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4.2 国内外现状 |
未来学家里夫金提出互联网与能源体系交汇的设想 [ 5 ] ，认为信息技术与能源的融合将根本改变能源的开发利用。可再生电力传输和管理系统FREEDM正在北卡罗莱那州州立大学研发，大数据信息处理与能源优化相结合取得进展，初步具备能源互联网特征 [ 18 ， 19 ] 。
美国可再生能源国家实验室NREL以及伯克利劳伦斯国家实验室LBNL、阿贡国家实验室ANL等，研究电、热、气等多能源综合集成，提高可再生能源利用率，加快应用与推广 [ 20 ～ 22 ] 。
德国政府的能源创新计划（E-energy），提出类似CPES或者能源互联网的概念。苏黎世联邦理工（ETH）学者提出能量枢纽（energy hub，EH），建立能源、负荷、网络之间交换和耦合关系模型，描述电、热、气等多种能源间的转化、存储、传输等 [ 23 ， 24 ] 。
我国CPES或能源互联网虽刚起步，但相关工程项目正在规划和启动，如全球能源互联网、国家风光储输示范工程等。中国电科院周孝信院士等提出了以电力为核心的新一代能源系统 [ 2 ] 。国家电网公司、清华大学、天津大学、浙江大学等团队深入研究了能源互联网的技术内涵和特征、价值与实现架构，提出能源供给和消费、输送载体、多源大数据以及协同优化调控等几个方面的应用框架模型 [ 3 ， 25 ～ 28 ] 。清华大学、东北大学、上海交通大学团队等分析了网络拓扑结构模型及信息物理融合系统的特点，研究基于能源路由器的能源互联 [ 29 ～ 31 ] 。华北电力大学团队提出并分析了能源互联网的广义“源、网、荷、储”协调优化运营模式 [ 32 ] 。
火力发电是目前电力工业的主体，火力发电技术的创新要着重考虑电力生产对环境的影响以及对不可再生能源的影响。虽然非化石能源发电（核电、水电、风电、太阳能发电等）有了很大的发展，但是从发电量占比、机组出力、负荷调节及电价经济性等方面综合评价，火力发电仍占据我国电力系统的基础性地位。截至2015年年末，化石能源发电在全部电力装机容量中占比高达65.8%。然而受电力消费持续疲软、火电机组装机过剩、煤电机组承担高速增长的非化石能源发电深度调峰和备用等因素影响，火力发电设备利用小时数屡创新低。2015年年底，发电设备利用小时大幅下降至4329h，而到了2016年年底，发电设备利用小时数已经下降到不足4000h。火力发电供应过剩严重挤占了风电、光伏发电项目的发电空间，导致“弃风弃光”形势进一步恶化。为此，2015年下半年以来，国家出台了一系列政策严控煤电行业装机容量增长过快的势头，同时大力促进清洁能源发展，推动电力生产结构优化，这在中长期也将对火力发电行业形成明显的挤出效应，影响火力发电行业未来的发展。
中国产业调研网发布的2016年中国火力发电市场现状调研与发展趋势分析报告认为，目前政府对清洁能源的建设热情，并不会改变未来数年内火力发电在中国电源结构中的支配地位。考虑到核电及水电项目建设周期较长，风电和太阳能发电受成本及技术等因素制约难以迅速扩大规模，未来中国北煤南运、西电东输的能源格局仍将长期存在。
在此形势下，对于现役火力发电机组，优化运行是目前主要的研究方向，例如煤质扰动下的燃烧优化、受热面吹灰优化、汽轮机滑压运行优化、冷端系统凝汽器背压优化等，以提高机组的运行效率。此外，目前不仅要求全厂的自动控制系统投入率达到100%，还对控制品质指标提出了更高的要求。因此，火力发电厂自动化设备和系统的数字化和智能化是当今的发展方向。
（1）火力发电厂控制设备数字化
火力发电厂控制设备的数字化经历了从最初的直接数字控制系统（DDC）、数据采集系统（DAS）、单回路数字调节器、分散控制系统（DCS）直到今天的现场总线控制系统（FCS）近60年的发展过程。在这个发展过程中，直到DCS的普遍应用，才完成了火力发电厂自动控制系统的全面计算机控制，即数字化控制。只有在全厂全面使用FCS进行控制，才能最终实现火力发电厂控制设备数字化。
从1975年第一套诞生到现在，DCS得到了突飞猛进的发展。从总的发展情况来看，DCS的发展主要体现为：系统的功能逐步从现场控制站向监控层、生产调度管理层发展；系统改变了以前由单一回路进行控制的局面，目前综合了顺序控制、协调控制、逻辑控制以及专家控制等综合控制功能；先前整套系统都是由厂家自己独立生产的，现在逐步变成了开放的市场选购。开放性带来的系统趋同化迫使厂家将DCS向与生产工艺相结合紧密的高级控制功能的方向发展，以求与其他同类DCS产品厂家的差异化。随着数字化的发展，使得现场控制站的功能和整个系统体系的结构发生了重大的变化，使整个系统朝着更加智能化、分散化的方向发展。从具体产品来说，DCS从诞生到现在，发展过程经历了初创期、成熟期、扩展期，现在已经形成了新一代DCS产品。
20世纪末，经济全球化和专业化分工，特别是发展中国家的崛起，加剧了世界加工行业的竞争。用户进一步提高了对企业的效率和效益的要求。用户不再单纯地去提高单个装置的自动化水平，而是想把单个的生产过程甚至是整个工业的生产过程作为一个整体来进行控制，保证其正常运行。而且要求所采用的控制系统具有实时性、系统性、全面性和准确性。正是在这种工业生产的背景下，各DCS公司分别推出新一代系统，如ABB公司的Industrial IT、西门子公司的电站专用DCS系统TELEPERMXP等。TELEPERMXP系统功能强大、质量可靠、具有完全的开放性和完善的技术支持，能够提供电厂测量和控制涉及的所有功能。近年来，西门子公司还推出了SPPA-T3000系统，并在国内电厂项目陆续得到应用。
日益走向成熟的现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control Systems）是继DCS之后的新一代控制系统。现场总线（Field Bus）是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。在FCS中，每台现场仪表（如变送器、执行器、电动门和开关柜等）就是一台微处理器，既有CPU、内存、接口和通信等数字信号处理功能，也有非电量信号检测、变换和放大等模拟信号处理功能。因此，实现现场设备数字化，FCS是最理想的控制设备。但遗憾的是，FCS发展到今天还没能完全实现现场总线控制模式，其主要原因是，若要实现现场总线控制模式，现场设备数字化是关键，由于技术和商务的原因，没办法使生产现场设备的厂家达成标准的现场总线协议。因而，目前的现场总线控制系统（FCS）大都是由DCS扩充而成的，现场总线仪表的占有率最多也才达到50%。
（2）国内控制设备发展与应用
我国分散控制系统的应用始于1982年。石化企业的第一套分散控制系统应用在上海某公司炼油厂，引进Foxboro公司的Spectrum系统用于常减压装置生产控制。从20世纪90年代初我国一些企业引进和消化国外先进技术，生产具有自主知识产权的DCS产品，经过多年努力已经取得可喜的成果，如上海新华的TiSNet-P600过程控制系统、北京和利时的HOLLiAS MACS系列分布式控制系统、国电智深公司的EDPF-NT分散控制系统、浙大中控的WebField ECS-700分散控制系统、山东鲁能控制工程有限公司与华北电力大学韩璞教授团队联合开发的LN2000、上海颐能信息科技有限公司与华北电力大学韩璞教授团队共同开发的EthCCS2.0现场总线控制系统等。
①上海新华TiSNet-P600过程控制系统 TiSNet-P600过程控制系统是采用新华33系列I/O模件，以新华32位CPU组成的新华控制器XCU为核心，根据不同工业现场环境要求灵活配置，构成光纤环网型网络结构和星型网络结构的DCS系统。TiSNet-P600由新华冗余的控制器XCU、以太网交换机、电源、33系列I/O模件、通信网络和人机接口站HMI组成。采用可视化图形组态软件和视窗架构的人机界面，分布式实时数据库在网络上共享，能适应各种类型的工业生产过程分散型控制、监视、信息和数据处理。系统运行新华集团公司配套的TiSNet软件包OnXDC，包括xHMI人机接口站、人机界面可视化图形组态软件和图形组态编程软件。提供各种预定义的功能块，提供由用户可自定义新功能块的工具。xCU图形组态编程软件具有非常丰富的控制算法，符合IEC 61131-3标准的应用指令和控制算法的多种编程方式。提供SAMA图形式的逻辑图，用户直接以软件存盘或打印存档。
②北京和利时HOLLiAS MACS系列分散控制系统 北京和利时HOLLiAS MACS系列分布式控制系统是和利时在总结十多年用户需求和多行业的应用特点、积累三代DCS系统开发应用的基础上，全面继承以往系统的高可靠性和方便性，综合自身核心技术与国际先进技术而推出的新一代DCS，目前包括两种型号：HOLLiAS MACS-S系统、HOLLiAS MACS-K系统。
MACS-S系统适合于大规模或超大规模且安装密度适中的项目，采用SM系列硬件。I/O模块和端子模块分别安装在机柜正反面，适合安装空间规划严格和安装密度适中的场合，日常维护主要在机柜后面的端子侧进行。
MACS-K分布式控制系统拥有开放的系统软件平台，可根据不同行业的自动化控制需求，提供专业技术解决方案。采用全冗余、多重隔离和诊断等可靠性设计技术，并吸收了安全系统的设计理念，从而大大提高了系统的可靠性和可用性。系统的I/O模块和端子底座组合设计并具有斜装结构，适合安装密度高、空间较小的场合，散热性能较MACS-S系列更好，机柜模块安装容量更大。I/O模块全部采用防腐处理，通过了G3环境试验和CE认证，保证了系统安全可靠使用。
