发电厂电气自动化控制关键技术探究

郑怡

摘 要：随着经济的快速发展，电力成为了生活、建设、经济发展的必不可少的能源，发电厂的发电效率直接影响着经济建设的健康发展。传统的电厂电气化控制管理模式相对于今天的需求来说已经落伍，新的电气化自动控制是保证发电厂高效率工作的关键，符合经济的发展要求。本文对于发电厂的自动化控制技术做了详细探究。

关键词：发电厂 电气系统 自动化控制 ECS DCS

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0036-01

1 传统发电厂的电气控制

1.1 DCS概述

电气监控的任务就是根据系统变化，对发电机组的电压、功率等进行及时调整，确保电力系统的电压和频率。传统的电气监控主要是由DCS通过输入输出设备实现的对发电厂的电气部分信息的采集与控制。DCS是集散式控制系统的英文缩写（Distributed Control System）。即是所谓的分布式控制系统，这种系统是相对于集中式控制系统来说的计算机控制系统，是综合了计算机、显示、通信、控制于一体的4C技术。是在集中式控制系统的基础上发展的系统，主要功能是分散控制、分级管理、集中操作、组态灵活。具体的DCS与输入输出接口通过线缆连接，模拟量数据通过模数转换器转换成电流传出。但是DCS系统的信息处理量有限，并且需要大量的线缆以及模数转换器，成本比较高，控制效果不理想。

1.2 DCS系统的缺陷

首先，DCS电气自动控制系统对电压和电流的控制是通过变送器转换实现的，系统的接线很复杂，成本高，抗干扰能力不强。其次，DCS系统对于电气监测方面不到位。DCS的检测对于电流，电压的要求很严格。因此，许多的功能应用无法实现。例如故障的分析与诊断、电厂的经济性分析等，严重制约着管理效率的提升。第三，DCS系统的反应过于缓慢，无法实现对瞬态电信号的处理。DCS系统的反应时间通常是秒级，然而电厂的许多信号都是瞬态电流，是DCS系统无法控制的。最后，DCS系统是由许多的分散点组成。对于每一个信息采集点都需要一路专用的信号传输电缆，对于电厂的成千上万人的信息点来说，则需要复杂的电缆系统，造成了大量的空间、成本的浪费。

2 电厂的新型电气化自动控制技术

2.1 ECS系统的概述

随着科技的发展，一种基于先进的软硬件平台推出的新型電厂自动化控制系统出现。ECS是为了推进发电厂的电气自动控制的发展推广的。该系统应用计算机处理、信号的采集与处理、现场总线技术、以太网、继电保护等技术综合研发。应用计算机、现场总线、以太网、信号处理、继电保护等技术实现对发电厂的发电机、变压设备、电动机、反馈线等电器设备以及电气自动化装置的测量、处理、控制、保护、监测、故障分析、保护等功能。采用分层分布式系统构架自下向上分为：站控层、通信管理层、间隔层三层。其中，站控层包括硬件服务器、工作站等硬件。常用电抄表、电动机故障、录波分析等应用软件以及各种系统的通信接口。通信管理层包括通信网和通信管理装置，主要的功能是通过以太网和现场总线与DCS系统、智能设备、各子系统、电气后台监控系统进行通信。

2.2 ECS系统的特点及功能

（1）ECS系统采用通信管理层和站控层组态一体化的设计，可保证组态调试的一次性完成，进行调试时可以更加方便，并且符合人的操作习惯。并且从整体出发综合考虑系统的通信功能，保证站控层、通信层、间隔层的通信速度，并开设与DCS、MIS、SIS的通讯接口。并且ECS与DCS互相通信是不受限制，还可以节省大量的通信缆线和变送器。ECS采用先进可靠地自动化电气装置，完全可以不受通讯功能限制并可以独立运行，保证了系统的安全性和可靠程度。

（2）ECS系统的间隔层采用保护测控装置，其有比较完善的屏蔽、隔离等措施，抗干扰能力强，适用于各种复杂的环境。并且此系统还采用了冗余容错技术，包括了双现场总线网络、站控层设备冗余、站控层双以太网、双通信管理机设计以及DCS通信通道冗余等多种措施，保证了系统的稳定性。为保证系统的安全性还设置了防火墙、杀毒软件等措施，并采用网络分段、特殊数据格式、专用通道、加密数据算法等方法提高网络传输的安全性。并采用设置管理权限、逻辑闭锁、纠错等方法提高系统运行的安全性。在ECS系统中还增加了系统的自诊断和自恢复功能，这是传统的电气控制系统所不具备的。使系统的间隔层、通信管理层、站控层具备了自我诊断和恢复的功能。包括数据错误的诊断与处理、硬件故障的诊断、通信质量的诊断与处理等功能。还在通信管理层与间隔层的软件技术中添加了“看门狗”的中断方式，提高了系统的自恢复能力。并在通信管理层与站控层的同信中，采用双通道的传输模式实现了数据的备份和恢复功能。

（3）ECS系统比传统的DCS系统的信息传输处理速度快很多。ECS系统的保护测控装置局采用高性能的DSP和微处理器，硬件系统采用了多CPU的智能化结构，采用世界先进的嵌入式实时多任务操作系统，大大提高了数据的处理速度。并且站控层采用100M/1000M的工业以太网，通过实时的数据库与商用数据库结合技术以及快速智能网桥技术，为电厂的快速数据访问及负载自动均恒的高速网络，并配以适应工业控制现场应用的高可靠性交换机以及网关网络通信设备，构成了强大的信息平台。站控层与间隔层支持工业以太网，并且支持PROFIBUS现场总线，CAN总线、RS485等通信方式大大拓展了通信的使用程度。站控层、间隔层支持双热备运行方式，采用高效新颖的算法同时收取双网数据并甄别数据的有效性，在遇到故障时不需要切换电路保证了系统的连续进行。

3 结语

新型的ESC电气化自动控制管理系统，是当前提高发电厂的管理效率的关键性技术，也是保证电力正常供应、节约电能的重要手段。据计算一座装机容量30万千瓦的发电厂，只要提高1%的管理效率就会节约7200度电能。所以，发电厂要加快电气自动控制系统的升级，是增加发电厂的效益和市场竞争力的重要手段。

参考文献

[1]吴治平，智军，石景彪.发电厂电气自动化控制方案[J].自动化应用，2012（2）.

[2]单国辉.发电厂DCS改造中电气自动化探讨[J].中国科技纵横，2011（16）.