一種智能監視模塊在燃機電站中的應用

浙江大唐國際紹興江濱熱電有限責任公司 劉洪成 張廷鋒 張才千 王 鴻 王 笛 陳 言 羅子鈺 尤勝蔣

國務院“互聯網+”智慧能源重點行動指出，我國要依托現有互聯網和云計算平臺，逐步實現各級動態監測信息互聯共享，并進一步提高能源單位的能耗在線監測和大數據分析能力。在不斷提高電力市場改革力度的趨勢下，國家能源局多元化的能源結構調整也促使著傳統電廠往智能電廠方向的改革。智能電廠利用新一代信息技術、人工智能技術、檢測和控制技術，以發電系統為載體，在其關鍵環節或過程，形成具有一定自主性的感知、學習、分析、決策、通信與協調控制能力，能動態地適應發電環境的變化，并與智能電網高度協調，從而實現全局（包括發電產出、可利用率、效率、可靠性、可維修性、靈活性、損耗等）或局部優化目標，實現安全、可靠、綠色、經濟、靈活的電力可持續供給[1]。

在傳統電站的運行工作中，往往存在如下幾個問題：一是在運行過程中，監盤人員監視畫面繁多、測點總量浩大，不能及時翻閱，監盤人員在工作強度大的同時不能及時發現問題；二是控制系統報警是固定界限值報警且不能輕易調整，發出報警時已經晚期甚至來不及處理；三是在電廠中，有經驗的運行人員只能通過言傳身教的方式傳遞經驗，若人員發生變動，這些經驗就會流失。基于此，我們提出一種應用于電站中的智能監視模塊，該模塊基于現有的人工智能算法及軟件技術，結合行業知識經驗，組成了集通信、計算、分析、監督和管理的一體化平臺，實現對電站設備更高效、更直觀的監盤功能。

1 智能監視模塊思想體系

智能監視模塊的思想是基于健康歷史數據，利用人工智能算法對設備建立一個基準模型，根據模塊所設定的嚴重度及報警邏輯，識別設備的實時運行狀況。從測點數據到部件故障，進一步分析設備運行特征，層層遞進。通過大數據存儲服務器完成實時/歷史數據的采集、清洗、分類和建模計算工作，經過數據融合和數據決策過程將機組診斷信息、預警信息、健康信息及操作指導等信息進行綜合顯示，實現機組運行過程的持續優化，降低運行人員工作量的同時提高機組的安全性和經濟性[2]。

如圖1所示，監盤模型由歷史工況（經過數據清洗）、運行機理、模型算法、運行模式、建模工具及環境條件組成，歷史工況數據經過數據清洗后，利用所設模型算法通過建模工具對設備進行建模，可得到所監視測點的預測值，將所得預測值與運行標準、當前實際值比較，判斷部件是否處于異常狀態。

圖1 監盤模型

2 智能監視模塊功能概述

智能監視以人工智能技術為基礎，是當前大數據智能控制層級的智慧化項目發展方向之一。該模塊充分利用大數據技術構建設備健康運行模型，并將模型與運行經驗結合，為監盤人員提供一個更高效、更精準的監視平臺，實現機組經濟、安全可靠的運行。該模塊功能概述如下：

智能展示。智能監視模塊可實現大量數據實時自動監測分析，并用濃縮畫面展示。在服務器上部署與SIS（Supervisory Information System，廠級監控信息系統）實時數據庫的接口程序，存入部署在服務器的開源的時序數據庫，智能監視模塊將設備的主要參數顯示在監盤頁面上。該模塊還對系統狀態、設備狀態進行劣化程度排序，追蹤設備運行趨勢，識別劣化拐點，并進行展示。監盤頁面主監視區展示所配置好的測點的實時數據和實時報警情況，當測點異常時根據異常情況用不同的色塊區分，如圖2所示，不同的設備分塊展示，自動切換頁面，展示的數據按設定周期定期更新。監盤人員可實現在線處理報警單以及對參數和報警配置的調整，提供單獨的和整合的監盤報警列表查看和處理頁面，能查看大量的報警信息。

圖2 監盤頁面主監視區

機組運行情況全面認知。基于機器學習算法，結合健康歷史數據，構建設備運行測點值預測模型，進行健康工況識別及動態基準值計算，動態基準值為該設備實時運行時，模型對某參數基于健康工況下的預測，智能監視模塊將對異常工況自動篩選和識別，并對其進行智能跟蹤和嚴重程度判別，提前預警并落實到具體的設備部件，給出初步判斷。由于監測全機組覆蓋，故對于監測點數量龐大的系統效果顯著，如鍋爐受熱面管壁溫度監測，可做到全面精準地把控運行情況，減輕監盤人員負擔；由于可超前預警，故對關鍵參數的監視意義重大，如汽機本體主要參數、高低加水位等。

運行經驗積累。就傳統電站而言，運行人員的經驗往往通過言傳身教的方式傳遞，一旦發生人員變動，運行經驗就易流失。豐富的運行經驗能大大提高電廠運行效率，減少出錯率，對人員的培訓也有很大的幫助，故一種有效的積累傳承手段于電廠而言顯得尤為重要。智能監視模塊能將運行人員的經驗通過系列規則、邏輯關系或函數表達式把人的思路與邏輯固化在軟件系統中。當出現報警信息時，運行人員可根據系統判斷的故障原因，結合歷史處理方法提出解決措施，系統將把處理方法保存，不斷積累電廠運行經驗，進一步完善電廠的智能化運行。

智能統計。智能監視模塊實現定時智能巡屏，自動記錄數據并對全站設備運行參數進行分析對比，并支持excel 和word 文檔的導出；根據電廠需求，自動生成日報表、月報表、年報表或設備的運行分析報告，代替人工制表，確保制表的及時性和精準性。運行人員可根據設定的時間段查詢機組的啟停次數、啟停機時刻等數據，并能生成指定格式的文檔，完成自動抄表及異常數據的標識功能。

3 智能監視模塊意義

智能監視模塊在燃機電站的應用極大提高了機組運行的可靠性、安全性及經濟性，充分利用了大數據及人工智能的發展，順應了國家科技創新發展的需求，對構建信息化綠色能源產業結構、逐步推進發電機組的升級改造進程有著重大的意義。

運行人員負荷減輕：該模塊用計算機代替人的大量勞動，機組設備運行參數智能展示、故障預警、自動抄表等功能大大減輕了運行人員的工作負荷；機組監視質量提高：該模塊對實時數據進行清洗、過濾，以機組歷史健康數據進行設備建模，使參數監視更準確、全面、科學、量化，顯著提高監盤質量和機組運行的可靠性；機組監視效率提高：該模塊設置測點報警功能，快速精準鎖定設備運行異常情況，實現自動記錄，提高運行及監視效率；監盤智能化水平提高：通過對運行經驗的不斷積累并進行邏輯化信息化，提高了智能監視模塊的智能化水平。