DCS控制系统在智慧能源管控系统中的应用

DCS控制系统在智慧能源管控系统中的应用

高顺

中核控制系统工程有限公司  北京市房山区  102400

摘要：近年来，我国对能源的需求不断增加，智慧能源管控工作也越来越受到重视。一方面要提升储能技术规划与开发能力，降低储能应用成本，同时还需要基于储能技术、负荷控制技术，综合考虑电力市场交易需要，建设“源网荷储”一体化的智慧能源管理体系。本文就DCS控制系统在智慧能源系统中的应用进行研究，以供参考。

关键词：综合智慧能源；清洁能源；外部环境分析

引言

基于DCS的智慧能源系统架构主要为：对能源岛前端智能感知设备的监控、LCU控制、中控系统、云平台控制系统。实现能源系统分散操作、集中控制，提高能源系统整体运行效率。

1DCS控制系统的基本组成

DCS控制系统是分布式控制系统（Distributed Control System）的英文缩写，在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一种以计算机为基础，以分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活和组态方便为特点的新型计算机控制系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术。集散控制系统在发展的过程中，促进了我国工业自动化控制系统的发展，但也存在一些挑战。当前，我国经济不断提高，有效促进了网络技术和通信技术的发展，正是这些技术的进步和发展，促进集散控制系统的进步，该系统不断对PLC、工业PC、NC和相关调节器进行集成，有效满足工业自动化系统对现代性、创新性和系统性的发展需求，促进计算机控制技术和自动化控制系统的发展，随着计算机控制系统和自动化控制系统的不断完善，使这些系统逐渐达成现代化发展目标。

2DCS控制系统在智慧能源管控系统中的应用

2.1实现能源岛内设备自动化运行及运行数据自动记录

具有实时监测全岛能源设备运行参数（如温度、流量、压力等）、水质指标、电量参数，并对其进行采集、处理、储存、显示和打印。实时监测岛内主要设备的运行状态（如冷水机组、热泵/锅炉、水泵、冷却塔、风机、阀门等），并对其信号进行采集显示。对能源岛内重要能源设备（如冷水机、热泵/锅炉、水泵、冷却塔、阀门等）的启动次数和时间进行统计并生成报表，使用户能够科学合理安排生产设备检修时间。

2.2建筑围护材料

在营造建筑热舒适性的过程中，通常根据建筑所处环境和使用要求，确定合理的建筑热惯性。热惯性往往受建筑维护结构中使用的材料和结构类型影响。当采用高热惯性材料时，可以使建筑在升温时保持室内较长时间凉爽，平抑昼夜温差，有利于保持室内温度稳定。目前大多既有建筑围护结构依然存在储热容量小、热惯性小、室内温度波动大等问题。因此，有必要通过材料革新提高建筑围护的储热能力。传统利用砖等材料显热储能，但由于砖的比热容相对较低，其储能温度高，这导致对墙体围护结构的隔热要求高。为了改善储能工况，有研究将相变材料引入墙体储能中。与传统材料相比，相变储能具有潜热大、温度稳定等特点。建筑中使用的储能材料的方式，可分为被动式储能和主动式储能。被动式储能是将相变材料代替部分墙体材料，热空气不先和相变材料换热，相变材料和墙体一起起到隔热作用，不人为控制热空气和墙体相变材料的换热方式。主动式储能，热空气先与在墙体中的相变材料换热，再进入室内。墙体蓄热快，墙体可以和空调系统结合，实现主动蓄能。相变材料主要分为无机相变材料和有机相变材料。无机水合盐作为典型的相变储能材料，具有价廉易得、化学性能稳定等优点。但在实际生产应用中，其由于自身相变温度高、过冷度大、相分离严重、导热性差等缺陷制约了材料的应用。在有机类相变材料中，石蜡由于物理和化学性质稳定、熔点范围广、已工业化生产，同时具有蓄热密度大、无过冷现象、来源广泛等优点，成为近年来相变储热材料的研究热点。

