張一馳，丁國棟，亓俊波

（1.河北水利電力學院，河北 滄州 061000；2.山西魯晉王曲發電有限責任公司，山西 長治 047500）

0 引言

信息化與智能化技術的不斷發展為智慧電廠的建設創造了有利條件。這一趨勢主要體現在大數據、物聯網、可視化、先進測量和智能控制等技術在燃煤發電廠生產運行與管理維護中的系統化應用［1］。同時，中國電力企業聯合會、中國電力技術市場協會等組織發布的標準在智能發電領域緊跟技術發展步伐，并逐漸趨于完善。這些標準具有引導性和前瞻性，為燃煤發電廠智能化發展提供了必要的依據。

本文對當前智能發電技術研究進行總結，從智能發電技術、智能控制和智能管理等方面展開探討，分析智能發電技術特征，研究工業互聯網的創新發展，旨在實現燃煤發電過程的多方面優化，包括清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同及靈活智能等。

1 智能發電技術簡介

以發電過程的數字化、自動化、信息化和標準化為基礎，結合管控一體化、大數據、云計算、物聯網等平臺，融合智能傳感與執行、智能控制與優化、智能管理與決策等技術，形成一種自學習、自適應、自趨優、自恢復、自組織的智能發電運行控制管理模式，以實現更加安全、高效、清潔、低碳和靈活的生產目標。智能發電技術涵蓋了現場總線、檢測設備、智能終端、一鍵啟停、優化控制、智能監控、智能運維、智能安全、智能燃料生產等方面。

2 智能發電技術特征

2.1 可監測

通過應用傳感測量、大數據計算及網絡通信技術，實現對發電過程中狀態、環境、位置等各方面信息的全方位監測，并以數字化的方式進行信息存儲和應用。

2.2 可控制

控制系統逐步實現智能化的控制策略，以滿足發電機組自動運行的需求，確保機組在全范圍、全過程中處于受控狀態。

2.3 自適應

采用智能控制技術，根據環境條件、運行狀況、運行指標等的變化，自動調整控制策略和管理方式，以適應各種工況，使電廠生產過程和管理流程能夠長期處于安全環保和節能高效的運行狀態。

2.4 自學習

系統通過自動分析生產運行數據和經營管理數據，識別關鍵參數、關鍵指標以及與其他數據的關聯性及內在的邏輯，獲取生產運行和經營管理的有效知識。

2.5 自尋優

自動處理和分析生產運行及經營管理信息，根據分析結果對機組控制策略、運行方式、電力交易行為等進行持續自動優化。

2.6 分析與決策

基于泛在感知獲取的信息資源，利用通信和數據處理技術對多源數據進行處理、分析和集成。利用機器學習和數據挖掘技術，識別潛在風險并評估管理策略的效果，為決策提供可靠依據。

2.7 互動化

通過設備與設備、人與設備、人與人的實時互動，提升電廠信息獲取、實時反饋和智能控制的能力，確保生產和管理過程的安全、高效。

2.8 信息安全

將信息通信技術與燃煤發電廠運營緊密結合，構建實時智能、高速寬帶的信息通信系統。在“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的模式下選用信息安全策略及措施，合理設計、建設、維護、管理網絡通信系統，確保系統具有在線監測、主動防御和信息高效交互等特點。

3 智能檢測及故障診斷技術

3.1 智能檢測技術

3.1.1 技術特點

基于微波、激光、光譜、靜電、聲波等先進測量技術，實現發電過程參數的在線檢測，為運行控制優化、設備及系統故障診斷、智能決策等提供支撐數據［2］。

3.1.2 功能推薦

1）入爐煤質在線檢測宜選用近紅外技術、激光誘導擊穿光譜、火焰特征煤種識別技術、軟測量技術等，以實現對入爐煤質的在線檢測。

2）鍋爐風粉在線測量宜選用靜電法、微波法、超聲波法等，實現對磨煤機出口一次風輸粉管道中的煤粉流速、質量流量的在線測量。采用自動抽取式的圖像識別等技術，實現磨煤機出口煤粉粒度分布或煤粉細度的在線測量。