③国电智深EDPF-NT分散控制系统 EDPF-NT分散控制系统是一个融计算机、网络、数据库和自动控制技术为一体的工业自动化产品，实现自动控制与信息管理一体化设计。该系统是吸取国际上众多同类系统的先进思想，并结合我国国情而设计开发的一套先进过程控制系统，以面向功能和对象而实现的“站”为基本单元，专门设计的分布式动态实时数据库用于管理分布在各站的系统运行所需的全部数据。具有开放式结构和良好的硬件兼容性及软件的可扩展性。可广泛应用于火电站、水电站、冶金、化工、造纸、水泥和污水处理等行业的过程自动化控制及信息监视与管理。
EDPF-NT分散控制系统支持面向厂区级应用的基于分布式计算环境（DCE）的多域网络环境。采用“域”管理技术，成功解决多套控制系统管理互联及集中监控功能要求。
④浙大中控WebField ECS-700分散控制系统 ECS-700系统是WebField系列控制系统之一，是在总结JX-300XP、ECS-100等WebField系列控制系统广泛应用的基础上设计、开发的面向大型联合装置的大型高端控制系统，其融合了先进的控制技术、开放的现场总线标准、工业以太网安全技术等，为用户提供了一个可靠的、开放的控制平台。ECS-700系统按照提高可靠性原则进行设计，可以充分保证系统安全可靠；系统内部所有部件均支持冗余，在任何单一部件故障的情况下仍能稳定正常的工作。同时，ECS-700系统具备故障安全功能，模块在网络故障的情况下，进入预设的安全状态，保证人员、工艺设备的安全。ECS-700系统具备完善的工程管理功能，包括多工程师协同工作、组态完整性管理、单点组态在线下载等，并提供完善的操作记录以及故障诊断记录。ECS-700系统作为开放的控制平台，其融合了最新的现场总线技术和网络技术，支持HART、FF、PROFIBUS、MODBUS、EPA等国际标准现场总线的接入和多种异构系统综合集成。
⑤LN2000分散控制系统 山东鲁能控制工程有限公司与华北电力大学韩璞教授团队联合开发的LN2000继承和发扬了传统DCS的优点，实现了控制功能分散，显示、操作、记录、管理集中，采用了多种先进技术，如计算机技术、图形显示技术、数据通信技术、先进控制技术等，以其系统结构合理、功能强大、丰富的控制软件、充分体现现代意识的简洁操作界面、得心应手的组态及维护工具和开放的通信系统，集数据采集、过程控制、生产管理于一体，能够满足大、中、小不同规模的生产过程的控制和管理需求，有着广泛的应用领域。现LN2000分散控制系统已升级到了LN3000分散控制系统。
⑥EthCCS2.0现场总线控制系统 上海颐能信息科技有限公司与华北电力大学韩璞教授团队共同开发的EthCCS2.0现场总线控制系统采用数字仪表代替传统的模拟仪表，实现现场仪表的互操作性和信息互用。另外，具有把分散系统变成现场总线控制系统，在现场建立开放的通信网络，实现全数字通信网络，因而使现场总线具有全分布式结构，危险分散；全数字化，可靠性和精度高；用户有高度的系统集成主动权且组态方便；现场设备的智能化和功能自治；对现场环境的适应性；节省投资和安装费用的六大优点。
（3）发电厂厂级监控信息系统
1997年10月，国家电力规划设计总院的侯子良教授通过多年研究总结，在国内首次提出了SIS系统的概念，明确指出“火力发电厂厂级监控信息系统主要是为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统”。2000年，国家经贸委颁布了《火力发电厂设计技术规程》（DL 5000—2000），明确表明“当电厂规划容量为1200MW及以上、单机容量为300MW及以上时，需要建立厂级监控信息系统”。从这时开始，SIS系统得到了快速的发展和应用。2002年，国家经贸委又发布了《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》，明确了MIS、SIS、DCS等安全等级划分措施和原则。2005年，《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》发布。
发电厂厂级监控信息系统（supervisory information system，SIS，图4-1）正逐步成为发电企业技术进步的一个新的主要方向，一方面，将面向机组的DCS、NCS（厂用电自动化系统）和面向全厂的煤、灰、水、RTU等自动化系统互联，建立统一的实时数据库和应用软件开发平台；另一方面，与MIS、ERP系统互联，架设起控制系统与管理系统之间的桥梁，实现生产实时信息与管理信息的共享。在此基础上，通过计算、分析、统计、优化、数据挖掘手段，及图形监控、报表、WEB发布等工具，实现发电厂生产过程监视、机组性能及经济指标分析、机组优化运行指导、机组负荷分配优化、锅炉吹灰优化、设备故障诊断、寿命管理等应用功能，从而在更大的范围、更深的层次上提高生产运行和生产管理的效率，为企业经营者提供辅助决策的手段和工具，最终提高发电企业的综合经济效益 [ 33 ] 。
