电力工业在整个国民经济领域中占据着极其重要的地位，是国民经济的重要支柱，而自动化技术则是电力工业的重要支撑。在发电厂中，自动化仪表和系统是确保电力生产具有高可靠性、高安全性和高经济性的重要保障，同时也是有效地改善运行人员工作条件，最终提高发电企业市场竞争力的重要手段。伴随发电装备水平的不断提高，我国电力工业已进入了大机组、大电厂、自动化、信息化、数字化的时代，电厂生产过程自动化的地位日显重要。

电厂自动化技术发展历程

电厂自动化是指利用各种自动化仪表和系统对发电厂生产过程进行监视、控制和管理，使之安全、经济、高效地运行。

随着发电机组容量的不断增大、参数的提高以及自动化装置的更新换代，我国电厂自动化控制水平也在不断发展与提高。20世纪50年代，我国火电单机容量小，一般采用母管制运行方式，自动化程度较低，锅炉、汽轮机、发电机机组分别在就地或各自单独的控制室进行控制，基本依赖于人工操作，并辅以简单的仪表来控制生产过程。到70年代，随着电力工业的发展，热工自动控制系统出现了集中控制方式，即在集控室内，操作人员主要通过操作按钮和各种仪表进行发电机组的控制和监视，但机组的自动化水平仍很低，期间国内仪表行业研制生产的DDZ-I型、II型、III型电动单元组合仪表装备在不同容量的国产机组上被广泛采用。70年代末，开始投入使用单回路调节装置和模拟组装仪表。当时单元机组集控从某种意义而言仅仅是各种控制仪表设备机械地组合在一起。从实际使用情况看，随着机组容量的不断增大，控制参数和控制要求的不断提高，传统的模拟仪表很难满足要求，难以实现机炉协调控制等复杂的自动控制和保护功能。70年代中期，随着计算机技术的迅速发展，国外开发出了分散控制系统（DCS），并迅速应用于过程自动化领域。80年代初，国内电厂开始试点采用DCS，实现了数据采集处理（DAS）和模拟量控制（MCS）功能；与此同时，一些发电公司在进口成套发电设备时，也随主机成套进口了以DCS为基础的控制系统。随后90年代国内开始大量采用DCS，单机容量300MW级及以上机组，全面进入了DCS时代。DCS应用的功能范围一般包括DAS、MCS、SCS（顺序控制系统）和FSSS（炉膛安全保护系统）等。20世纪末，不同单机容量的火电机组基本上都采用了DCS，辅助车间大都采用了可编程逻辑控制器（PLC）系统。单机制机组均采用锅炉、汽机、发电机单元控制室集中控制，自动化水平达到：在就地人员的巡回检查和少量操作配合下，在单元控制室内可以实现机组启停、运行工况监视和调整以及事故处理等。装机容量较大的电厂大都设置有厂级实时监控系统，与机组和辅助系统的控制系统通信互联，建立相应的全厂实时生产过程数据库，其主要功能有全厂生产过程监控系统、厂级性能计算、机组性能试验、经济指标分析及诊断、运行优化操作指导系统和全厂负荷优化调度系统等。

进入21世纪后，我国电厂自动化技术的发展速度进一步加快，突出表现在四个方面：一是计算机控制系统更加开放，应用广度拓宽，智能和优化控制技术逐渐得以应用。二是先进的过程控制仪表和设备技术（如现场总线或无线仪表、激光或声波测温仪等）开始进入应用领域。三是辅助车间或系统广泛应用计算机网络技术实现全厂高度集中控制，其控制点缩减到输煤、除灰和化水三个点，甚至于集控室一点，从而实现了减员增效、降低发电成本和提高经济性的目标，同时也提高了全厂辅助车间或系统的控制管理水平。四是控制系统和管理信息系统构成统一的控制信息网络，全厂实现管控一体化。一方面是过程计算机控制系统充分利用现场总线等先进技术全面挖掘生产过程的监控及检修数据信息，在厂内和CMMS（计算机检修维护管理系统）实现无缝联接；另一方面是在企业级通过厂级监控信息系统和集团ERP（企业资源规划系统）互联，以实现在合适的地点和合适的时间充分和成功地获取合适的信息。