3）爐內燃燒在線檢測可選用光學輻射法、聲學法進行爐內燃燒溫度場的測量與重建。也可采用可調諧二極管激光吸收光譜技術，實現爐內燃燒斷面的溫度與組分分布的檢測。這些檢測方法可以與計算流體力學數值模擬手段相結合，實現更廣范圍的爐內燃燒監測與預測。

4）鍋爐煙氣飛灰含碳量測量宜選用灼燒失重法、微波吸收法、微波諧振法等在線測量方法，以實現對鍋爐煙氣飛灰含碳量的準確監測。

3.2 智能巡檢技術

3.2.1 技術特點

智能巡檢系統整合圖像識別、非接觸檢測、多傳感器融合、導航定位、模式識別、機器人應用等先進技術，實現對電廠設備的自主檢測。該系統主要由數據庫服務器、應用服務管理系統、無線通信網絡和移動智能終端組成。移動智能終端涵蓋智能穿戴設備、手持智能終端、無人機和機器人等，通過全廠無線通信與三維可視化技術的有機結合，實現巡檢過程的可視化、巡檢路線的預設、巡檢數據的自動記錄和上傳，并與兩票管理系統緊密銜接，從而提升設備的可靠性。

3.2.2 功能推薦

1）在適宜操作條件的工作場景中，推薦使用機器人技術替代或輔助人員進行巡檢。

2）根據巡檢任務自動規劃巡檢路線，并能夠在電廠三維模型中進行標注。

3）基于人員定位技術，實時監測并顯示巡檢人員的巡檢位置，自動推送巡檢要點及危險因素。

4）基于移動應用技術，為巡檢人員提供巡檢要點提示，以輔助實現無遺漏巡檢。巡檢問題可實時記錄和上報。

5）應用增強現實可穿戴設備，拓寬巡檢人員的感知范圍，使設備信息實時可查閱、設備數據實時可視化，并以直觀的方式展現工作票流程。

3.3 狀態監測及故障診斷技術

3.3.1 技術特點

基于深度學習、模式識別和專家系統等最新的數據分析處理與狀態監測技術，實現對工藝系統和大型設備運行狀態的在線監測及故障診斷，以提高監控效率和生產安全性。

3.3.2 功能推薦

1）狀態監測。根據設備的泛在感知信息，包括工藝過程參數、設備運行參數，以及振動、紅外、油液等檢測信息，采用機理建模、數據分析和智能視頻等技術，實時識別工藝系統及設備的運行狀態，并對其進行全方位的在線監測及可視化展示。

2）故障診斷。對工藝系統和設備的故障特征進行歸納總結，依據故障案例及專家經驗建立故障診斷知識庫，采用專家系統等方法進行自動推理，實現對故障的快速識別、定位和原因分析。這樣的技術手段有助于對潛在問題進行迅速響應，提高系統的可靠性。

4 智能控制與優化技術

4.1 機組自啟停優化控制技術

4.1.1 技術特點

基于檢測技術和邏輯控制技術，通過向各自系統發出啟停指令，實現對機組的順序控制，包括“一鍵啟動”“黑啟動”和“一鍵停機”［3］。

4.1.2 功能推薦

單元機組自啟停控制系統負責完成發電機組的生產過程管理和控制。在控制邏輯的設計上，主要采用模塊化的設計思想和分層控制結構。在這種分層方法中，最上層為機組級，以下依次分別為功能組級、子功能組級和設備驅動級。根據機組的啟動和停止過程，單元機組自啟停控制的控制邏輯分為兩個主要流程：自動啟動順序控制流程、自動停機順序控制流程。單元機組自啟停控制的設計應根據發電機組的運行特點，在機組自動啟停過程中設置適當的斷點，以適應發電機組在啟停過程中工藝系統和設備運行的要求［4］。

4.2 智能優化協調控制技術

4.2.1 技術特點

為滿足火電機組生產過程控制性能提升、經濟性能改善和安全運行的需要，實現機組在不同工況下的快速、深度、穩定調節，采用機理分析、機器學習等多種方法建立工藝過程動態模型，深化工藝過程機理分析與應用，結合預測控制、自抗擾、自適應等先進控制策略，優化機組主要工藝過程的運行控制性能，提升機組自動發電控制（automatic generation control，AGC）和一次調頻控制的品質。

