应用更新:综合工厂控制系统

威斯达能源天然气调峰工厂帮助解决可变风力输入问题，并通过集成工厂控制在智能电网中平衡电力流，成本比预期低12%。

2011年7月6日

为了满足堪萨斯州日益增长的电力需求，该州最大的电力供应商威斯达能源公司(Westar Energy)制定了一项能源计划，其中包括投资广泛的发电选择，包括可再生能源和传统燃料发电。

“Emporia能源中心的设计考虑到了Westar的许多不同需求。该项目考虑了当前和未来的风能扩张、环境管理、未来的客户负荷增长以及近期和未来的能源市场变化，”Emporia能源中心工厂经理Larry Graves说。“Westar选择建造一个设施，如果一个(航空衍生燃气轮机)以最低负荷运行，那么整个工厂的基本负荷运行为665兆瓦，该设施将有机会产生至少10兆瓦的电力。”

快速启动燃气轮机

为了支持这一整体能源计划，Westar energy在堪萨斯州Emporia附近的Emporia能源中心建造并运营了一座新的简单循环发电厂。该设施被设计为天然气调峰厂，旨在在客户需求最高的时期运行，主要是在炎热的夏季，使用航空衍生燃气轮机。

Emporia能源中心航空衍生涡轮的快速启动能力也使该工厂以及其他Westar设施成为Westar可再生能源舰队的推动者。除了燃气和燃煤发电，Emporia能源中心旨在帮助Westar解决该公司在堪萨斯州购买或生产的近300兆瓦风力发电的可变风能条件。

Emporia电厂比原计划提前两个月完工，且低于预算，因此每千瓦的安装成本比原计划低12%。尽管该电厂的设计功率为625兆瓦，但目前的额定功率为665兆瓦，足以为堪萨斯州的40万户家庭供电。

能源中心第一期工程于2008年6月完工，开始生产能源以满足客户需求。第二期工程已于二九年二月底完成，比预期提早约两个月。工程总成本约为3.05亿元，较原计划减少约1300万元。

该项目的一个独特之处在于将航空衍生产品和重型燃气轮机结合在一个集成系统中。该工厂包括四台航空衍生燃气轮机，每台额定功率为41兆瓦;还有三台重型燃气轮机，每台额定功率为154兆瓦。

威星能源需要确保工厂自动化和分布式控制系统(DCS)能够有效地与水轮发电机控制集成。此外，Westar希望尽可能多地使用通用功能，从而减少接口，缩短工程和安装周期，并为未来提供直接的升级路径。

Westar Energy的目标是实现短周期项目执行，降低资金成本，同时降低维护成本。综合工厂控制系统是实现这些目标的关键因素。

涡轮机供应商安装了一个全厂控制系统，以满足Westar Energy的进度和性能目标。3台重型燃气轮机配备了涡轮控制系统，4台航空衍生涡轮配备了来自同一制造商的不同涡轮控制系统，此外还为工厂控制系统提供了分布式控制系统。

该控制系统通过将涡轮机和电厂平衡(BOP)设备的控制集成到一个具有最新控制技术的集成系统中，有助于提高电厂性能。控制系统的高可靠性对于工厂的快速启动能力至关重要，以支持峰值负荷的需求，以及作为Westar风力发电的备用电源。

控制、保护和监控系统采用分布式架构，支持涡轮滑块上的本地I/O，并将远程监控系统与5类或光纤100mb以太网集成。DCS采用双冗余控制器和单工I/O。三冗余控制用于涡轮控制和安全系统。根据应用程序的需要，I/O以单形、双或三冗余配置分布。

控制系统有一个公共的时间相干数据库。该数据库还包含来自集成控制系统中其他控制的数据，如励磁、静态起动器和plc。公共数据库可以简化系统配置，为操作和诊断分析提供高质量的数据。

综合控制优势

工厂综合控制系统包括:

主控室机柜、人机界面、工程工作站、设备历史机
主要DCS柜、I/O柜、网络交换机。

在整个工厂使用通用硬件可以减少备件和培训成本，以及与启动相关的时间和费用。虽然通用硬件平台可以降低备件成本，但为所有工厂设备提供一个集成的单一控制系统是有价值的。所有设备操作员屏幕、过程数据、警报和事件、跳闸和趋势数据的公共接口有助于提高操作员的生产力和操作意识。系统工具可以通过一个数据库更彻底地分析数据。

这种方法消除了设备和单元级控制的传统集成，从而降低了系统复杂性、启动问题、调试时间和项目风险。这些特点有助于简化工厂设备和人员的生命周期维护和培训。

中央控制系统使得从工厂的任何控制台都可以看到工厂的运行情况。这使得物理上位于1号机组终端的操作员可以查看和控制所有其他机组的功能。

集成防喷器控制将机组和工厂控制的协调转移到涡轮机和自动化供应商，包括集成的工厂验收测试(FAT)。

电厂设计经验与先进的控制技术相结合，将效益扩展到整个工厂的运行。自动发电控制系统从厂外向DCS发送信号，以便机组对该信号作出反应。

除了通过全厂控制系统提高工厂性能外，Westar还对快速启动和高效率感兴趣。航空衍生燃气轮机可以在大约8分钟内实现基本负荷运行，为Westar发电组合增加了灵活性。2008年，核电站预计在夏季的几个月里大部分时间都在运转。

2008年运营数据商场能源中心
单位#	服务时间	单位开始
1	1025	131
2	1044	128
3.	1127	141
4	1116	145
5	382	56
6	没有委托
7	没有委托

来源:西星

由于航空衍生涡轮的启动速度快、发热量低、启动成本低，其运行剖面更接近于中间运行容量，而不是峰值。重型燃气轮机在峰值状态下运行，目前每台涡轮机每年的预期启动量小于40台，如2009年运行结果表所示。

2009年运营数据商场能源中心
单位#	服务时间	单位开始
1	2036	230
2	2199	250
3.	2191	246
4	2101	240
5	293	57
6	457	73
7	408	60

来源:西星

Emporia能源中心最初由一名工厂经理和三名燃气轮机技术人员组成。在超过预期负荷的情况下运行了大约一年之后，又增加了两名技术人员来适应延长的运行时间。自动化使得扩展后的能源中心能够在预定的人力小时内安全地提供更多的服务。此外，格雷夫斯说，该设施“可以在不到10分钟内将高达165兆瓦的电力投入电网，剩余的500兆瓦电力在20分钟内完成，并能够创建一个旋转储备池，或调节超过300兆瓦的能源，用于管理Westar的风能项目或任何其他可能出现的系统突发事件。”Emporia能源中心的灵活性几乎是无限的。”

控制:集成的好处

集成的控制: