一種基于過程控制的燃料管理信息系統開發

單紅星，任志平

(國電江蘇電力有限公司諫壁發電廠，上海 212006)

1 項目目標

通過對國電諫壁發電廠燃料管理現狀的深入分析，將國電諫壁燃料管理系統改造項目建設歸納為以下目標(圖1)。

圖1 燃料系統改造結構

1.1 構建1個管理系統

構建國電諫壁發電廠燃料管理信息系統。

1.2 形成5化管理模式

形成燃料管理智能化、實時化、全面化、自動化、主動化的管理模式。

1.3 實現4項提升

提升對燃料成本控制與預測能力。

提升對燃料業務過程的管控能力。

提升對燃料信息處理與分析能力。

提升對燃料市場的靈活應變能力。

2 改造內容

系統改造主要從煤場管理、需求菜單、采購菜單、摻燒菜單、船舶調運、燃料KPI等六個方面進行改造，實現標準化與智能化管理模式。

2.1 煤場管理

系統中煤場管理模塊包含場存示意圖、煤場庫存臺帳、船運煤堆放、煤場搬倒、煤場調整以及煤場溫度管理等子模塊，實現對煤場的進煤、耗煤、存煤三方面進行管理。通過在系統中進行堆放和入爐操作，完成進煤、耗煤數據聯動，同時對煤場存煤實時動態管理，實現煤場管理數字化。

場存示意圖通過二維圖形的方式來對煤場狀態(進耗存、來船比例、煤種比例、供應商比例、始發港比例、量質價)進行全面直觀動態展示，包括煤場不同區域的存煤量、熱值、硫分、揮發分、灰分、煤價，并且在系統中可通過點擊單個煤場，顯示該煤場每層的詳細信息。

通過煤場庫存臺帳圖表的形式顯示各個供應商的各個煤種的庫存情況，煤場庫存臺帳包含庫存煤的來煤批次、供應商名稱、煤種情況、始發港口以及堆放時間、位置、堆放量等詳細庫存煤信息，同時展示各種庫存煤的低位熱值、硫分等煤質詳情，清楚的展現煤場庫存詳情。

船運煤堆放將入廠來煤航次、煤種、煤量以及審核狀態進行數據采集并匯總，實現對船運入廠來煤的精準管理。

煤場轉運記錄來源煤場轉運煤種的煤質和煤量信息；將來源煤場質量信息和目標煤場質量信息加權，記錄在轉運后目標煤場質量信息。

煤場調整是系統通過獲取船煤批次和初始堆放信息，結合盤煤數據，對煤場中某一煤種的存煤量及其存煤區間進行調整修正，實現存煤的動態精確管理。

煤場溫度管理通過煤場分區，每月定時對煤場各區域進行煤堆溫度測量，并且按照煤場溫度的高低，將煤場的溫度分為“低溫/正常溫度/高溫/高溫警報”溫度段，并以四種不同的顏色顯示，便于管理人員進行查看以及對煤場溫度管理(圖2)。

圖2 煤場管理首頁圖

2.2 需求菜單

系統中需求菜單模塊包含生產計劃、需求計算、需求菜單三個子模塊，通過電量計劃以及下月的檢修計劃，結合煤炭市場信息，以綜合發電成本最低進行優化計算，生成對煤種、煤量的需求信息，實現對需求的標準化精準化管理(圖3)。

生產計劃模塊中，系統按機組期數來錄入總計劃電量與總計劃供汽量，并通過公式折算出所需求總參考耗原煤量，實現生產計劃的清晰展示。

需求計算中通過需求計算尋優對計劃電量與計劃供汽量進行計算，從而得出總需求煤量，同時在系統中進行展示，便于管理者知曉各個機組每月的需求情況。

需求菜單通過選擇年份、月份、期數，調取各個機組的計劃電量、計劃供汽量、參考耗煤量，并將原煤價與運費進行統一展示，便于相關管理人員對需求計劃進行了解。

圖3 需求菜單匯總列表

2.3 采購菜單

系統中采購菜單模塊包含價格和指數、期初庫存信息、采購約束條件以及月度采購計劃等子模塊，采購菜單通過建立采購策略尋優模型，通過預計計劃電量及工況，推算下個周期的各煤種消耗量，參照庫存結構控制控制目標(庫存煤量目標及庫存煤質目標)，反推補償采購量(或建議采購量)，尋優采購燃煤成本最低，綜合擬定采購策略。實現“摻燒指導采購、市場指導摻燒”的管理思路。

價格與指數是對當前市場煤炭價格信息的匯總，通過對煤炭市場成本的計算展示，對煤炭成本進行相應的估算，在保證煤炭成本最低的情況下進行采購(圖4)。

圖4 采購菜單綜合信息

期初庫存信息可按月度設置煤場期初庫存，根據當前時間，獲取煤場實時庫存信息，可人為手動調整。采購約束條件中通過設置期初煤場庫存耗用及庫存耗用熱值，設置期末預計庫存總量及期末預計熱值，并提取自動關聯計劃電量及耗煤量信息模塊，獲取耗煤邊際熱值及邊際耗煤量，通過提取自動關聯煤炭市場信息提供對應月份燃煤單位市場信息，通過以上條件設置月度采購約束條件，從而生成最佳采購指導。實現燃料采購的成本可控。

2.4 摻燒菜單

系統中摻燒菜單模塊包含摻燒監控、摻配因子、負荷計劃、配倉方案、取煤方案、摻燒分析、摻燒評價、摻燒歷史以及成本分析等子模塊。摻燒菜單實現對摻燒的實時監控，摻燒尋優通過設定摻配因子，以煤種約束、煤倉約束、煤場煤量約束為條件，通過輸入可上倉煤種的量質價、機組和煤倉的約束信息、摻配比例的約束以及給煤機最大出力和負荷時間段，進行摻配尋優計算，輸出燃料成本最低的配倉方案，該配倉方案中包含各煤倉中燃煤的種類與比例，同時還包含各方案的機組平均煤質信息和原煤價格，實現精準配倉，智能摻燒。

摻燒監控將各原煤倉的進出煤狀態實時反映到頁面中，包括每種上煤在各原煤倉中的剩余煤量，原煤倉中的煤質情況，實現對各個機組的動態實時化監控。

摻配因子對摻配機組的煤質范圍進行約束設置，指出給個煤質的最小值和最大值，同時設置各個機組下每個煤倉的煤質范圍約束，并且設置各個機組“負荷-供電煤耗”計算公式，清晰的展示系統摻燒約束。

負荷計劃模塊支持每天采集網調/省調下發負荷計劃，通過新增負荷詳情或文件方式導入到系統，并對電廠各機組每日的發電計劃進行登記，獲取數據后生成日負荷計劃曲線，指導配煤摻燒。

配倉方案中通過負荷計劃、當前機組運行狀態、機組煤質要求、煤倉煤質要求，結合煤場存煤情況，以綜合發電成本最低為目標，編制配倉方案，指導取煤操作。實現精準配倉操作，為精確摻燒提供保障。

取煤方案中在選定配倉方案后，通過輸入爐燃燒特性、負荷情況及配倉方案，在滿足機組約束、煤倉約束、安全約束、比例約束、便利性約束和煤量約束的條件下，利用數學規劃方法，通過內置模型進行智能尋優計算，得到燃煤成本/燃用煤原煤均價最低的取煤方案。

摻燒分析通過對今日計劃負荷與今日實際負荷的展示，實現摻燒實際方案與計劃方案的對比分析展示。摻燒評價通過煤炭耗用量、摻燒煤種、摻燒比例、摻燒熱值、入爐標煤單價、摻燒經濟煤種、經濟煤種標煤單價等，得出本次摻燒節約成本，生成對本次摻燒方案的評價。

圖5 摻燒菜單監控圖

摻燒歷史模塊通過集中所有摻配歷史取煤方案，展示指定機組不同負荷計劃時間段特定發電出力下取煤地點、摻配比例、流向倉等信息，建立摻配模型和燃煤摻配歷史數據庫，從而為后續摻配方案提供參考(圖5)。