4.2.2 功能推薦

1）機組AGC性能優化控制技術。以提高機組負荷的調節速度、精度并降低機組動態過程中的主要參數控制偏差為目標，通過機理分析、數據挖掘、智能算法的應用，構建鍋爐燃料、送風、給水與汽輪機調節的協調優化控制策略，并通過汽輪機配汽優化、滑壓優化、排擠低壓加熱器抽汽、排擠高壓加熱器抽汽等調節手段，加快機組響應速度，提升機組AGC品質，降低AGC 過程中機組運行能耗。對有深度調峰需求的機組，通過穩定燃燒、熱電解耦、主要參數安全邊界控制、干濕態自動轉換、濕態協調控制、低負荷控制回路參數優化等手段，提升機組的調峰深度和低負荷段的調節性能［5］。

2）機組一次調頻性能優化控制技術。以提高機組一次調頻響應速度、精度并保障機組運行經濟性為目標，確定汽輪機節流裕量，結合排擠低壓加熱器抽汽和高壓加熱器抽汽等調節手段，提升機組一次調頻的快速響應能力。一次調頻控制應優先于AGC控制，應當通過燃料量調節的優化配合保證一次調頻的持續性。

3）主蒸汽溫度優化控制技術。以減小主蒸汽溫度的穩態和動態控制偏差為目標，通過協調燃水比控制與減溫噴水控制，提升大范圍快速變負荷時主汽溫度的調節品質。通過減小汽溫偏差，在機組安全運行范圍內提高主蒸汽溫度，提升機組效率。

4）再熱蒸汽溫度優化控制技術。以減小再熱蒸汽溫度的穩態和動態控制偏差并降低減溫噴水量為目標，在鍋爐燃燒控制的配合下，采用煙氣調溫擋板、燃燒器擺角、煙氣再循環等主要調節手段，并將減溫噴水作為最終調節手段，結合克服大遲延的先進算法，改善再熱蒸汽溫度的調節品質，在機組安全運行范圍內提高再熱蒸汽溫度，減少減溫噴水量，提升機組效率。

5 智能管理技術

5.1 智能燃料管理技術

5.1.1 技術特點

智能燃料管理涵蓋從燃料入廠到煤粉入爐的全過程，實現對煤質、煤量、煤價的全流程監控，能夠有效支撐生產安全和經營決策，提高電廠運行的可靠性，降低生產成本［6］。

5.1.2 功能推薦

1）智能化流程操作。采用射頻、超聲波定位、圖像識別等相關技術，對燃料調度、入廠、采樣、監卸各環節進行實時的有效管理，實現各環節的自動執行和自動記錄，能夠規避人為因素，有效提高燃料入廠的智能化水平，同時保證數據的可追溯性［7］。

2）智能煤場管理。智能煤場能夠提高煤場數據的準確性、實時性，通過對卸煤、燃煤進耗存、斗輪機實現全面監控，達成精細的可視化管理。

3）配煤摻燒管理。配煤摻燒管理的目標是實現燃料配煤摻燒的精確計算、精益實施和精細管理。根據性能計算與耗差分析的反饋數據，系統能夠自動進行優化配比閉環計算，形成以機組性能分析為基礎的配煤摻燒優化方案，例如煤場配煤或者煤倉配煤及其比例，并通過數據可視化的方式展示配煤優化結果。

5.2 智能運行管理技術

5.2.1 技術特點

圍繞運行管理制度進行標準化、流程化、信息化、智能化建設，目的在于規范運行管理，提升運行管理效率，降低人工操作風險，保障發電安全。同時，通過運行分析、運行優化、控制優化等能力建設，提升發電效率，降低各類能耗，實施節能減排，實現提質增效。通過大數據分析與挖掘，全面反映實際設備運行情況、運行性能以及人員工作情況，實現統計分析和決策支持，從而促進有序、高效的協同運作［8］。

