图、趋势图、相关报警、屏幕打印等功能。

我们对第二、第三和第四层进行简要的分析,第三层(ERP)和第四层(ERP扩充)则可组合成一个广义的ERP层。厂级监控信息系统(SIS)即管控一体化系统、电厂企业资源规划系统 (广义ERP)的模型简要分析如下:

厂级监控信息系统(SIS)

为全厂提供一套冗余的、能综合机组、辅助车间有关的实时信息并对各机组、辅助系统的运行提供优化分析、在线运行指导的厂级监控信息系统(SIS),它应与各机组的DCS、各辅助生产车间以及公用系统的自动化控制系统有机的联系在一起,并与电厂管理信息系统(ERP)有通讯接口,电厂值长监视站是SIS的一部分。

厂级监控系统(SIS)的主要功能包括实时数据采集、处理和监视、厂级性能计算和分析等功能。并为厂级管理信息系统(MIS)的生产运行管理提供充分的实时数据和分析资料。具体功能如下:

  •  全厂各生产系统实时信息显示,过程信息统计分析并生成各类生产报表为厂级生产管理人员提供全厂各生产系统实时信息,如显示锅炉、汽机、发变组及辅助生产系统的设备运行工况、主要参数、各项指标以及工艺系统图等。
  • 通过对大量影响机组安全运行和经济性能指标的主要过程参数和设备状态的实时数据及历史数据的统计计算,提供丰富的数据源及分析方法和手段,并能生成各职能部门需要的生产、经济指标的统计报表等。为厂级生产管理人员决策提供支持。
  • 在线计算整个联合循环机组的各种效率(燃气轮机、汽蒸轮机、余热锅炉、及其辅助系统等)、损耗(燃料、水、电、热耗等)及性能参数等。对数据进行分析,为用户提供成本核算依据和数据。并利用性能计算的期望值与计算值进行比较,确定机组运行在最佳状态并分析出偏差产生的原因和改进措施。

厂级监控系统主要有全厂生产过程监控模型和各种机组性能优化的高级应用软件等,如图2所示:

    图2  SIS系统过程负荷分配模块网络图

该模块主要提供全厂负荷分配站,该站为负荷分配专用站。该站通过通讯网络接收RTU装置下传的负荷调度指令和SIS服务器接收来的全厂各机组实时经济指标计算和实时成本核算信息。通过对上述信息的分析处理,完成经济负荷的分配功能。经济负荷分配结果显示在CRT画面上,并根据运行需要可进行自动和人工切换传送给各机组DCS系统,实现各机组的负荷闭环调度功能。

在全厂负荷分配站上,根据远方AGC指令结合电厂主、辅系统当前可利用率情况和各主辅机运行经济特征值决定各台机组的经济负荷分配。SIS系统提供优良的信息处理和运行指导软件,仅通过一个厂负荷指标就能够简单、便利地、准确地、自动显示出全厂机组经济负荷分配方式,以便值长能了解情况,正确下达指令。

同时将经济负荷分配和调度结果实时建立全厂经济信息和成本核算结果反馈回来,在线显示电厂各机组目前经济运行情况。同时,SIS系统还将调度执行结果转送给调度端。

发电企业资源计划(ERP)系统

电厂ERP系统,是基于敏捷供需链管理思想的企业资源计划系统(ERP),它是在MRPII(制造资源计划)系统基础上发展起来的。它除了对电厂内部制造资源(燃料、物资、设备、人力、资金、信息)运用MRP算法进行全面规划和优化控制外,还通过计算机网络把电厂生产经营过程的合作伙伴,如供应商、电网、大客户等等的资源和能力集成起来,充分调动电厂所有可利用的资源,把电厂之间的竞争转化为供应链之间的竞争。
在管理思想上,电厂ERP 是以国外先进、成熟的ERP管理思想为核心,与中国电力行业的实际情况相结合。其目标是优化、计划电厂的所有资源,降低电厂生产、运行成本,提高电厂的综合竞争力。其核心是对电厂供应链的管理,一方面强调建立供应商、发电厂与电网之间新的战略伙伴关系,强化市场、经营、营销,使电厂能够快速响应市场;另一方面强调电厂业务流程与工作流,通过工作流,将电厂的人、财、物、资金、信息有效的与生产集成,支持电厂业务过程重组。这使得企业的物流、信息流与资金流更加有机地集成,能更好地支持电厂经营管理各方面的集成;将给电厂带来更广泛、更长远的经济效益与社会效益。系统的另一个重要思想是引入“全面生产维护”的思想,通过加强对设备运行状态的监控(包括应用设备可靠性分析、状态监测及故障诊断技术),实行全面预防性检修,节省设备维护、检修费用;系统通过充分利用电厂生产运行实时数据,实现对机组安全性能与经济性能的实时分析与预测。通过“全面生产维护”和机组性能的实时分析与预测,使系统真正能够支持状态检修、支持竞价上网。