图4-1 SIS基本结构图
实时/历史数据库是整个SIS系统的核心，是电厂生产运行的“黑匣子”，其存储容量和存储效率直接关系到数据采集范围和精度。由于电厂生产过程数据海量、精度要求高、带有时标，常见的关系型数据库不能很好地满足要求，因而专用的实时/历史数据库被广泛地用于生产过程数据的存储和管理。国外已有多种这类成熟软件产品，目前国内装机量较多的实时数据库系统基本上多是国外的产品，如美国OSI公司的实时数据库PI、美国Instep公司的实时数据库eDNA、美国ASPENTECH公司的实时数据库InfoPlus.21、美国Honeywell公司的实时数据库PHD等。近年来，国内一些公司也开发出了自己的类似软件产品，并已经投入使用。如韩璞团队开发的RD6DB，由北京华电杰德科技有限公司发售、上海自动化仪表股份有限公司的SupDATA，北京力控元通科技有限公司的pSpace等。
遗憾的是，SIS的发展并不尽人意，上面提出的许多目标都没有实现。现在应用比较成熟的主要功能有发电厂生产过程远程监视与数据报表、机组性能及经济指标计算等。关于SIS还有许多理论和技术需要做较为深入的研究。
（4）优化控制软件及系统
尽管在火电厂中已经普遍使用了DCS（或FCS）作为主要的控制装备，使用SIS作为机组运行实时管理系统，但是就控制系统本身来讲，还仍然使用常规的PID控制系统，处于商业性和技术性考虑，许多新型的控制策略和算法并不能在现有的控制装备中得以实现。因此，近些年又发展起来外挂式优化控制站。
所谓优化控制站，包括硬件和优化控制软件两部分，与电厂现有的DCS软/硬件相连接。优化控制软件从现有DCS中获取生产数据，经过分析、建模、优化等运算后，得出的系统模型、优化的PID参数、优化控制算法的输出等，通过硬接线或通信总线方式送回原DCS，达到DCS优化控制的效果。实质上外挂式优化控制站就是另一个小型的DCS，在站内实现用户所需的新型控制策略和最优控制算法。
①国外优化控制系统 目前，国外尚没有任何自动化或信息化系统能与SIS概念或架构功能完全相符合，但国外大部分分散控制系统提供商开发了多种火力发电厂优化控制软硬件系统，这些软硬件系统就是我们所说的外挂式优化控制站。由于DCS开发商自己开发与自己DCS挂接的优化控制站，所以，优化站系统就不需要硬接线的I/O通道部分，按照自己DCS的通信协议与主控DCS进行通信。
国外在功能上比较完善并有较多应用的优化控制系统有德国西门子公司的Si-Energy优化控制软件、瑞士ABB公司的Optimax优化控制软件、西屋的Smart Process优化控制软件等。这些系统在国内外多个大型火力发电厂中具有广泛的应用。
a.西门子公司的Si-Energy优化控制软件 [ 35 ] Si-Energy是用于电厂全厂管控一体化的软件产品，从字面上可以看出其Si-Energy中有Siemens的Energy的意思。西门子的优化软件包含许多子功能产品，可以根据用户的需要进行灵活配置，用户不需要的功能可以自行裁剪。功能上包含对机组性能的实时优化、对设备维护的优化管理、对文件和各种接口性能等的优化管理。其特点是以成本为中心，从燃煤消耗、设备损耗到人员使用率等全厂的实时优化管理。
b.瑞士ABB公司的Optimax优化控制软件 瑞士ABB公司的Optimax优化控制软件主要用于火力发电厂的实时性能分析。从字面上看Optimax是Optimum和Maximum的缩写，也就是最大限度地优化机组运行效率，以效率为核心，将发电厂各设备及系统运行在效率最高、能源消耗最少的模式。主要的模块有诊断模块（该模块已在德国Staudinger电站的2台285MW机组及Boxberg电厂的2台500MW机组、瑞典的Fokrsmark核电站成功应用 [ 36 ] ）、锅炉清洁模块等。
c.西屋的Smart Process优化控制软件 [ 37 ] Smart Process是一套智能优化控制软件。它采用线形模型、神经元网络和模糊逻辑等原理，通过建立模型来优化发电机组，并将优化设定值和偏差值直接送至机组DCS实现闭环控制。Smart Process作为一种DCS平台独立软件包，能够在市场上任何一种过程控制系统中应用。
Smart Process的主要模块有：锅炉效率优化、低氮氧化物排放优化、浊度优化、蒸汽温度优化、经济负荷优化调度、电除尘优化、流化床优化、锅炉吹灰优化。
d.霍尼韦尔的UES-SIS优化控制软件 [ 37 ] UES-SIS优化控制软件主要包括如下模块：连线控制优化控制、主压力控制、经济负荷分配、锅炉燃烧控制和温度优化控制等。霍尼韦尔UES-SIS优化控制软件模块在上海金山石化热电厂有所应用。实际测试表明，电厂采用优化控制软件模块后能将空气量降低31%，NO x 排放量减少15%，锅炉热效率提高2%～3%。
