一种基于过程控制的燃料管理信息系统开发

国电江苏电力有限公司谏壁发电厂 单红星 任志平

1 项目目标

通过对国电谏壁发电厂燃料管理现状的深入分析，将国电谏壁燃料管理系统改造项目建设归纳为以下目标（图1）：

图1 燃料系统改造结构

1.1 构建1个管理系统

构建国电谏壁发电厂燃料管理信息系统。

1.2 形成5化管理模式

形成燃料管理智能化、实时化、全面化、自动化、主动化的管理模式。

1.3 实现4项提升

提升对燃料成本控制与预测能力。

提升对燃料业务过程的管控能力。

提升对燃料信息处理与分析能力。

提升对燃料市场的灵活应变能力。

2 改造内容

系统改造主要从煤场管理、需求菜单、采购菜单、掺烧菜单、船舶调运、燃料KPI等六个方面进行改造，实现标准化与智能化管理模式。

2.1 煤场管理

系统中煤场管理模块包含场存示意图、煤场库存台帐、船运煤堆放、煤场搬倒、煤场调整以及煤场温度管理等子模块，实现对煤场的进煤、耗煤、存煤三方面进行管理。通过在系统中进行堆放和入炉操作，完成进煤、耗煤数据联动，同时对煤场存煤实时动态管理，实现煤场管理数字化。

场存示意图通过二维图形的方式来对煤场状态（进耗存、来船比例、煤种比例、供应商比例、始发港比例、量质价）进行全面直观动态展示，包括煤场不同区域的存煤量、热值、硫分、挥发分、灰分、煤价，并且在系统中可通过点击单个煤场，显示该煤场每层的详细信息。

通过煤场库存台帐图表的形式显示各个供应商的各个煤种的库存情况，煤场库存台帐包含库存煤的来煤批次、供应商名称、煤种情况、始发港口以及堆放时间、位置、堆放量等详细库存煤信息，同时展示各种库存煤的低位热值、硫分等煤质详情，清楚的展现煤场库存详情。

船运煤堆放将入厂来煤航次、煤种、煤量以及审核状态进行数据采集并汇总，实现对船运入厂来煤的精准管理。

煤场转运记录来源煤场转运煤种的煤质和煤量信息；将来源煤场质量信息和目标煤场质量信息加权，记录在转运后目标煤场质量信息。

煤场调整是系统通过获取船煤批次和初始堆放信息，结合盘煤数据，对煤场中某一煤种的存煤量及其存煤区间进行调整修正，实现存煤的动态精确管理。

煤场温度管理通过煤场分区，每月定时对煤场各区域进行煤堆温度测量，并且按照煤场温度的高低，将煤场的温度分为“低温/正常温度/高温/高温警报”温度段，并以四种不同的颜色显示，便于管理人员进行查看以及对煤场温度管理（图2）。

图2 煤场管理首页图

2.2 需求菜单

系统中需求菜单模块包含生产计划、需求计算、需求菜单三个子模块，通过电量计划以及下月的检修计划，结合煤炭市场信息，以综合发电成本最低进行优化计算，生成对煤种、煤量的需求信息，实现对需求的标准化、精准化管理（图3）。

生产计划模块中，系统按机组期数来录入总计划电量与总计划供汽量，并通过公式折算出所需求总参考耗原煤量，实现生产计划的清晰展示。

需求计算中通过需求计算寻优对计划电量与计划供汽量进行计算，从而得出总需求煤量，同时在系统中进行展示，便于管理者知晓各个机组每月的需求情况。

需求菜单通过选择年份、月份、期数，调取各个机组的计划电量、计划供汽量、参考耗煤量，并将原煤价与运费进行统一展示，便于相关管理人员对需求计划进行了解。

2.3 采购菜单

图3 需求菜单汇总列表

系统中采购菜单模块包含价格和指数、期初库存信息、采购约束条件以及月度采购计划等子模块，采购菜单通过建立采购策略寻优模型，通过预计计划电量及工况，推算下个周期的各煤种消耗量，参照库存结构控制被控制目标（库存煤量目标及库存煤质目标），反推补偿采购量（或建议采购量），寻优采购燃煤成本最低，综合拟定采购策略，实现“掺烧指导采购、市场指导掺烧”的管理思路。

价格与指数是对当前市场煤炭价格信息的汇总，通过对煤炭市场成本的计算展示，对煤炭成本进行相应的估算，在保证煤炭成本最低的情况下进行采购（图4）。

期初库存信息可按月度设置煤场期初库存，根据当前时间，获取煤场实时库存信息，可人为手动调整。

采购约束条件中通过设置期初煤场库存耗用及库存耗用热值，设置期末预计库存总量及期末预计热值，并提取自动关联计划电量及耗煤量信息模块，获取耗煤边际热值及边际耗煤量，通过提取自动关联煤炭市场信息提供对应月份燃煤单位市场信息，通过以上条件设置月度采购约束条件，从而生成最佳采购指导。实现燃料采购的成本可控。

2.4 掺烧菜单

系统中掺烧菜单模块包含掺烧监控、掺配因子、负荷计划、配仓方案、取煤方案、掺烧分析、掺烧评价、掺烧历史以及成本分析等子模块。掺烧菜单实现对掺烧的实时监控，掺烧寻优通过设定掺配因子，以煤种约束、煤仓约束、煤场煤量约束为条件，通过输入可上仓煤种的量质价、机组和煤仓的约束信息、掺配比例的约束以及给煤机最大出力和负荷时间段，进行掺配寻优计算，输出燃料成本最低的配仓方案，该配仓方案中包含各煤仓中燃煤的种类与比例，同时还包含各方案的机组平均煤质信息和原煤价格，实现精准配仓，智能掺烧。

掺烧监控将各原煤仓的进出煤状态实时反映到页面中，包括每种上煤在各原煤仓中的剩余煤量，原煤仓中的煤质情况，实现对各个机组的动态实时化监控。

掺配因子对掺配机组的煤质范围进行约束设置，指出各个煤质的最小值和最大值，同时设置各个机组下每个煤仓的煤质范围约束，并且设置各个机组“负荷——供电煤耗”计算公式，清晰的展示系统掺烧约束。

图4 采购菜单综合信息

图5 掺烧菜单监控图

负荷计划模块支持每天采集网调/省调下发负荷计划，通过新增负荷详情或文件方式导入到系统，并对电厂各机组每日的发电计划进行登记，获取数据后生成日负荷计划曲线，指导配煤掺烧。

配仓方案中通过负荷计划、当前机组运行状态、机组煤质要求、煤仓煤质要求，结合煤场存煤情况，以综合发电成本最低为目标，编制配仓方案，指导取煤操作。实现精准配仓操作，为精确掺烧提供保障。

取煤方案中在选定配仓方案后，通过输入炉燃烧特性、负荷情况及配仓方案，在满足机组约束、煤仓约束、安全约束、比例约束、便利性约束和煤量约束的条件下，利用数学规划方法，通过内置模型进行智能寻优计算，得到燃煤成本/燃用煤原煤均价最低的取煤方案。

掺烧分析通过对今日计划负荷与今日实际负荷的展示，实现掺烧实际方案与计划方案的对比分析展示。

掺烧评价通过煤炭耗用量、掺烧煤种、掺烧比例、掺烧热值、入炉标煤单价、掺烧经济煤种、经济煤种标煤单价等，得出本次掺烧节约成本，生成对本次掺烧方案的评价。

掺烧历史模块通过集中所有掺配历史取煤方案，展示指定机组不同负荷计划时间段特定发电出力下取煤地点、掺配比例、流向仓等信息，建立掺配模型和燃煤掺配历史数据库，从而为后续掺配方案提供参考（图5）。