在发电企业管理模式上:以全面预算为龙头,以综合计划为主线,以物资燃料为基础,以安全生产为重点,进行整个价值链的平衡调整与控制;通过一体化管理体系建立每个价值链的闭环标准业务流程;通过工作流平台“推动”整个业务沿着标准流程顺利进行;通过计算机网络将发电企业、用户、供应商、母公司及其他职能机构集成起来,完成信息流、物流、人力流和资金流的有效转移与优化;借助IT技术,将供应链管理、渠道管理、客户关系管理等先进的管理思想转变成为现实中可实施应用的计算机软件系统,并通过系统的实施应用自然实现全面预算管理、一体化管理和全面绩效考评管理。

电厂ERP产品实现对电厂内外部资源的统一管理,从功能上分为生产、经营、办公自动化、实时数据管理等四个板块,共20多个业务功能模块。生产板块包括运行、设备、安监、技监、全面质量、环保等业务功能模块;经营板块包括计划、物资、燃料、商业化运营、全面预算、多经、基建项目、合同、财务、人力资源等业务功能模块;办公自动化板块包括文档、党群、保卫消防、OA、综合查询与辅助决策等业务功能模块;实时数据管理主要包括生产实时数据采集功能模块。

在实现技术上,它是采用“过程集成”的开发技术与先进的计算机实现技术而研制开发的新一代专业面向电厂管理的、集成化的软件系统。该系统将成熟的C/S体系结构与先进的B/S体系结构相结合,综合应用计算机领域的最新技术如:面向对象技术、电子数据交换EDI、多数据库集成、图形用户界面、第四代语言及辅助工具、WEB技术、组态技术、构件技术、数据仓库及数据挖掘技术,是电厂管理信息系统的一个重大突破。发电企业的ERP系统层次结构图如图3所示:

 图3  发电企业ERP系统的层次结构图

发电企业ERP系统基于敏捷供需链管理思想,运用工作流技术,以电厂物流、信息流、资金流、增值流的同步集成为基础,结合中国电力系统的现状与改革发展趋势,以知识管理为核心,以设备、项目、图档、预算、经营、体系、燃料、人力资源、供应链等九大知识库为支撑,将全面预算管理、全面绩效考核、全面资产维护、全面质量、环境管理、职业安全健康等六大管理体系和发电企业各业务流程紧密融合,充分利用电厂的生产实时数据仓库与经营管理实时数据仓库,以优化电厂所有内外部资源的计划与控制,降低电厂运营成本,提升电厂的综合竞争力,是专业面向中国发电企业的知识型资源计划管理系统,发电企业知识管理如图4所示,ERP应用系统总体结构图如图5所示。

 


图4  发电企业知识管理

 

 

                         图5  ERP应用系统总体结构图

4 组织框架

面对21世纪,面对信息时代的挑战,面对市场与资本和集约化经营的挑战,如何建立数字化电厂的组织框架?建议采用“大公司小电厂”的组织框架:

所谓“大公司小电厂”,即把公司建成一个资本运作和管理的中心,而把全资、控股和参股的电厂建成一个纯生产中心。其主要特征是:公司是法人实体,按照公司法建立法人治理框架并独立运作,集战略研究、资本运作、建设管理、财务管理、经营管理和生产管理于一体,对电厂进行集中、垂直管理;电厂不具备法人地位,是一个纯生产中心,其任务是在合理的预算条件下安全、稳定地生产出符合电网要求、安全经济、绿色环保的电力;人员的配置以能够完成日常的发电生产为准则;以大容量、高参数、高效率、绿色环保型的机组为主体,单机容量在30~60万千瓦,装机2~4台。

“大公司小电厂”要求电厂的组织结构采用扁平模式,职能部门数量缩减,功能集中,使人员的配置达到最优化,使人员的效率最大化,这样才能使大公司真正进入市场经济之中,按照市场的规律去自主地发展,不断地用资本控制资本,用资本产生资本,用资本确定管理关系,用资本确定资源关系,使人力资源、物资资源、资金资源得到优化配置,用资本关系来促进现代企业制度的建立,在发展过程中产生一些大型的跨国电力公司,向海外扩张,在国际电力市场拥有一席之地。图6给出数字化电厂的扁平式组织结构模型:

