СистемаSmart-MES

«MES-T2 2020»для любых

электростанций:ТЭЦ, ГРЭС, АЭС

ООО “Фирма ИнформСистем”www.Inform-System.ru

Екатеринбург, 2015 г.

Система Smart-MES

ООО “Фирма ИнформСистем” разработала и апробировала Инновационную Самоорганизующуюся Систему Smart-MES «MES-T2 2020» v.6.600 для реализации БЕЗЗАТРАТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ экономии топлива и для увеличения энергоэффективности тепловых электростанций при интеллектуальной автоматизации расчётов ТЭП в реальном времени.

ДЕМОНСТРАЦИОННАЯ ВЕРСИЯ инновационной Системы Smart-MES с расчётами фактических и нормативных ТЭП, с минутными и получасовыми расчётами перерасхода топлива и с оперативной аналитикой размещена на сайте:

http://www.Inform-System.ru

Идея технологии

В реальном времени с интервалом не более получаса рассчитывается нормативное топливо, которое сравнивается с фактическим.

Этого никогда не было, и в настоящее время нет ни на одной тепловой электростанции в России.

Фактический расход топлива на каждом временном интервале всегда больше или равен нормативному расходу.

Задача функционирования этой ТЕХНОЛОГИИ заключается в том, чтобы на каждом временном интервале фактический расход топлива был близок к нормативному.

В этом случае будет достигнут самый оптимальный вариант получения максимальной ПРИБЫЛИ Генерирующими компаниями за счёт большой экономии топлива.

Авторы Системы Smart-MESЧернов И.В. иЧернов В.Ф.руководители иразработчики.

Чернов В.Ф.10 лет работалв атомнойэнергетике наБелоярской АЭС,на ИгналинскойАЭС и на АЭСDukovany (Чехия)совместно сЦНИИКА.

Основной функционал

Система Smart-MES «MES-T2 2020» обеспечит автоматизацию следующих технологических процессов электростанции:

• Оперативный контроль над производством электрической и тепловой энергии;

• Расчёт технико-экономических показателей работы оборудования в режиме реального времени;

• Расчёт расходов на собственные нужды и потерь тепла и электроэнергии;

• Оценка отклонений фактических величин от нормативных; • Расчёт удельных расходов топлива и контроль текущего

топливоиспользования на БЩУ электростанции; • Оценка работы вахтенного (сменного) персонала; • Прогнозирование и оптимизация ресурсов.

Основная концепция

Расчёты фактических и нормативных ТЭП осуществляются каждую минуту (полчаса) в реальном времени с мониторингом на БЩУ оперативной информации по текущему перерасходу топлива и с запуском оптимизационных механизмов по загрузке оборудования.

АРМы Системы Smart-MES20000показателейрассчитываютсяза 1 секунду.

За полчасапросчитывается1000 вариантовуправления.

Внесениеизменений валгоритмырасчёта за5 секунд.

Самонастройка Smart-MESSmart-MESавтоматическинастраиваетсяпри компиляцииПроектовтехнологическихзадач.

Генерируются:меню задач,базы данных,экранныетаблицы,DLL-программы,и отчёты.

Проектзадачи

Автоматическаянастройка

Базаданных

Экранныетаблицы

Комплекс ПТОКомплекс ПТО

Интегральное исчислениеВ настоящеевремя на всехэлектростанцияхневернорассчитываетсяперерасходтоплива.

Он долженформироватьсятолькоинтегральнымисчислениемиз получасовыхрасчётов.

НормативФактПерерасход

dttbtQtbtЭtB

dttbtQdttbtЭdttB

t

tтэ

т

t

t

t

tэ

t

t

2

1

2

1

2

1

2

1

)]}()()()([)({

])()()()([)(Э - Электроэнергия Q - Тепло

b – Удельные расходы топлива

B - Топливо

Схема правильного расчётаРасчёты ТЭПв реальномвременипроизводятсятолько наминутныхинтервалах.

На остальныхинтервалахвычисление ТЭПосуществляетсянакоплением:суммированием,усреднением,взвешиванием.

Криволинейный график1. Неверныйсуществующийрасчёт ТЭП:f(Сумма(xi)/n)(0+1+2+3+4)/5=2f(2)=1,0

2. Правильныйрасчёт ТЭПСумма(f(xi))/n(0,4+0,5+1+2+4)/5=1,58

3. Ошибка(1,58-1)/1,58*100=36,7%

n

1i

n

1i

/nF(xi) (xi)/nF

Сейчас неверно, а должно быть так!

В расчётах нормативных ТЭП используются свыше 300 подобных графиков, но есть и ступенчатые.