成本分析模块中通过经验公式设置成本模型计算综合发电成本，预测每种煤在不同机组容量条件下的综合发电成本，以此作为掺配的寻优目标。

2.5 船舶调运

系统中船舶调运模块包含采购计划拆分、本月启用船舶、船舶调运分配、船舶调运跟踪以及船舶效率联动费用等子模块。船舶调运通过已经制定并审批结束的“采购计划”，并进行拆分，结合船舶运行情况，合理地对采购的煤种安排船舶进行调运。

采购计划拆分从月度采购计划中进行取值，相应管理人员可对计划进行拆分操作，实现具体的采购计划列表。

本月启动船舶子模块包含本月所启用船舶批次、船名、载重、到港时间、装港时长等基本信息，实现对船舶入厂的精准管理。

船舶调运分配将采购计划于对应的船舶进行匹配，将船舶分配到对应的采购计划，实现精细化管理，同时可显示未分配采购计划、未分配船舶，便于管理人员进行相关操作。

船舶调运跟踪以日历表的形式，将各个船舶的计划到厂时间显示在日历图中，同时船舶调运计划详情可展示各个船舶的状态信息与调运情况。

船舶效率联动费用展示船舶的详细信息与结算金额，实现调运成本的展示（图6）。

图6 船舶调运跟踪图

2.6 燃料KPI

系统中燃料KPI模块包含燃料KPI指标、月度标煤单价、船舶调运实况图以及单船全流程数据等子模块。燃料kPI模块通过展示煤场详情与标煤单价，实现对煤炭成本的管理与监控。

燃料KPI指标子模块以图形化的方式多维度地展示煤场库存，用曲线图的显示入厂入炉标煤单价、掺烧率，直观地显示燃料关键指标，便于管理者掌握燃料的关键指标。

月度标煤单价模块将上一年度的入厂标煤单价、本年度入厂标煤单价以及本年度当月考核值进行展示，清晰的显示标煤单价变动情况，便于管理者掌握标煤单价变动信息。

船舶调运实况图以日历的形式显示来船的状态信息，并且可通过点击日历显示船舶的详细情况，便于对船舶调运的整体情况进行监控管理。

单船全流程数据将各个船舶的入厂时间、供应商、航次、接卸时间、接卸位置、煤量、煤种等信息进行展示，实现船舶从入厂到出厂的全流程过程管控，实现了燃料接卸的可视化（图7）。

图7 燃料KPI指标图

3 建设效果

国电谏壁发电厂燃料管理系统改造项目实现了系统在管理方面的提升，同时响应了三单六化的建设需求，推进燃料思路的开拓以及管理方式的升级，标准化燃料管理流程，实现燃料管理关键节点的优化，降低了燃料成本，增加了综合效益。具体实现了如下建设效果。

3.1 采购寻优实现成本可控

根据机组下月计划发电和供热负荷要求，结合发电负荷适应煤质、烧旧存新、煤场库存结构及库存目标综合考虑，通过规划求解寻优模型生成满足负荷计划、煤场库存耗用增补的采购方案，实现燃煤采购综合成本最低的寻优流程管理。

3.2 卸煤寻优实现精细堆煤

根据船运来煤矿点、供应商、煤质、煤量情况，结合煤场堆存规则、煤场库存情况，提供基于供应商矿点匹配、煤质匹配，提供具有参考性及操作性堆放建议，促进煤场精益管理，为配煤掺烧提供堆放支持。

3.3 配仓寻优实现精准配仓

系统根据负荷计划、当前机组运行状态、机组煤质要求、煤仓煤质要求，再结合煤场存煤情况，以综合发电成本最低为目标，编制配仓方案，指导取煤操作，实现精准配仓。

3.4 掺配寻优实现智能掺烧

通过设置燃烧目标参数，建立掺配掺烧数学模型，提供安全、经济、环保的取煤方案，将不同种类、不同性质的煤场堆煤及入厂来煤应用最佳比例混配，实现燃煤掺烧智能化标准化。

3.5 过程管控实现价值可视

系统内置实时成本计算模型，实现电厂燃煤成本最低核算。通过燃煤采购寻优及掺配寻优形成经济运行管理全过程指导意见，建立燃煤从采购到入炉全过程管控机制。