电厂DCS系统的节能控制方法研究

曹子飞

华电莱州发电有限公司，山东 烟台 261441

0 引言

随着我国工业经济的快速发展，环境所面临的形式越来越严峻。在此背景下，我国可持续发展战略的提出，使节能环保成为各行业可持续发展的目标。电厂运行采用DCS系统的目的是对生产过程进行合理控制，以降低能耗，提高生产效率。但是，受传统管理模式的制约，导致DCS系统的价值没有得到充分发挥，增大了能耗，影响设备的正常运行，进而浪费了大量的电能。因此，为了达到节能环保的目的，避免电能浪费，需要对电厂DCS系统进行合理的能源规划，以提高电厂的经济效益，促进电厂的稳定发展。

1 电厂DCS系统概述及其功能分析

1.1 DCS系统概念

DCS系统又被称为分散控制系统，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作、管理集中为设计思路的新型控制系统，如图1所示。

图1 分散控制系统

该系统的特点是集中管理和分散控制，一般会将通信网络当成系统结构的纽带，在监控和控制中形成，借助信息技术处理各种问题，在电力中被广泛应用[1-2]。DCS采用分级递阶结构，每一级由若干子系统组成，每一个子系统实现若干特定的有限目标，形成金字塔结构。可靠性是DCS系统得以顺利发展的根本要求，为了保证DCS系统的高可靠性，需要从以下方面实现：应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；采用冗余技术；在软件设计上实现系统的容错技术、故障自诊断、自动处理技术等。现阶段大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。

1.2 DCS系统功能

DCS系统应用在电厂中主要通过发电系统控制，提升电厂的生产安全和工作效率。DCS系统的功能主要表现在以下方面：（1）对电厂的所有发电机组以及变电机组的闸门实现全方位控制；（2）对发电机组的励磁系统实现自动控制；（3）对电厂所有输电线路实现自动控制；（4）对生产中所有的辅助保护系统实现自动控制。虽然DCS系统在电厂中发挥了较大的作用，但是其在应用中存在一定的问题，最常见的为能源消耗过大，造成电能的大量浪费。另外，能源的大量损耗，导致热量集中堆积，元器件的绝缘性能下降，缩短其使用寿命。因此，实现电厂DCS系统的节能控制，降低能源消耗是电力行业一直关注和研究的话题。目前，电厂DCS系统的节能控制方法包括PLC控制方法、基于动态电压调节的节能控制方法、能量损耗模型节能控制方法，其中能量损耗模型节能控制方法应用最为广泛。随着节能技术的发展和改进，传统节能方法已经难以满足DCS系统的节能控制要求，其存在一定的限制，难以掌握DCS系统中的控制单元属性和系统控制的现状，容易因配合不协调问题导致能源的大量损耗[3]。

2 电厂DCS系统的节能控制现状

随着人们生活质量水平的提升，对环境和质量的要求更加严格。为了符合现代化工业的发展理念，电力系统逐渐向绿色和节能的发展转变。我国部分企业为了顺应时代的发展要求，遵循可持续发展理念，不断创新和优化生产设备和技术[4]。电厂在生产中采用DCS系统，对运行过程实现自动化控制，以降低环境污染。DCS系统主要是对电厂的发电机组和变电机组进行控制，优化输电线路，保护辅助设施系统。同时，DCS系统在保证电厂正常运行上发挥了重要的作用，为其安全运行提供了一定的保障[5]。

此外，在实际的操作运行中DCS系统存在能耗较大等问题。电厂在实际的生产运行中通常能耗较高，消耗的电能逐渐转换为热能，随着时间的推移，热能不断堆积对设备中的元件造成一定的损害，降低元件的使用性能。同时，长时间的运转，超负荷的传输作业会缩短电厂设备的使用寿命，不仅会增加能耗成本以及后期的维修成本，还会降低企业的经济效益[6]。因此，电厂需要对DCS系统进行优化和改进，以实现节能减排。

3 电厂DCS系统中节能控制方法的优化分析

3.1 选择合理的优化方案

为了达到节能减排的效果，需要选择合理的优化方案。电厂的DCS系统在进行节能控制时，需要满足以下要求：（1）在机械设备运行中，技术人员可以对独立的软件进行计算，从而掌握设备的实际运行情况，结合计算结果进行适当调整；（2）DCS系统自带的智能系统本身具有计算功能，将设备运行的相关数据输入计算系统中进行自动计算，从而确认设备合理变频变压，进行合理调整。

实践证明，经过软件计算的优化方案，在实际运行中操作比较简单，对设备的动态化管理更加贴合工程的运行状况。但是，对操作人员的要求较高，相对依赖操作经验较丰富的技术人员。针对自带计算系统的方案和相对独立的控制软件，增加了调试的难度，算法编译也相对复杂。但是其不需要借助其他设备进行辅助，适应性相对较强，不容易受到外界因素的影响。因此，选择DCS系统自带的计算机软件对电压控制系统进行计算时，应该加强节能控制设计，以此提高电厂设备运行的整体效率和质量，提升电厂的经济效益[7-9]。

3.2 改进变频装置

电压控制系统中包含2种控制系统：工频控制系统和变频控制系统。对变频装置的质量进行改进和创新，可以实现设备在变频和工频模式之间的应用，为系统的正常运行提供有力的支持。一般变频装置改造应用一拖一连的方式，这种方式是由技术人员使用控制柜和远程DCS系统来实现变频控制，可以有效提高变频装置的工作效率。

3.3 优化计算机功能限制

节能控制是一种计算过程。在控制过程中需要更加系统化和精确化的计算整个节能控制，因此需要对整个系统的计算功能进行更加严格的把控，从而保证计算的准确性得到有效的落实。因为DCS系统中的部分计算功能存在问题，导致计算偏差较大，所以需要进行合理的设计计算，不断优化其计算功能，进一步提高计算的准确性和可靠性，严格把控误差。

4 结束语

DCS系统在电厂中具有重要的作用，为了实现电厂的节能控制，提高电厂的经济效益，技术人员需要对电厂DCS系统进行深入研究，不断优化改进系统，采用科学的方法优化系统设备，并选择合适的优化方案，达到节能减排的效果，进而促进电厂的可持续发展。