吳曉珊

（中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100028）

0 引言

在國家政策的引導(dǎo)下，氣電集團(tuán)認(rèn)真貫徹?cái)?shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略部署，提升管控能力、促進(jìn)降本增效、防范安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理重大風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新發(fā)展。建設(shè)智能感知執(zhí)行、智能控制優(yōu)化、智慧管理決策的電力板塊統(tǒng)一信息系統(tǒng)，支撐電力業(yè)務(wù)管理模式創(chuàng)新，是打通企業(yè)信息壁壘、完成數(shù)據(jù)聯(lián)通、形成管理閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)“智慧電廠”建設(shè)要求最重要的一步[1-2]。

1 智慧電廠發(fā)展歷程

國內(nèi)當(dāng)前主流觀點(diǎn)認(rèn)為國內(nèi)發(fā)電行業(yè)基本建成數(shù)字電廠（三維結(jié)合數(shù)字檔案）和局部的智慧應(yīng)用（如巡檢機(jī)器人等）[3-4]，但完成了這類自動(dòng)化或者信息化技術(shù)實(shí)施的電廠，并不能稱之為智慧電廠。智慧電廠是在電廠實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，采用各種新技術(shù)建設(shè)支撐電力業(yè)務(wù)新運(yùn)營模式的統(tǒng)一信息技術(shù)平臺(tái)，從而使得電廠在各種環(huán)境和條件下都能更加安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保運(yùn)行。智慧電廠的演變過程包括自動(dòng)化電廠、數(shù)字化電廠、智能電廠和智慧電廠四個(gè)階段[5]。

（1）自動(dòng)化電廠階段。自動(dòng)化電廠階段主要是使用效率更高的流水線和自動(dòng)化電氣設(shè)備，以DCS系統(tǒng)為代表，代替了大量人力勞動(dòng)，重工業(yè)得到發(fā)展[6]。

（2） 數(shù)字化電廠階段。該階段通過前期原始數(shù)據(jù)積累，與其余電廠信息系統(tǒng)集成，形成邏輯清晰的數(shù)據(jù)池，以保證后期運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)還原脈絡(luò)清晰，是智慧電廠建設(shè)的根基。

（3）智能電廠階段。該階段在系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)池積累的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電廠設(shè)備的智能控制，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟停、控制等操作[7]。

（4）智慧電廠階段。在實(shí)現(xiàn)智能控制的基礎(chǔ)上，智慧電廠階段則主要進(jìn)行數(shù)據(jù)建模、機(jī)器學(xué)習(xí)等智能分析，將大幅度提升電廠實(shí)時(shí)分析、控制和決策水平。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外先進(jìn)電力企業(yè)智慧電廠多朝著“自動(dòng)控制、性能尋優(yōu)、統(tǒng)一運(yùn)營、安全生產(chǎn)、輔助決策”四個(gè)方向發(fā)展。

沙特Rya電廠建設(shè)了完善的數(shù)據(jù)體系，實(shí)現(xiàn)了電廠運(yùn)營的透明化，并運(yùn)用預(yù)警、診斷、設(shè)備評(píng)估分析等智能化應(yīng)用，顯著降低運(yùn)營成本[8]。其中檢修工作量減少25%，年度維修費(fèi)用節(jié)省200萬，年度運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省120萬，備品備件優(yōu)化減少34.7萬。

澳大利亞Origin公司遠(yuǎn)程運(yùn)營中心，實(shí)現(xiàn)包括燃?xì)獍l(fā)電在內(nèi)的多種發(fā)電形式、多種參股管理模式、多種網(wǎng)絡(luò)接入條件的電廠的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)運(yùn)行。整合多種發(fā)電模式的電廠包括燃?xì)獍l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃煤發(fā)電等，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)接入條件、不同股東結(jié)構(gòu)發(fā)電公司的復(fù)雜管理與協(xié)調(diào)，無人/少人值守機(jī)組，遠(yuǎn)程檢維修指導(dǎo)，預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)分析[9-10]。