②国内优化控制系统 国内高校和电力研究院对优化控制站做了大量的研究和推广应用工作，浙江省电力研究院、华北电力大学、上海交通大学、东南大学、华电电科院、国电电科院等，取得了一系列的研究成果。如浙江省电力研究院与华北电力大学韩璞教授团队合作研发的TOP7热工优化控制平台。
TOP7热工优化控制平台包括硬件和软件两部分。控制系统运行于专用的计算机内，计算所需的过程实时参数由DCS给出，优化计算结果通过硬接线或通信总线送回原DCS系统，并叠加于调节回路的输出中。优化控制平台的结构如图4-2所示。
图4-2 优化控制平台结构图
TOP7系统的作用机理是以建立被控对象的数学模型为基础，通过状态观测、预测控制等先进的控制算法和策略得出对常规控制回路的修正值，并将修正值直接作用于DCS模拟量调节输出当中，起到对调节效果进行优化的作用。TOP7具有以下特点。
a.开放性 能与不同的DCS连接，系统开发完毕以后，能够根据多种DCS协议与不同厂家的DCS通信，信息传递方式有多种，可以是硬件方式，也可以是软件方式，如I/O硬连接、OPC接口、MODBUS协议等。
b.集成性 具备常规的AI、AO、DI、DO模件，配置冗余控制器，硬件采用模块式或插卡式，易于扩展。在技术实现上尽可能使用成熟技术集成，如以太网技术、通用工业控制计算机、长期应用于现场的过程通道卡件等。
c.优化能力强 软件便于复杂回路的功能模块化封装，能够对现场控制对象进行参数辨识，对现场系统能够进行参数寻优。
我国水利水电工程正在经历一个前所未有的大规模建设阶段，随着一批大型和特大型水利水电工程的建设，各类水利水电工程对自动化控制系统的需求将非常广泛，为水利水电自动化与信息化技术的应用和发展开辟了广阔的空间，水利水电自动化控制系统和技术将是今后研究及发展的主要方向。
（1）大型水电站综合自动化系统
实施水电站综合自动化系统可显著提高水电站自动化水平及安全运行水平，为实现电站“无人值班”（少人值守）、流域梯级电站远方集中控制和优化调度提供强有力的技术保障，目前我国几乎所有新建水电站都同步实施了综合自动化系统工程。水电站计算机监控系统是综合自动化系统的核心和基础，目前我国主要大中型水电站计算机监控系统均采用更符合我国国情的国内厂家开发的系统。我国水电站计算机监控系统从20世纪80年代开始，经历了初期以常规为主、计算机为辅的试点模式，到取消常规的全计算机监控实用化模式；系统结构也从全厂集中式结构，发展为比较适合水电站的分层分布式开放系统结构。经过20多年的努力和发展，系统功能和性能指标得到了很大提高，计算机监控系统在水电站也获得了广泛应用，技术也逐步趋于成熟，已经可以比较好地实现水电站的本地和远方集中控制、安全监视、优化运行等功能，并满足水电站“无人值班”（少人值守）的发展需要。
①南瑞自控公司的SSJ-3000监控系统 龙滩水电站计算机监控系统按“无人值班（少人值守）”设计，采用南瑞自控公司的SSJ-3000监控系统，这是一种面向对象的监控系统软件，支持开放系统平台。该系统同时支持UNIX系统（NC2000）和Windows系统（EC2000）。该系统为全分布开放式双光纤以太环网结构，系统庞大，结构复杂，系统总I/O测点达23000多点，单机I/O测点达2088点。为保证系统安全可靠，分为主站级和现地控制单元级，主站级采用双服务器冗余设置，现地控制单元级采用双CPU冗余设置。网络上接入的每一个设备都具有自己特定的功能，实现功能的分布，保证了网络上的节点设备中任一部分故障或不工作，均不影响系统其他功能部分的运行。网络节点设备资源相对独立，又可为其他节点共享，为今后功能扩充提供了较大的方便。冗余化的设计和开放式系统结构，既先进可靠，又便于扩充。
②北京中水科水电科技开发有限公司的H9000V4.0监控系统 三峡右岸电站计算机监控系统采用北京中水科水电科技开发有限公司研制的新一代水电站计算机监控系统H9000V4.0。根据三峡右岸电站的实际情况和分层分布的基本原则，右岸电站监控系统采用三网四层的全冗余分层分布开放系统总体结构。三网即厂站控制网、厂站管理网和信息发布网三个网络，采用网络分层结构，使不同性质的信息在不同的网络通道上传输，确保系统控制的实时性、安全性和可靠性。四层即现地控制层、厂站控制层、厂站管理层和厂站信息层四个层次，每个层次的功能各有侧重，相互协调配合，完成电站计算机监控系统的全部功能。
（2）梯级集控中心自动化系统
梯级集控中心自动化系统包括电调自动化系统和水调自动化系统。电调自动化系统主要实现流域梯级电站的信息采集与处理、运行监视，满足梯级水电站操作控制、生产调度、集中监控需要。水调自动化系统是梯级集控中心自动化系统的一个重要组成部分，主要进行与水库运行有关的监视、预报、调度和管理。该系统基于对历史资料的收集整理，通过实时水文、气象和水库运行信息的自动采集，利用数据库管理技术，进行在线水文预报、调洪演算、优化调度和水务综合管理等，提供满足防洪、发电及其他综合利用要求的水库调度决策方案，同时支持水电厂和电网的经济调度。