成本分析模塊中通過經驗公式設置成本模型計算綜合發電成本，預測每種煤在不同機組容量條件下的綜合發電成本，以此作為摻配的尋優目標。

2.5 船舶調運

系統中船舶調運模塊包含采購計劃拆分、本月啟用船舶、船舶調運分配、船舶調運跟蹤以及船舶效率聯動費用等子模塊。船舶調運通過已經制定并審批結束的“采購計劃”，并進行拆分，結合船舶運行情況，合理地對采購的煤種安排船舶進行調運。

采購計劃拆分從月度采購計劃中進行取值，相應管理人員可對計劃進行拆分操作，實現具體的采購計劃列表。

本月啟動船舶子模塊包含本月所啟用船舶批次、船名、載重、到港時間、裝港時長等基本信息，實現對船舶入廠的精準管理。

船舶調運分配將采購計劃于對應的船舶進行匹配，將船舶分配到對應的采購計劃，實現精細化管理，同時可顯示未分配采購計劃、未分配船舶，便于管理人員進行相關操作。

船舶調運跟蹤以日歷表的形式，將各個船舶的計劃到廠時間顯示在日歷圖中，同時船舶調運計劃詳情可展示各個船舶的狀態信息與調運情況。

船舶效率聯動費用展示船舶的詳細信息與結算金額，實現調運成本的展示(圖6)。

圖6 船舶調運跟蹤圖

2.6 燃料KPI

系統中燃料KPI模塊包含燃料KPI指標、月度標煤單價、船舶調運實況圖以及單船全流程數據等子模塊。燃料kPI模塊通過展示煤場詳情與標煤單價，實現對煤炭成本的管理與監控。

燃料KPI指標子模塊以圖形化的方式多維度地展示煤場庫存，用曲線圖的顯示入廠入爐標煤單價、摻燒率，直觀地顯示燃料關鍵指標，便于管理者掌握燃料的關鍵指標。

月度標煤單價模塊將上一年度的入廠標煤單價、本年度入廠標煤單價以及本年度當月考核值進行展示，清晰的顯示標煤單價變動情況，便于管理者掌握標煤單價變動信息。

船舶調運實況圖以日歷的形式顯示來船的狀態信息，并且可通過點擊日歷顯示船舶的詳細情況，便于對船舶調運的整體情況進行監控管理。

單船全流程數據將各個船舶的入廠時間、供應商、航次、接卸時間、接卸位置、煤量、煤種等信息進行展示，實現船舶從入廠到出廠的全流程過程管控，實現了燃料接卸的可視化(圖7)。

圖7 燃料KPI指標圖

3 建設效果

國電諫壁發電廠燃料管理系統改造項目實現了系統在管理方面的提升，同時響應了三單六化的建設需求，推進燃料思路的開拓以及管理方式的升級，標準化燃料管理流程，實現燃料管理關鍵節點的優化，降低了燃料成本，增加了綜合效益。具體實現了如下建設效果：

3.1 采購尋優實現成本可控

根據機組下月計劃發電和供熱負荷要求，結合發電負荷適應煤質、燒舊存新、煤場庫存結構及庫存目標綜合考慮，通過規劃求解尋優模型生成滿足負荷計劃、煤場庫存耗用增補的采購方案，實現燃煤采購綜合成本最低的尋優流程管理。

3.2 卸煤尋優實現精細堆煤

根據船運來煤礦點、供應商、煤質、煤量情況，結合煤場堆存規則、煤場庫存情況，提供基于供應商礦點匹配、煤質匹配，提供具有參考性及操作性堆放建議，促進煤場精益管理，為配煤摻燒提供堆放支持。

3.3 配倉尋優實現精準配倉

系統根據負荷計劃、當前機組運行狀態、機組煤質要求、煤倉煤質要求，再結合煤場存煤情況，以綜合發電成本最低為目標，編制配倉方案，指導取煤操作，實現精準配倉。

3.4 摻配尋優實現智能摻燒

通過設置燃燒目標參數，建立摻配摻燒數學模型，提供安全、經濟、環保的取煤方案，將不同種類、不同性質的煤場堆煤及入廠來煤應用最佳比例混配，實現燃煤摻燒智能化標準化。

3.5 過程管控實現價值可視

系統內置實時成本計算模型，實現電廠燃煤成本最低核算。通過燃煤采購尋優及摻配尋優形成經濟運行管理全過程指導意見，建立燃煤從采購到入爐全過程管控機制。