Комплекс Smart-MES

• Программный Комплекс Smart-MES имеет в составе программу “Конструктор Проектов”, которая позволяет сформировать сложнейшие расчёты ТЭП в любом количестве для любой электростанции с любым составом оборудования и обеспечивает автоматическую настройку всего программного Комплекса, включая экранные формы и отчёты.• С помощью программы “Конструктор Проектов” производится для электростанции адаптация и наладка Комплекса необходимых задач. C помощью программы “Нормоскан” вводятся в Комплекс нормативные графики по оборудованию электростанции. C помощью программы “Импорт данных” выполняется стыковка Комплекса с существующими системами. • Инструментальный настраиваемый программный Комплекс Smart-MES позволяет в процессе эксплуатации системы добавлять новые задачи и вносить изменения в алгоритмы расчёта ранее созданных задач. Очень простой интерфейс программы “Конструктор Проектов” позволяет самим технологам без обращения к программистам производить необходимую коррекцию и отладку технологических расчётов, тем самым значительно ускоряя и упрощая процесс преобразования идеи в конкретную реализацию.

• Система может функционировать в локальном варианте и в многопользовательском варианте. Многопользовательский – режим Клиент-Сервер, Файл – Сервер или режим Терминальный Сервер. • Система может функционировать с использованием Приложения Клиент – Сервер с любым SQL-Сервером (Firebird, MS SQL Server, Oracle, Interbase и др.). • Система может функционировать в Интернете с использованием WEB – Приложения на MS IIS Сервере. • Система может выполнять функции Мониторинга Технологических Показателей с помощью программы ТЭС-Граф. • Система может обеспечить запуск задач в режиме реального времени.• Система может решать оптимизационные задачи и выдавать советы управляющему персоналу.

Клиент-серверная структураКлиент-серверная структураобеспечиваетполучасовыерасчёты ТЭП.

Файл-сервернаяоригинальнаяструктураобеспечиваетпоминутныерасчётыперерасходатоплива.

Клиент-Сервер

Приложение Клиент-Сервер/2 поддерживает работу со следующими SQL-серверами: Firebird, Centura SQLBase Server 6(+), Oracle Server 7.2(+) с SQL*Net 2.2(+), IBM DB2 Database, Interbase Server, Microsoft SQL Server 6.5, MySQL 3.23, PostgreSQL 7.1, Sybase ASE и ASA, Informix и ODBC datasources.

Приложение Клиент-Сервер/2 v.7.x работает по выполненным настройкам Комплекса Smart-MES v.6.x, т.е. функционирование Системы Клиент-Сервер по 3-х звенной структуре (SQL-Сервер Баз Данных, SQL-Сервер Приложений и SQL-Клиент) автоматически настраивается по результатам адаптации Комплекса ПТО.

Особенностью SQL-Сервера Приложений заключается в том, что все общие получасовые, суточные и месячные расчёты ТЭП выполняются на DLL-программах, которые автоматически создаются в Комплексе Smart-MES v.6.x.

17 инноваций Smart-MES• Текстовые Проекты задач; • Авто-оцифровка нормативных графиков; • Самоорганизация всей Системы от нажатия одной кнопки; • Авто-генерация DLL-расчётов; • Авто-формирование Сервера Приложений; • Авто-закачка таблиц и настроек на SQL-Сервер; • Авто-представление произвольной аналитики; • Динамический оптимизатор по минимаксной стратегии; • Авто-построитель ХОП (характеристика относительных приростов);• Интеллектуальный механизм оптимизации и прогнозирования;• Линейная оптимизация симплексным методом;• Испытание оборудования и режимная карта;• Оперативный Мониторинг без графического редактора; • Агент аварийной безопасности электростанции;• Векторный графический редактор древовидной структуры; • Авто-ZIP-Архиватор; • Авто-создание WEB-расчётов в Интернете

Экранная форма задачиСоздаётсяавтоматическипри компиляцииПроектов задач.

Из формызапускаетсяоперативнаяаналитика ипечать отчётов.

Здесь жепроизводитсяотладка расчётовна цифрах.

Оперативная аналитикаФормируетсяавтоматическипри запуске изформы задачи.

Настройкавыполняетсяв обзореПоказателей.

Формапредназначенадля созданияпроизвольныхЖурналов.

Конструктор ПроектовИнструментдля создания икомпиляцииПроектов задач.

Имеет множествотехнологических,математическихфункций иСимплекс-методдля оптимизацииресурсов вреальномвремени.

Нормативные графикиАвтоматическаяоцифровкаграфиков срастровыхизображений иручнаякоррекцияграфиков.

При работе снормативнымиграфикамиполиномыне используются.

Получасовая аналитикаВ реальномвременизапускаетсяимпортполучасовыхданных, расчётпоказателей иполучасоваяаналитика.

Принеобходимостизапускаетсядинамическийоптимизатор.

Экспресс-анализСтроится схемаэлектростанциииз котлов итурбиндревовиднойструктуры безграфическогоредактора.

Каждоеоборудованиеавтоматическиснабжаетсяграфиком.

Формирователь ХОПИнтерактивностроятся любыеХОП(ХарактеристикаОтносительныхПриростов) наполнойдинамическоймоделиэлектростанции.

Используетсядля оптимизацииресурсов.

Приложение Клиент/СерверПриложениеработает слюбыми SQLсеверами(Firebird,Interbase,MS SQL Server,Oracle и другие) по 3-х звеннойструктуре.