NC2000流域集控中心监控系统软件是面向水利水电行业研制的大型计算机监控系统软件，目前已经在国内集控中心监控系统领域占据80%以上市场。
梯调NC2000软件系统有以下一些功能：①可以对各级电站上送来的遥信、遥测量进行监视并对各级电站进行遥控、遥调；②对综合量进行计算；③可以进行语音报警和电话录音报警；④对历史数据进行存储和管理；⑤报表功能，可以根据数据自动生成一览表、报表，并且可以进行历史曲线查询；⑥实现AGC/AVC功能。
（3）大型引水工程调度自动化系统
随着我国大型长距离调水工程的建设，全线统一优化调度、泵站闸站远程监控、全线自动化运行管理等一批关键技术成为研究开发热点，长距离梯级泵（闸）站引水工程自动化系统及相关技术装备的研发将是今后研究发展的主要方向。
南瑞水调自动化系统是为了满足电网调度机构、流域梯级调度部门、水电站、水利和防汛部门等单位实际需求的自动化系统平台。该系统提供以下功能：①水情实时监视与查询；②洪水预报；③防洪调度；④发电调度；⑤水资源调度管理；⑥历史数据管理。该系统按照三阶层软件模型构建，在商用数据库和内存实时数据库的支持下提供实时雨水数据采集、数据处理、数据通信、水务自动计算、实时报警、系统管理、调度决策支持、运行分析评价等水库调度和水资源调度支撑系统所需的功能，满足水能资源充分利用、日常调度运行管理、防洪及发电调度决策支持、水库运用计划制订等要求。
风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环形冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环形冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警、实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内可实现对风场所有机组的运行监视及操作。
目前风电机组监控系统缺乏标准化。通常风电设备制造商会为自己生产的风电机组开发配套的监控系统，但是其兼容性较差。通常还有第三方开发的第三方监控系统。国外有许多非常先进的风电监控系统，如Vestas公司的VestasOnline SCADA系统，西门子公司的SCADA系统WinCC OA。国内公司有国电南瑞的NSW3000风电场综合监控系统，金风公司的风电场中央监控系统等，这些系统均在国内风电场有典型的应用。
（1）国外技术
①VestasOnline SCADA系统 VestasOnline SCADA系统是Vestas Wind System A/S集团总结其多年开发和现场成功的运行经验，采用先进的计算机软硬件技术和网络技术，专门为风电场设计的计算机监控系统。
维斯塔斯Online ® 风电厂控制器是市场上同类产品中第一个专为风电厂而设计的。它拥有非常先进的技术，可以确保公共连接点的并网符合所有已知的并网准则。它独立于SCADA系统运行，能够准确地监测和控制每台风机。实时控制功能包括：功率因素或无功功率的闭环控制（两种选项）；电压闭环控制；有功功率闭环控制，弃风，降额，变化率限制；频率控制（三种选项），调速器控制。电厂控制器是一项完全集成的解决方案，支持数据采集以及对于所有风电厂部件的控制，包括通过各种行业协议的第三方设备的接口。
②SIEMENS WinCC OA系统 西门子SCADA系统PVSS/SIMATIC WinCC Open Architecture（WinCC OA）是西门子公司主打的SCADA系统，它具有以下几个亮点：a.面向对象，可进行高效的工程组态和灵活的系统扩展；b.分布式系统架构，可以加载多达2048台服务器；c.具有可扩展性——从小型的单用户系统到多达1000万个变量的分布式冗余高端系统；d.多平台支持，系统可用于Windows、Linux和Solaris；e.具有大量的驱动程序和连接选件，如OPC、OPC UA、S7、Modbus、IEC 60870-5-101/104、DNP3、XML和TCP/IP。
（2）国内技术
国电南瑞公司的NSW3000系统可以与风机的主控系统紧密结合，提供准确可信的在线故障预警和诊断，丰富的统计分析、报表输出、用户权限管理等功能，以及风电机组状态智能诊断、风功率预报系统等高级功能。
它可以实现：a.风电场风机监控系统、升压站监控系统和箱变监控系统一体化综合监控，与电网调度EMS系统无缝衔接；b. Web浏览功能，基于设备对象组织、管理系统；c.强大的前置处理通信规约，如部颁CDT、SC1801、μ4f、MODBUS、IEC 60870-5-101、102、103、104系列以及DNP、TASE.2、OPC2.0等。
（1）光伏发电自动化技术现状