5.2.2 功能推薦

1）交接班管理的功能。系統支持自動排班，實現交接班信息化，將系統運行日志、安全分析等模塊關聯，自動生成交接班清單。在交班和接班階段，各崗位人員進行分類檢查并確認簽字，以確保交接工作清晰明了。通過關聯缺陷管理、設備停復役管理等模塊，自動設置交接班檢查的路線、范圍和內容。利用可視化技術和智能設備，實現交接班現場檢查的自動化及人員交接班情況的在線監測。

2）運行日志管理的功能。建立標準統一的運行日志數據庫，包含各項業務，并實現分類管理、集中生成。交接班、運行方式、缺陷、指標、運行優化建議等各類信息能夠被分類推送至相關崗位。通過關聯生產實時監控系統，利用大數據分析功能，結合值際競賽標準，進行本班主要指標及異常數據對標分析，生成指標績效評價內容。運行優化與高級值班員管理模塊關聯，能夠實現運行優化建議的自動生成。

3）定期工作管理的功能。系統可根據發電廠實際情況進行定期工作的策劃、執行、記錄和總結分析。系統能夠指導工作人員執行定期工作的操作步驟及流程，并監督和查詢定期工作的執行情況。

4）智能監視的功能。系統支持生產運行的可視化，通過大數據平臺實現系統實時數據的共享，并掛接至三維可視化電廠模型上，例如展示基于三維漫游的生產實時數據及生產過程仿真。系統能夠對主控、輔控、電氣、脫硫、脫硝、除塵等控制系統的一級畫面進行全幅展現。系統能夠支持廠級數據的匯總與計算，包括機組運行小時數、實時發電量、累計發電量、負荷率、廠級發電煤耗、供熱量等。此外，系統還能夠對任意監視畫面的歷史狀態進行回放，按照時間段和數據精度自由定義歷史畫面。

5）智能考核的功能。系統能夠對實時數據的指標進行在線考核，提供考核建模平臺，可根據最優值、正常值、最差值等區間進行設置。系統能夠通過數據平臺獲取實時、歷史測點數據，校驗測點數據的有效性。在指標考核周期內，系統能夠自動進行數據采集與處理、指標計算、考核評分及指標考核數據保存。此外，系統還支持統計查詢功能，實現各個指標和指標總分的排名，可以按月查詢或實時展示當月各個指標或指標總分的排名。

5.3 智能兩票管理技術

5.3.1 技術特點

智能兩票系統基于規范化的兩票標準術語，完善邏輯閉鎖安全防護功能，運用二維碼技術對人員身份和設備標識碼進行驗證。依托覆蓋全廠的無線網絡，該系統能夠將操作票中的各項操作和工作票中的安全措施就地通過移動設備執行，實現兩票執行過程的全方位電子監察，有效防止了安全措施的誤實施、漏操作和誤操作，實現了對兩票本質安全管控。

5.3.2 功能推薦

該系統能夠全程管控開票、簽發、接收、措施執行、審批、打印、許可開工、終結等流程，支持移動設備進行辦票，同時還具有綜合查詢、統計匯總等綜合管理功能。系統可根據時間順序和不同區域對作業人員進行授權，以避免未經授權的人員誤入間隔。在工作票許可和終結環節，系統與分布式控制系統實現聯動，通過設置安措執行，實現對相關設備運行參數的校驗。

5.4 智能安全管理技術

5.4.1 技術特點

智能安全管理體現了“物防、人防、技防”三大方面，運用人員定位、人臉識別、三維建模、大數據分析等先進技術，對人員不安全行為、設備不安全狀態及環境不安全因素進行全面管理，實現作業現場的風險管控和實時違章告警，以規范生產作業行為，確保安全生產［9］。

5.4.2 功能推薦

1）現場作業人員的安全管理。結合三維虛擬平臺實時呈現現場作業人員的位置和運動軌跡，對其行為進行監控和分析［10］。

2）安全檢查的功能。支持建立安全檢查規范庫，自動生成檢查任務清單，智能地對安全檢查信息進行分解，將不合格項自動轉化為缺陷和安全隱患，并生成整改計劃，推送至相關崗位人員。

