智能電廠體系架構與智能應用研究

摘 要：隨著國家“雙碳”目標的規劃以及信息技術、計算機技術等的飛速發展，發電廠逐步向智能化、智慧化發展。智能電廠控制系統面向發電生產運行控制過程，建立生產一體化數據平臺，在數據融合、互聯互通的基礎上，靈活運用各種人工智能算法、數據采集、智能分析技術，有效提升設備運行和系統控制的智能化水平，查找實際生產數據信息中的特征和規律，為運行人員提供可靠依據與指導性意見。

關鍵詞：智能電廠 ?智慧電廠 智能控制 ?體系架構

中圖分類號： TM621 ? ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）10（c）-0000-00

Research on System Architecture and Intelligent Application of Intelligent Power Plant

LUO Changyong

（Shaanxi Binchang Power Generation Co.， Ltd.， China Energy Group， Xi’an， Shaanxi Province， 710018 China）

Abstract：With the planning of the national "double carbon" goal and the rapid development of information technology and computer technology， power plants are gradually developing towards intelligence and smart. The intelligent power plant control system is oriented to the power generation production and operation control process， establishes a production integrated data platform， and flexibly uses various artificial intelligence algorithms， data acquisition and intelligent analysis technologies on the basis of data fusion and interconnection， in order to effectively improve the intelligent level of equipment operation and system control， and find the characteristics and laws in the actual production data information， provide reliable basis and guiding opinions for operators.

Key Words： Intelligent power plant; Smart power plant; Intelligent control; System architecture

1智能電廠背景

國家發改委《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，鼓勵能源企業運用大數據、智能化技術對設備狀態、電能負載等數據進行分析挖掘與預測，開展精準調度、故障判斷和預測性維護，提高能源利用效率和安全穩定運行水平。國務院《新一代人工智能發展規劃》要求：加強智能工廠關鍵技術和體系方法的應用示范，鼓勵和引導企業建設工廠大數據系統、網絡化分布式生產設施等，實現生產設備網絡化、生產數據可視化、生產過程透明化、生產現場無人化，提升工廠運營管理智能化水平。

中國自動化學會發電自動化專業委員會2016年組織編制《智能電廠技術發展綱要》里對智能電廠的定義：廣泛采用現代數字信息處理和通信技術基礎上，集成智能的傳感與執行、控制和管理等技術，達到更安全、高效、環保運行，與智能電網及需求側相互協調，與社會資源和環境相互融合的發電廠[1]。

中國電力企業聯合會2018年01月24日發布的T/CEC 164-2018《火力發電廠智能化技術導則》對火力發電廠智能化進行了定義：火力發電廠在廣泛采用現代數字信息處理和通信技術基礎上，集成智能的傳感與執行、控制和管理等技術，達到更安全、高效、環保運行，與智能電網及需求側相互協調，與社會資源和環境相互融合的發展過程[2]。

在國家能源轉型的背景下，“智能發電”的概念應運而生。2016年07月25日，中國能源報發表《智能發電：第四次工業革命的大趨勢》，明確了智能發電的概念。2016年12月，國家能源局發布了《電力發展“十三五”規劃》，對發展智能發電技術進行了專項闡述。

2智能電廠體系架構現狀

智能電廠是基于“智能發電”概念的一種實現形式。以智能電廠控制系統網絡結構為核心，運用先進技術與關鍵算法，全面采集分析了電廠的實時數據以及結合不同管理模塊提供經營決策等業務，覆蓋火力發電廠全壽命周期的智能發電廠技術方案。主要可理解為三層或者兩層體系架構。

2.1三層體系架構

智能電廠以一體化管控平臺作為支撐，建設圍繞以設備為中心的生產管理、以人為中心的安全管理、以財務為中心的經營管理“三個中心”為主線的智能發電集成應用系統，形成一種智能化電廠建設支撐系統。