光伏发电技术经过几十年的发展，已日渐成熟，装机容量快速增长。国外光伏发电技术发展迅速，大型太阳能监控商研发了多款监控软件，并成为全球市场的主流产品，主要包括德国的Skytron Energy、SMA、SDS与Meteocontrol。国内光伏监控技术也处于不断发展的阶段，众多企业相继开发出多款SCADA和功率预测系统，但仍然有许多技术问题没有彻底解决。
在西班牙和美国，光热发电已形成一定的规模，技术已经成熟，比如西班牙Ingeteam的光热电站整场控制系统（LOC+FCS+DCS）。光热发电在我国发展时间较短，但在太阳能聚光方法及设备、高温传热储热、电站设计等集成以及控制方面，已经取得实质性进展。槽式和塔式光热电站目前均已实现了大规模商业化运行，且槽式光热电站技术比塔式光热电站技术更成熟；而碟式及线性菲涅尔式则分别处于系统示范阶段。
①国外技术
a. Solar-Log监控系统 德国SDS公司的Solar-Log监控系统可以实现采集电站的基本信息、发电量、逆变器状态、电站性能比和储能系统状态等。对于设备商，可以实现对光伏电站进行远程管理，并提供全面和专业的监控。2010年，SDS公司推出光伏远程监控系统和数据服务模式。
b. PVGuard监控平台 德国skytron energy公司的SCADA软件PVGuard一直是光伏电站远程监控软件的市场领先者，其具有以下特点：
ⓐ 高效的控制室操作（服务日志、错误处理、仪表板）；
ⓑ 智能可靠的警报管理功能，配备自学习故障检测算法；
ⓒ 全面的操作与维护记录；
ⓓ 高分辨率历史数据库，在整个电站生命周期内记录每分钟数据；
ⓔ 灵活的分析工具和可高度自定义的报告；
ⓕ 采用自适应算法，可根据当前气象数据、电厂特点和过去几周的输出来预测未来7天的每小时发电情况。
PVGuard现在不只是SCADA软件，现已成为能源生产规划、绩效分析和系统并网的领先工具。例如，PVGuard可调用底层监控系统积累的综合性数据库中的数据，并可访问单个测量值，从而生成最有意义的电厂绩效报告；通过显示相对于逆变器功率值和电压值的测得辐照度，以图形的方式验证电厂的太阳能逆变器的行为。另外，可通过将辐照度、模块温度和风速的测量值映射到散布图中，研究太阳能模块的冷却效应。
c. Meteo control远程监控系统 德国Meteo control公司创立的独立第三方运维模式已在欧洲地区发展得较为成熟，其远程监控系统检测光伏电站的太阳辐射量、系统效率、关键设备的性能指标等，可以观测、总结出系统效率的规律和影响因素，达到调节发电量的效果。而目前中国的运维大多停留在简单清洗组件和数据统计层面，虽然去除组件表面灰尘遮挡能够在一定程度上提高发电量，但是对于电站整体的检测程度和系统稳定性维护方面都是远远不够的。
②国内技术
a. SETECH-I大型光伏电站DCS系统 中海阳能源集团股份有限公司自主研发的SETECH-I大型光伏电站DCS系统，采用多级计算机集散控制技术，以工业现场总线作为网络通信枢纽，实现了对太阳能光伏发电站的过程监测和控制。该软件功能包括：
ⓐ现场数据的实时收集、显示、统计与评估功能；
ⓑ可对每个晶体阵列实现动态或手动切换启停；
ⓒ具有对环境（日照、风速、风向、气温等）的监测功能；
ⓓ具有多种工作模式和多用户管理、权限管理功能；
ⓔ可接入国家智能电网，接受智能电网的统一调度管理。
b.赛德-I型DCS集散控制系统 上海禅德智能科技有限公司的赛德-I型DCS集散控制系统，实现了光伏电站主要设备的监测和控制。其功能包括：
ⓐ环境监测，如风向、风速、温度、湿度、日福照量等；
ⓑ定日跟踪，如天文法+实时跟踪法+GPS校时/定位法；
ⓒ汇流箱数据检测；
ⓓ逆变器主要参数获取；
ⓔ变压器出入口电压、电流、温度等。
c. TAOKE光伏电站第三方数据监控平台 2010年，TAOKE推出光伏电站第三方数据监控平台，具备远程监控和数据服务两种模式。TAOKE电站用户通过光伏数据采集器可进行电站的远程管理和维护，逆变器厂家通过TAOKE的绿色电力网云平台对自己品牌的逆变器进行全球管理。
d. SPSF-3000光伏并网电站负荷预测系统 北京国能日新系统控制技术有限公司独立开发的国内第一款光伏并网电站负荷预测系统SPSF-3000，采用人工智能神经网络、粒子群优化、光电信号数值净化、高性能时空模式分类器及数据挖掘算法对各个光伏电站进行建模，提供人性化的人机交互界面。通过对光伏电站进行功率预测，为光伏电站管理工作提供辅助手段，平均预测精度超过85%。
e.东润环能大型新能源场站功率预测系统 北京东润环能科技股份有限公司利用国内外5家气象源数据支撑，通过大数据挖掘分析多重因素，开发出功率预测系统，并与中国科学院大气物理研究所创建功率预测云服务平台。
（2）光热发电自动化技术现状
西班牙Ingeteam的光热电站整场控制系统实现了对定日镜场、热交换系统和发电系统的监测与控制，市场占有率高。
