数字化ECMS系统的应用研究

林国源

摘要：本文主要介绍ECMS系统的发展历史、基本功能、配置结构和案例分析，系统需要解决的问题，以及未来的发展趋势和前景。关键词：数字化;ECMS系统;应用;研究

一、ECMS系统研究现状

ECMS系统旨在提高电厂电气系统自动化和运行管理的效率。应用计算机技术、测量保护及控制、现场总线及网络通信技术设备促成电气工程运行、保护、测量、控制及不良信息。发电、广播及电网系统管理及系统故障信息管理综合自动化的现场煤炭在线监控及管理系统，比如故障诊断及电气工程使用性能优化。早期ECMS系统采用全布线方案集成到DCS系统中，系统技术落后，投资成本高，二次布线复杂，接入信息量有限成为电厂和设计单位众所周知的劣势。广泛的鉴于现场总线形式的ECMS系统借助于间隔层智能集成测控章节的冗余现场总线接口，基本实现了一定程度的控制。ECMS整体通讯控制形式，控制总体水平进一步提高，DCS系统的DI.DO还大大减少，AI、PI等等卡的数目及二次布线的任务量成为主流形式.现阶段ECMS系统中的现场总线有多种类型，各有优缺点，Prafibus现场总线模式在电厂自动化领域得到广泛应用。现场总线技术虽然先进，但是操作方式依然是主从问答方式，设备的互操作性也没从根本上促成。继IEC61850数字化技术设备在智能变电站监测系统中的成功应用之后，该类技术设备所提倡的设备互操作性已经具体应用于发电厂ECMNS系统应用中具备一定共性的许多实际工程项目实践中。

（1）DCS支持的通讯方式较少，因此DCS与ECMS之间的通讯一般采用MODBUSRTU通讯方式，信息显示在间隔层的DCS屏幕上，需要多协议转换，耗时较长。它用于现场，通常需要3到6秒或更长时间才能满足现场的操作要求。（2）不能将DCS系统通信点用作逻辑点。也就是说，通过通信传输的信息内容只能在操作员站查看，不能参与逻辑控制。控制器、DCS系统不允许操作员获得足够数量的工厂电气信息，因为通常对信息点的数量有严格的限制。（3）ECMS系统仅作为监控系统使用，通常没有操作员站，整厂电源反接，DCS系统检查后才能参与系统控制。（4）在投资成本上，采用这种形式的DCS节省了一些AI、DI卡和线缆，但增加了一块通讯卡与ECMS系统进行通讯。以2×600MW发电厂为例为，华东电网设计研究所将该类设计方案的投资与现有DCS设计方案的投资展开较为，得出建设项目总投资降低大约20万元，具备投资资源优势.这个时间表没获得彰显。

二、ECMS的系统结构和案例

从结构上看，ECMS系统采用分层分布、开放式体系，可以选择Windows或者Unix实时操作系统.整个系统可分成三层：

第一层：间隔层。那一层主要是根据完成各种专门基本功能的智能设备。那包括厂电中压6kV/10kV系统维护控制装置、厂电低压400V系统智能传感器以及测控装置、厂电快速切换装置、低压备用变压器自动切换装置、自动半同步控制装置、少电压地线选择器、电压地线选择器等等。这些智能设备通常选用嵌入式软件及硬件技术开发，比如CPU、AD、RAN.EEPROM、现场总线及以太网外部通信接口。

第二层：通信管理层。该层包含通信网络和通信管理设备。它们主要由上述各种智能设备、DCS系统、电气背景监控系统以及电厂其他智能设备（发电机保护、励磁调节器等）组成。与其余电厂系统（比如电厂级监控系统SIS）的通信。通讯形式采纳制造业以太网及PROFIBUS、CAN等等现场总线。通信管理设备可以促成不同现场总线接口标准的互连及不同通信协议的转换。

第三层：站控层。站控层主要由计算机软硬件以及各种专业应用软件组成，是完成全系统数据采集、处理和显示的全系统控制管理中心。它监控功能和管理，并得到相应的批准。可以控制相应的设备。随着电厂自动化总体水平的提升，ECMS系统更强调运行管理基本功能，提供丰富的管理应用软件。

站控层应用软件平台一般采用window/Unix操作系统。整个硬件及操作系统完全符合国际制造业规范，具备开放性强、实时性低、数据吞吐量大、运行安全稳定、便捷等等特性。应用软件除了传统的SCADA（DataAcquisitionandMonitoring）软件外，还扩展了生产运营管理，包括故障分析管理、波浪分析、工厂电能抄表、在线设备分析等多种先进的管理应用软件。诊断、工厂用电拓扑分析、控制电源管理、事故召回与逆转、工厂用电统计与节能分析、操作票专家系统、电气仿真集成等具有强大的设备维护管理功能。

三、ECMS系统需要注意和解决的问题

（1）目前ECMS系统与DCS系统之间的通信接口没有统一的规范，需要根据具体项目确定实施方案。国外进口DCS晶体仍占有较大份额，进口DCS的开放性受到严重限制。DCS通信周期和数据包长度对实时通信有显着影响。这是ECMS系统厂商和DCS系统厂商合作的问题，系统对接比较困难。ECMS系统厂商需要加大通信接口和协议的开发力度，提高与DCS系统的通信质量。（2）对于DCS厂商来说，取消大量的发射器和I/O卡对市场利润有一定的影响，需要在通信接入上投入精力，难免有一定的阻力。（3）ECMS通信方式比有线方式信息通信链路多，可靠性和实时性有一定差距，目前通信信息仅限于监控信息。用户期望的完整通信目标尚未完全实现。（4）电气联锁问题。发电厂有许多联锁电路，其中大部分在过去都是接线的。在ECMS系统中，实现电气联锁功能基本没有问题，但实时性略有差距。（5）ECMS节点多，去中心化强，需要分阶段建设多个单元。对系统信息量、网络平台构架扩展性、设备售后服务能力有比较低要求。解决方案依赖于生产商。网络通信中断、信息内容更新缓慢等等难题困扰用户，增多系统维护量，影响ECMS实施的有效性和应用的可靠性。（6）DCS开始运行后，ECMS的使用率相对较低，关注度较低，因此ECMS目前的电气维护功能还不够。

结束语

考虑到实际应用中的问题，本人认为通过ECMS生产商、DCS生产商、发电厂、设计部门的密切配合，合理规划，正确施行，一定会解决。因为ECMS系统的成熟及稳定及通信技术设备的一直发展，坚信在不久的未来，它们能真正被用户广泛知晓及应用。

参考文献：

[1]王文龙，刘明慧.智能变电站中SMV网和GOOSE网共网可能性探讨[J].中国电机工程学报，2011，（z1）.55-59.

[2]付立思，刘睿.火力发电厂电气监控系统的应用及发展趋势[J].湖北电力，2010，（1）.50-51，60.

[3]王璐，王步华，宋丽君，等.基于IEC61850的数字化变电站的研究与应用[J].电力系统保护与控制，2008，（24）.90-92，100.

[4]郑新才，施魯宁，杨光，等.IEC61850标准下采样值传输规范9-1、9-2的对比和分析[J].电力系统保护与控制，2008，（18）.47-50.