电厂自动化技术面临的挑战

当前，国内电力行业面临着常规能源可持续供应不足、生态环境约束凸显、节能减排形势严峻、市场竞争压力剧增等不利外部环境因素，高效、清洁、低碳、环保、可持续已经成为电力发展的方向，国内电力行业需着力突破节能、低碳、储能、智能等关键技术，以抢占新一轮全球电力变革和经济科技竞争的制高点。因此，我国电力自动化应着力在下面几个方面取得突破或更大进步：

一、研制新型仪表自动化装置或系统，以满足新一代发电系统（如700℃超超临界、核能、地热、生物质能、海洋能等）的监控要求、智能电厂/智能变电站/智能电网的建设和越来越严的功能安全等要求。以核电为例，我国引进建设的第三代核电站（如西屋AP1000和AREVA的ERP）的仪表自动化系统，全部依赖进口。因此，应加快研发国产的核电站1E级和非1E级仪表与自动化产品。以智能变电站为例，应加紧推出全系列的符合IEC 61850等国际标准要求的IED智能电子装置。在功能安全方面，应加快研制和生产SIL1～SIL4各类等级的安全仪表和控制装置。

二、大力研发优化软件（如多约束条件下的控制目标优化、模型预测控制等），提升控制系统性能，以进一步节能降耗，适应新的形势要求。如在风能、太阳能等新兴发电方式并网后，需研发有效的风能、太阳能发电功率短期预测模型或算法，且传统火电也需适应新形势下电网深度调峰、快速负荷变化的新需求。

三、不同控制及信息系统集成、集成后所形成的大数据及其智能处理技术、信息安全技术的研究及应用。以数据处理为例，应加大数据融合、数据仓库、数据挖掘、智能决策支持系统IDSS等研究，以使数据发挥其应有作用，而不是成为累赘。

电厂自动化技术的发展趋势

关于电力行业自动化技术未来发展趋势，可概括为以下八个主要方面：

一、传感器向着微型化、多功能化、网络化、无线化、智能化方面发展，新型测量原理的传感器应用范围（如QDIP量子点红外传感、光纤多变量传感等）扩大，软测量、虚拟仪表市场份额继续上升。

二、计算机控制系统的多功能控制器向小型、分散，和大型、集中两端延伸。一方面，在片上系统SoC、微控制器MCU或C技术支持下，控制功能集成在仪表或设备上，就地化、分散化；另一方面，由于需对智能算法、大量数据进行综合控制处理等，加之计算机可靠性能的提高，促成了控制器的大型化（如四核CPU控制器）和功能的进一步集中，形成了自动计算引擎ACE（如嵌入历史数据、分析、报警管理、设备诊断、先进控制优化、规则引擎等功能多位一体于ACE）。

三、远程监视和故障分析诊断继续快速增长。这是由于其硬件和软件工具的改进，包括网络技术、云计算、基于规则的软件、IP视频和语音通信等技术进步的综合结果，当然也是为了应对自动化专家人数的减少和减轻其频繁旅途奔波的劳累。

四、计算机控制系统的无盘柜化。这是现场总线大量应用、前面提及的控制器分散化或将其嵌入现场I/O块且其EMC及IP防护等级提升、监视远程化等的综合结果。

五、安全仪表系统SIS应用更广泛，智能机器人和优化软件的应用更加成熟。以智能机器人为例，在传感器数据融合、计算机视觉系统、模式识别、神经网络等技术进步推动下，智能机器人已达到实际应用阶段，如国外用于输电线路巡检的智能机器人，用于核电站安全壳内设施检修和事故处理的智能机器人等。

六、在高性能的实时数据库、开放系统互联、国际工业标准和IT等先进技术支持下（如OPC、OPC UA、B2MML等），车间自动化或机组自动化向着企业级自动化系统方向发展。

七、大数据处理分析软件的日臻成熟，促使其广泛用于电厂运行优化、节能降耗、发电效率提高、预测性维修、故障诊断、决策支持优化等多个方面。

八、先进的信息安全方法、软件和硬件渐渐增多，以保护自动化仪表与控制系统、信息系统免受安全攻击。这是由于计算机系统的互连和扩充、威胁源增多、国家监管部门的要求等综合因素的结果。