3）隱患管理的功能。建立隱患管理庫，按照隱患管理標準創建檢查卡，利用手持終端等智能設備，將隱患排查相關信息實時反饋至系統中。系統將檢查發現的隱患按類別自動匯總，向整改部門下發整改任務，通知相關崗位人員，并實時跟蹤和提醒，形成隱患整改的閉環管理。

4）兩措管理的功能。實現兩措全流程管理，包括計劃、發布、實施、閉環和反饋。在計劃任務到期前進行提示和閉環反饋，確保整改項目、費用等信息的共享，每月定期進行評估。

5）安全事件管理的功能。具有對異常、障礙、事故和事件進行調查、分析、責任認定、級別認定、編制并執行防范措施和事故統計報表的全過程管控功能。

6）危險源管理的功能。建立重大危險源管理臺賬，按照危險辨識和風險評估流程辨識和評估風險，并制定有針對性的整改措施。對風險進行動態評估，及時備案和注銷，并在各管理環節設置實時預警和提醒功能。

7）安全培訓管理的功能。建立安全培訓管理相關模塊并進行分類管理，根據要素生成專項試題，內容包括國家法律法規、標準等安全生產知識，以及公司規章制度、管理流程等。將考試結果與門禁權限、兩票三種人、特種作業權限等相關聯，考試未通過者即刻取消相關權限。

8）特種設備管理的功能。具有特種設備缺陷定期檢查、定期檢驗任務流程自動流轉及信息自動推送功能。

9）安全工器具管理的功能。建立安全工器具電子臺賬，自動記錄安全工器具的使用情況，并設置檢查試驗周期。周期結束時自動提醒，記錄檢查試驗情況，并與其他系統數據共享，實現對安全工器具全生命周期的管理。

5.5 設備健康管理技術

5.5.1 技術特點

設備健康管理系統采用振動監測、超聲波分析、紅外探測、X 射線探傷等多種檢測手段，實現對機組主輔機設備的動態監測。通過構建設備特征模型和建立設備健康狀態知識庫，實現設備故障診斷與預警。

5.5.2 功能推薦

1）設備狀態實時識別功能。采用設備狀態識別技術和智能視頻分析技術，對關鍵系統和設備進行不間斷在線監視。

2）故障預警功能。自動發出短信、聲音提醒等警報，提供關鍵信息，以協助值班人員及時發現異常情況和安全隱患。

3）健康度評估功能。通過實時特征數據分析，生成健康診斷分析報告，從多個維度綜合評估，為電廠運行、檢修和管理提供生產決策支持。

4）狀態檢修功能。結合數據分析報告和設備健康評估報告，按照狀態檢修導則和檢修決策標準庫，生成狀態檢修報告，明確設備檢修類別、檢修內容及檢修時間。

5）檢修計劃功能。根據狀態檢修報告，制定檢修計劃或大修技改項目計劃。

6 發電技術智能化評估

在智能燃煤發電技術和智慧發電管理的實際應用中，首先需要明確項目的需求和目標。隨后，確定具體的應用功能和范圍，并進行相應的技術經濟比較和分析［11］。在項目實施的過程中，根據技術經濟分析的結果，將確定的技術指標、技術功能和實施范圍在系統的技術需求中進行明確規定。

智能化程度評估的主要內容包括智能化技術在電廠中的應用范圍和應用深度。這種評估還需要考慮智能化技術的應用對提升火力發電廠安全可靠性、節能環保成效的影響，不僅包括設備層、控制層，還包括管理層。火力發電廠的智能化程度應當隨著科學技術的不斷發展以及企業和社會需求的變化而逐步提升［12］。

7 結語

通過智能發電技術的技術特點分析和功能推薦，為發電企業智慧電廠建設和改造工作提供參考。智慧電廠的建設在國內能源集團的數字化轉型中占據著至關重要的地位，是推動燃煤發電廠數字化轉型的關鍵一環。智能既是目標也是手段，通過在基礎理論、關鍵技術與工程應用方面不斷探索與突破，順應新一輪科技革命和產業變革趨勢，以新一代信息技術與工業深度融合為主線，以數字化改造為主攻方向，以工業互聯網創新發展為著力點，實現燃煤發電過程的清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同和靈活智能。