Приложениеавтоматическинастраиваетсяпо КомплексуПТО v.6.x.

SQL - КлиентSQL-Клиентобеспечиваетформированиеэкранных форм,ручной ввод,расчёт ТЭП ианалитику.

Здесь такжевыводятсяалгоритмырасчёта в видетекстовыхпроектов задачи нормативныеграфики.

Создатель СистемыСоздательпозволяетввести типыи структуруосновногооборудованияэлектростанциидля генерацииначальноговариантарасчётовфактических инормативныхТЭП.

Интеллектуальный механизм

Обучение или формирование базы знаний MES-Системы происходит в текущем производственном процессе. На получасовых интервалах при нулевом перерасходе топлива и при оптимальной загрузке оборудования производится фиксирование данного среза (Э,Q,B,Ri - электроэнергия, тепло, топливо, режимы оборудования) в базе знаний.

Имея базу знаний с набором различных сочетаний (Э,Q,B) за получасовые интервалы и план поставки (Э,Q) MES-Система легко и мгновенно рассчитает (B) топливо за любой период.

Тоже самое касается и текущего производственного процесса. Также по базе знаний, но с иным набором сочетаний (Э,Q,Ri) по графику поставки (Э,Q) MES-Система выберет оптимальный набор (Ri) режимов работы оборудования.

Симплекс-метод оптимизации

K11*X1 + 0 + 0 < Q10 + K22*X2 + 0 < Q20 + 0 + K33*X3 < Q3K41*X1 + K42*X2 + K43*X3 < Э1K51*X1 + K52*X2 + K53*X3 < Э2K61*X1 + K62*X2 + K63*X3 < T1K71*X1 + K72*X2 + K73*X3 < T2K81*X1 + K82*X2 + K83*X3 > ЭK91*X1 + K92*X2 + K93*X3 > T

X1 + X2 + Х3 MIN

X1,X2,X3 - затраты топлива котлами

Q1,Q2,Q3 - производство пара котлами

Э1,Э2 - выработка электроэнергии турбинами

T1,T2 - отбор теплоэнергии от турбин

Э - отпускаемая электроэнергия

T - отпускаемая теплоэнергия Kij - коэффициенты

Мониторинг ТЭПСхемы сотображениемграфики, текстаи параметровТЭП создаютсяв графическомредакторе.

Схемы могутбытьдревовиднойструктурылюбойвложенности.

Графический редакторВекторныйредакториспользуетпринципыконструированиясхем из линий иподготовленныхпримитивов.

Схемы могутбыть тепловые,электрические идля мониторингаТЭП.

График внедрения

№ Наименование этапаГрафик выполнения работ в

месяцах

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Поставка MES-Системы «MES-T2 2020», обследование и сбор материалов.

2Адаптация MES-Системы (реализация)

всех суточных (получасовых) и месячных задач, заведение нормативных графиков.

3Внедрение и сдача MES-Системы в

опытную эксплуатацию, осуществление импорта данных, подготовка журналов.

4 Сдача MES-Системы в промышленную эксплуатацию.

Экономический эффект

Проще всего экономический эффект рассматривать с точки зрения экономии топлива, т.к. его составляющая в тарифах на электроэнергию и тепло составляет 50-60%.

Факт полной ликвидации перерасхода топлива, которая составляет 10% от общего расхода топлива, внедрением MES-Системы опровергнуть трудно, так как точный расчёт перерасхода топлива отсутствует на всех электростанциях.

Под точным расчётом подразумевается получасовое вычисление перерасхода топлива с использованием реальных нормативных графиков и интегральное исчисление этих получасовых расчётов ТЭП на месячном периоде.

Месячный расход природного газа средней ТЭЦ составляет 95540 тыс.м3. Ориентировочная стоимость 1 тыс.м3 природного газа составляет 100 долларов или 3 тыс.руб. Таким образом, годовые затраты на топливо составляют 95540*3/1000*12 = 3439 млн.руб. Экономический эффект составляет 3439*10/100 = 344 млн.руб. при единовременных затратах на внедрение всего – 8,5 млн.руб.

Два основных момента

Автоматизация расчётов ТЭП электростанции в современных рыночных условиях должна включать два основных момента:

• Технологическая идеология автоматизированной Системы с позиции энергоэффективности электростанции;

• Технические характеристики автоматизированной Системы для обеспечения данной идеологии.

Технологическая идеология в первую очередь должна обуславливать экономический эффект.

Если имеется, благодаря MES-Системе, оперативная информация каждую минуту, а перерасход топлива (Bфакт-Bнорм), как и Логистический критерий топливоиспользования (Bнорм/Bфакт), зафиксированы в базе данных, из которой на мониторинг БЩУ выводится оперативная аналитика, то эксплуатационному персоналу некуда деваться, как искать лучшее управляющее текущее решение.

Вот здесь-то и создаётся экономический эффект за счёт появления принудительной мотивации у оперативного персонала по постоянному контролю за перерасходом топлива.

Золотая медаль