图6 数字化电厂组织结构模型

图6将现有电厂的许多职能部门合并,从而达到了部门简化、人员精干、效率提高、管理科学化的目标。这种新的扁平式组织结构体现了管理多元化和设岗复合型两个方面。分三个层次:超级职能、界面职能、个性职能;分为六个部门,覆盖电厂的全部业务,兼顾各个方面的需要和最佳需求。

第一层次:超级职能层

该层包括厂部一个部门,由总经理和三总师组成,厂部实行例行例外管理原则,常规工作由界面职能层的各部门代表厂部处理,各项工作实行委托授权。这样各部门责、权、利相结合,厂部有条件和精力考虑重要工作和企业发展的深层次问题。

第二层次:界面职能层

该层设定为综合性的生产管理、经营管理和专业性的发电设备运行技术管理、发电设备维修技术管理、燃料现场管理。它涵盖了电厂的生产经营要素。

  • 策划部:代表厂部履行以生产经营经营管理为中心的运筹管理职能。包括运筹计划、安全监察、档案管理、教育培训、信息管理等。
  • 行政部:代表厂部履行以生产成本管理为中心的经营管理职能。包括财务管理、劳动工资管理、安全保卫、行政监察及后勤服务等。
  • 发电部:代表厂部履行以发电设备运行技术管理为中心的发电生产职能。包括运行技术管理、运行调度管理、设备停复役管理、设备缺陷管理等。
  • 检修部:代表厂部履行以发电设备检修技术管理为中心的发电设备检修管理职能。包括检修计划管理、九项监督管理、物资供应以及完成本厂承担的检修生产任务等。
  • 燃料部:代表厂部履行燃料供应职能。包括燃运设备的运行及检修管理、燃料计量管理、煤场管理等。

第三层次:个性职能

个性职能要素为管人、管事、管思想,三大任务何而为一,各级岗位均要求复合型设置。员工要求一专多能型,运行人员要三专业、四专业合一;检修人员要多工种、会管理合一,重视培养和使用复合型的员工,以适应现代企业提高工作效率和经济效益的要求。

5 系统特点

新一代的数字化电厂主要特征表现在四个方面,第一、数字化电厂除了电厂常规的主辅设备、检测控制仪器仪表外,还配备了特殊的生产工艺过程(如脱硫、脱硝生产过程)、特种检测控制分析仪表以及先进的监控系统;第二、数字化电厂将管理放在首位,通过科学的管理思想、方法来提升电厂的运营能力;第三、数字化电厂实现了电厂生产的安全性、经济性,同时也实现了电厂污染物的零排放或达标排放;第四、数字化电厂人均产值高、人员配置少,在人员配置结构上,管理人员和生产人员的比例大于常规电厂。

系统特点如下:

1、采用CIMS/ERP的哲理,系统的设计思想和层次结构具有理论的严密性和实际可操作性;
2、采用动态企业建模技术,软件重构技术,面向对象技术设计的系统可保证电厂的运作流程变化后的系统适应性;
3、强大的系统配置工具(包括系统建模工具,模型仿真工具,实施工具)可使系统快速实施,并保证系统有良好的扩展性和软件模块的可重用性;
4、可行的优化算法可使企业的各个系统在仿真优化的前提下按最佳方案运行,从而保证了系统的先进性和可靠性;
5、先进的组网技术和信息平台为系统的稳定运行提供了可靠支撑;
6、采用三级客户机/服务器(C/S/S)结构和浏览器/服务器(B/S)结构,采用瘦客户端,建立处理逻辑规则的中间层,提高整个软件的可维护性及对异构数据库的适应性。
7、先进的数据仓库和数据挖掘技术能自动地进行挖掘分析工作,剖析任意层面数据的内在联系,最终确定发电企业在电力市场竞争中的发展趋势和规律。

参考文献:

张继焦等,数字化管理[M],中国物价出版社,北京市,2001年9月;
孙志挥,计算机集成制造技术[M],东南大学出版社,江苏南京,1997年12月。

浏览:数字化电厂模型的研究(上)

本文由作者向AMT提供

作者联系方式:li_jlin@sina.com

责编:李江林
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