2013年7月，中控太阳能公司完成中国第一座商业化运营的塔式太阳能热发电站的建设，应用DCS技术，供电与通信网络采用全冗余设计，有效提升系统可靠性；将镜场控制系统与气象系统、全厂DCS系统集成在一个平台上，实现光热电站的全自动化运营，其中首创以智能小镜面定日镜为核心的大规模镜场集群控制技术、高效吸热系统和云预测系统。
2016年4月，北京首航节能技术公司建设中广核德令哈50MW槽式光热电站，成为中国首个开工的大规模商业化槽式光热发电项目，其控制系统包括槽式聚光器控制系统和热工监控单元。槽式聚光器控制系统实现控制聚光器的定日跟踪；热工监控单元实现监控槽式聚光器装置中的集热器，包括温度、导热介质流量、集热管压力在内的热工数据，计算和显示每个槽式聚光器装置单独的以及镜场总计的热功率。其他槽式光热电站控制系统也有投入运营的，比如南京科远NT6000分布式控制平台。
虽然在火电项目上，我国自动控制系统经历了引进、消化、吸收，然后自主化生产的过程，现已趋于成熟，但是由于核电站自动控制系统对于安全性、可靠性的极高要求，国内仍有部分核电站沿用传统的模拟控制系统，DCS系统在核电中应用较少或仅在部分新建核电机组上应用。例如，秦山核电厂主控制系统采用Foxboro公司的SPEC200组装仪表，对循环冷却水系统进行过DCS改造；大亚湾核电站主控制系统采用Baily9020系统，对常规岛进行过DCS改造；岭澳核电站常规岛主控制系统是法国Cegelec公司提供的ALSPA P320控制系统。DCS在核电行业的应用是一种发展的趋势，同时也是有效提高核电站综合自动化水平的必要手段。目前仍有少数没有国产化整体解决方案的产品，成为我国核工业产业链中的薄弱环节。
（1）国外技术
①西屋Common Q+OVATION控制系统 西屋公司的Common Q+OVATION控制系统指核岛DCS采用Common Q平台，常规岛DCS采用OVATION平台。包括8大子系统：运行与控制中心系统（OCS）、数据显示与处理系统（DDS）、保护与安全监督系统（PMS）、电站控制系统（PLS）、汽轮机控制与诊断系统（TOS）、堆芯测量系统（IIS）、专用监测系统（SMS）和多样化驱动系统（DAS）。
②西门子Teleperm XS+XP控制系统 西门子公司的Teleperm XS+XP控制系统指核岛DCS采用TXS平台，常规岛DCS采用TXP平台。包括8大子系统：过程信息和控制系统（PICS）、安全信息和控制系统（SICS）、过程自动化系统（PAS）、反应堆控制监督和限制系统（RCSL）、保护系统（PS）、汽轮机保护和控制系统（TPCS）、安全自动化系统（SAS）、优先级与执行器控制系统（PACS）。该系统在国内也有应用，田湾核电站采用的就是德国西门子公司的Teleperm XS+XP系统。
③三菱MELTAC-Nplus R3控制系统 三菱MELTAC-Nplus R3控制系统应用于核岛DCS系统，包括：反应堆保护系统（RPC）、专设安全驱动系统（ESFAC）、安全逻辑机柜系统（SLC）、反应堆功率控制柜系统（RPCC）、堆芯冷却监测系统（CCMS）和安全相关系统（SR）。岭澳核电站二期采用的就是三菱MELTAC-Nplus R3系统。
（2）国内技术
①第三代核电HOLLiAS-N数字化仪控系统 2006年，和利时推出第三代核电HOLLiAS-N数字化仪控系统平台，其属于非安全级DCS平台，可以满足二代改进型压水堆、三代先进压水堆、高温气冷堆、快中子堆等不同堆型对于数字化仪控系统的要求，可实现核岛、常规岛及辅助系统控制，先进主控室监控操作等功能。该系统已经成功应用于大亚湾核电站KIT/KPS系统改造、巴基斯坦恰希玛二期电站计算机系统等项目。目前正在实施红沿河1～4号机组、宁德1～4号机组、阳江1～4号机组、防城港1～2机组和石岛湾高温气冷堆示范电站等核电站数字化仪控系统项目。
②核级DCS“和睦系统” 2010年10月，中广核成功发布了国内首家自主产权核级DCS产品“和睦系统”，其主要功能包括对核反应堆进行保护和控制，实现电站反应堆安全停堆和事故缓解功能。该系统已广泛应用在国内多个在役机组的改造和新机组的建设中，如阳江核电站5、6号机组，红沿河核电站5、6号机组，华龙一号示范工程防城港3、4号机组，田湾核电站5、6号机组，以及华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程等。
③中核控制DCS平台 中核控制系统工程公司开发完成国内自主知识产权的全厂非安全级DCS平台NicSys2000，其包括核电站棒控棒位系统（RGL）、堆芯中子注量率测量系统（RIC）和核电站堆外核测量系统（RPN）。
2015年，中核控制系统工程公司联合Schneider-Invensys承建福清1～4号机组、方家山核电厂、海南昌江核电厂共计8台机组全厂DCS项目，目前正在进行安全级DCS平台NicSys8000N的研制。