三層體系架構，由低到高分別是智能設備層、智能發電層和智能管理層。三層架構各有分工，高度融合，在滿足安全的前提下高效合理地組織流信息流和指令流[3]。

智能設備層在電廠傳統設備運行基礎上，采用先進的計算測量方法，對電廠生產過程進行全方位檢測和感知[4]，并將設備狀態、系統參數及環境信息轉換為數字信號，通過專用信息傳輸網絡，為智能發電層及智能管理層提供基礎數據支持。智能設備層中可嵌入重要參數軟測量信號、現場總線技術、智能機器人、紅外檢測等技術手段，提高設備運行可靠性，有效提升風險防控水平。

智能控制層主要包括智能控制及智能生產監管，是智能電廠控制的核心[5]。智能控制層以智能DCS為核心，擴展智能優化庫、開發服務器等資源，實現智能監測、智能控制、智能診斷與優化運行。智能控制中可嵌入先進的實時控制與優化算法模塊、設備狀態監測、智能預警診斷系統、自啟停控制系統[6]等，實現對電廠設備及系統性能的實時計算，全面、精確、直觀地反映當前機組性能指標和能耗等情況，指導機組運行人員進行合理調整，達到提高機組運行效率、降低煤耗的目的。

智能管理層中整合企業現有信息系統，打通各應用間的信息流，實現信息的全方位共享和業務流程的無縫對接和生產經營過程中各相關業務領域的協同，提高業務執行效果和效率，將整體運營保持在一條科學、可持續發展的道路上，最終達到閉環管控、流程化運作、集約化發展和精細化管理。

2.2雙層體系架構

智慧電廠建設以數據為核心，將生產實時數據和管理數據清晰劃分，按照數據類型的不同，智能電廠業務功能分為實時數據業務和管理數據業務。為實現數據共享與功能協同，在智能電廠建設體系結構下，分別形成智能發電運行控制系統（ICS）、智能公共服務系統（ISS）。

智能發電運行控制系統以DCS系統網絡為架構，建立一體化智能發電運行控制平臺，作為智能化電廠架構中實現生產運行智能控制的有效主體，通過在系統內結合部分智能模塊應用，成為實現智能發電的重要手段。

智能發電公共服務平臺利用數字化移交、智能設備數據等豐富的電廠數據信息，融合云計算、大數據、專家系統等多種技術手段，用于提高電廠信息系統的智能化水平。提高精細化管理水平和安全管理，優化了決策支持系統，實現企業資產優化配置和整體效益的最大。

3基于雙層體系架構下的智能應用探討

結合某智能電廠項目，在數據融合和技術融合的基礎上，設計構建一套新型的工業控制體系，打造一體化支撐平臺和工作平臺，推薦使用智能項目如下。

3.1智能發電運行控制系統應用

將工業領域的專有知識注入人工智能模型中，并將其與先進控制系統相集成，形成一系列融合智能算法的創新控制體系，應用于生產運行控制層面。

3.1.1性能計算與耗差分析

通過采集DCS數據（鍋爐煤量、煙氣含氧量、汽輪機排汽焓、給水流量、蒸汽流量等）對單個設備或子系統進行效率計算，進而計算機組整體效率、煤耗、廠用電等參數，計算結果實時顯示并在歷史數據庫中保存。耗差分析采用能量平衡和汽輪機變工況計算方法，分析結果實時在線推送給運行人員，指導運行人員進行優化調整機組運行，提升機組運行效率，為智能控制的優化、在線分析及診斷提供重要數據保證。

3.1.2智能報警

利用智能發電控制系統高性能服務器的信息處理能力，通過推理機制和故障分析，建立報警模型，實現報警過濾、溯源、診斷、預測等功能，幫助運行人員快速處理各類異常，實現人機協同，智能監盤。

3.1.3智能吹灰

以傳熱效率、蒸汽消耗、管壁磨損綜合最優為目標，以煙氣溫度差、汽溫偏差、減溫水開度等作為邊界條件，建立監測模型，通過安全性、經濟性分析評估，判斷當前工況下鍋爐各受熱面的吹灰方案，自動啟動相應的吹灰程控系統。