2.3综合能源规划

综合能源规划是考虑综合能源全生命周期下热力、天然气、储能系统的运行情况，考虑到经济性和环保性，通过数学模型提出冷、热、储的优化组合方案，包括能源生产技术、储能技术、能源传输技术。能源生产技术主要包括太阳能光伏发电(包括光热发电)、小型风电、热泵+地热能、燃气轮机多联供、电锅炉供热、余热余压利用等相关技术；储能技术包括飞轮储能等机械储能，锂离子电池、液流电池、铅酸电池等电化学储能和电磁储能；能源传输技术则包括配电网、供热(冷)网、天然气网、水网及综合管廊等。

2.4采制化三级编码系统

采制化采取三级条形码编码管理。一级编码为送样编码，用于将原煤样桶送达制样室；二级编码为制样编码，用于制样室；三级编码为化验编码，用于化验室。在采样、制样、化验、入炉和监察环节的编码，采用条形码的方式，并对条码进行加密，防止工作人员泄漏编码信息。系统接样人员只能看到加密后的条形码，防止人为的干预。燃料智能管控系统与ＥＲＰ、燃料信息系统、汽车衡、轨道衡系统进行数据对接，采样、制样、样品编码对应关系数据，由燃料ＥＲＰ系统生成统一编码，燃料智能管控系统直接调用编码，燃料智能管控系统将采样、制样信息写入中间表，由燃料信息系统／ＥＲＰ读取。

2.5自动控制模式

自动控制模式也称为智能控制模式，主要是指操作人员通过时间表设定功能，可由管理员设定全年365天的运行参数（温差、频率、压差、供水温度等）；根据负荷预测结果，自动计算需投入的主机类型及数量；可智能调节冷冻水泵/冷却水泵/热水泵频率；智能调配供水温度设定；在无网络状况下继续自动控制，不会因网络原因影响设备运行。例如夏季建筑供冷和冬季建筑供热模式下，通过预设能源设备运行参数，全自动一键启停控制冷却水机组、热泵机组、冷冻水机组和现场阀门水泵等设备。根据操作人员是否在受控系统或过程的现场来看，全自动控制通过中央控制室DCS工程师站（ES）或操作员站（OS）上实现。

2.6氢储能

氢储能具有跨季节、跨区域和大规模存储的优势。氢储能可以实现园区微网中分布式新能源的就地消纳，并且提供比电化学能源更长的储存时间。氢能的储存方法大致分为物理储氢和化学储氢，物理储氢有高压气态储存、低温液态储存、地质储氢等，化学储氢技术有固态储存、有机液态储氢、液氨储氢等。制氢技术有化石能源制氢、工业副产制氢、可再生能源制氢。可再生能源制氢是清洁能源的重要技术路线，在可再生能源制氢中，电解水制氢则是基础。电解水制氢技术分为碱性电解水制氢、质子交换膜电解制氢和固体氧化物电解制氢等技术，碱性电解水技术最为成熟，但效率较低；固体聚合物／质子交换膜电解技术效率较高，装置结构紧凑，但成本较高；而固体氧化物电解技术的工作温度在800～1000℃，实验室条件下转化效率接近100％，但目前尚处于研究阶段。在建筑楼宇中，氢储能可以基于可再生能源制氢和氢燃料电池等技术，作为储能的重要补充手段。

结语

通过DCS控制系统的应用，实现“集中管理、分散控制、数据共享”的分层、分布式的拓扑结构，符合当前工业自动化控制系统发展潮流，能够实现能源岛内工艺参数及设备集中监测和生产过程的自动控制。该DCS集散控制系统具有操作的先进性和管理的智能化，同时集中应用了通信、大数据等先进技术，在保证能源设备正常运转的前提下，获得良好的技术、经济及社会效益，并能保证系统长期稳定高效地运行。

参考文献

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[3]熊虎.基于PLC的污水处理自动控制系统设计[D].长沙：湖南大学，2014.