3.1.4高級值班員決策應用

基于對機組工藝數據的分析，確立運行分析的范圍，將運行指標分析與偏差管理結合，在數據分析層面把運行績效管理與工藝過程管理緊密、深入結合，揭示各個指標的最優控制區間、其與鍋爐效率之間的關系、各個關鍵指標的控制效果、關鍵指標的尋優管理、納入指標考核、機理與特性，指導運行人員不斷提高運行水平，從而達到提升綜合指標水平的目的。

3.1.5脫硝噴氨優化

采用網格取樣的方法對鍋爐脫硝出口NOx含量進行精準測量，采用先進智能優化控制方案對脫硝噴氨控制方案進行優化，可以自適應地使用多種先進的智能算法進行精準噴氨，實現機組負荷的靈活性調節，尤其在低負荷時確保了控制精度，同時提升了設備可靠性[7]。

3.2智能發電公共服務平臺應用

通過數據平臺、報表平臺、算法平臺之間的集成融合關系，為跨部門跨應用的信息集成、數據整合、信息共享、統一展現提供支撐，也為智能分析決策與數據挖掘提供支持，形成智能一體管控平臺，主要智能管理應用如下。

3.2.1 全生命周期管理

建設設備全生命周期監測診斷系統，對典型設備建立其完整服役運行周期過程監測，實時監測設備內部部件的數據和信號譜線，形成不同類型、不同部件的設備資產健康大數據，在故障趨勢出現的最早時刻及時告警，避免故障進一步演變和劣化，從而引起設備損壞、停運。

3.2.2 智能巡檢應用

將AI技術運用于電力生產過程，結合視頻傳感技術、視頻智能分析技術，配合各類算法，將視頻監控圖像信息在平臺進行分析處理。在鍋爐房、汽機房、升壓站、輸煤等處分別設置智能巡檢機器人，綜合運用圖像識別、無線通信、視覺識別等多種技術，搭建數字化、可視化、智能化的操作及遠程交互平臺。

3.2.3 決策與經營管理

建設智慧企業決策分析與智能運行管控應用，提供全公司所有業務領域、所有管理層級的決策分析主題，為各級決策、管理人員提供風險預警、指標監控以及報表統計工具。通過對計劃過程管理保證經營目標實現，通過利潤、電價、電量實時分析、指標管理、預算分析與管理、指標分析與管理、輔助決策等技術，實現精確地“實時成本”分析，與“日利潤”預測，可以在一定的期間范圍內反映企業的經營成果;發揮各管理技術之間的協同作用，實現發電生產成本的預控與動態分析，提升電廠競價上網分析報價能力，保證效益的最大化。

4結語

在智能智造總體要求背景下，全面推進智能發電建設，充分運用大數據、云計算、物聯網、移動應用、人工智能等技術，將電力工業技術與電子信息技術、企業管理技術高度融合，使發電企業生產全過程實現自學習、自適應、自趨優、自恢復、自組織，促進電力企業生產更安全、更高效、更清潔、更低碳、更靈活，進一步提升質量效益，增強核心競爭力，為智能電廠發展提供有力的技術支撐與保障。

參考文獻

[1] 中國自動化學會發電自動化專業委員會，電力行業熱工自動化技術委員會.智能電廠技術發展綱要[M].北京：中國電力出版社，2016：12.

[2] 中國電力企業聯合會.火力發電廠智能化技術導則： T/CEC 164-2018[M].北京：中國電力出版社，2018：5.

[3] 張晉賓，周四維.智能電廠概念及體系架構模型研究[J].中國電力，2018，51（10）：2-7.

[4] 朱寧.火電智能化體系架構和重點環節應用[J].中國能源， 2020，42（8）：9-12.

[5] 趙晉松，張朝陽，顧巍峰，等.基于工業互聯網的智能電廠平臺架構[J].熱力發電，2019，48（9）：101-107.

[6] 鄭偉平.智慧電廠一體化大數據平臺的關鍵技術應用[J].集成電路應用，2021，38（10）：80-81.

[7] 王海燕.智慧電廠智能控制技術路線探討與研究[J].數字通信世界，2020（4）：195.

作者簡介：駱長勇（1985—），男，本科，工程師，研究方向為火力發電廠熱控自動化專業工程建設、技術管理等。