華潤電力通過CSASS系統(tǒng)，提供優(yōu)化運(yùn)行方案和集中運(yùn)營決策支持，建設(shè)了與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合的遠(yuǎn)程運(yùn)營中心。實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠全方位在線分析與診斷，集團(tuán)級(jí)火電機(jī)組技術(shù)監(jiān)控、自動(dòng)優(yōu)化、高級(jí)診斷等，形成統(tǒng)一的模型庫等，實(shí)現(xiàn)與燃料管控、售電云系統(tǒng)的對(duì)接[11-12]。

大唐泰州熱電公司實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)器人巡檢、三維虛擬電廠、故障診斷、人臉識(shí)別，為集團(tuán)遠(yuǎn)程診斷中心，提供信息支持和智能決策[13-14]。實(shí)現(xiàn)燃機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)間減少50%，用電率和天然氣消耗降低，排放物遠(yuǎn)低于行業(yè)環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)電廠智慧化運(yùn)營。

3 智慧電廠特征

智慧電廠的本質(zhì)就是借助新興技術(shù)，以信息化支撐業(yè)務(wù)變革創(chuàng)新，促進(jìn)電廠全面感知、安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、協(xié)同運(yùn)營、科學(xué)決策的規(guī)劃和建設(shè)。主要是圍繞以下四點(diǎn)進(jìn)行：

（1）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：降低檢維修成本；引進(jìn)尋優(yōu)系統(tǒng)，降低機(jī)組運(yùn)行成本；實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，降低機(jī)組能耗，確保機(jī)組運(yùn)行處于最優(yōu)工況[15]。

（2）協(xié)同與共享：進(jìn)行電力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯集，提供企業(yè)內(nèi)部設(shè)備遠(yuǎn)程智慧監(jiān)測(cè)診斷服務(wù)，形成服務(wù)共享模式；綜合評(píng)估發(fā)電成本，促進(jìn)管理協(xié)同。

（3）安全生產(chǎn)：建立故障知識(shí)庫，形成故障治理方案，提高故障排查效率；建立檢維修模型和設(shè)備健康指標(biāo)模型，提高檢維修工作效率。

（4）輔助分析與決策：通過對(duì)電廠成本和利潤的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)和分析，重點(diǎn)研究燃料成本和電價(jià)、電量等的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成月度成本和利潤綜合分析，為經(jīng)營決策提供依據(jù)[16]。

4 智慧電廠頂層設(shè)計(jì)

智慧電廠頂層設(shè)計(jì)總體遵循“三步走”的策略開展工作，主要分為現(xiàn)狀調(diào)研及需求分析、藍(lán)圖設(shè)計(jì)、實(shí)施路線圖規(guī)劃三個(gè)階段，最終形成智慧電廠頂層設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)企業(yè)智慧電廠信息化建設(shè)，推動(dòng)電力板塊轉(zhuǎn)型升級(jí)。

圖1 總體規(guī)劃方法論

基于電廠數(shù)據(jù)，以企業(yè)生產(chǎn)云為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)一技術(shù)平臺(tái)完成對(duì)生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和安全信息監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集。建設(shè)智慧電廠綜合運(yùn)營技術(shù)平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)管理和分析；通過基礎(chǔ)IT管理技術(shù)搭建業(yè)務(wù)邏輯模型，最終實(shí)現(xiàn)如圖所示四大應(yīng)用建設(shè)。

圖2 智慧電廠綜合運(yùn)營技術(shù)平臺(tái)

4.1 綜合運(yùn)營技術(shù)平臺(tái)

綜合運(yùn)營技術(shù)平臺(tái)主要基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)，提供統(tǒng)一的遠(yuǎn)程IT服務(wù)，包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)填充、大數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能；也包括權(quán)限、流程、BI等傳統(tǒng)IT業(yè)務(wù)中間件以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)融合、測(cè)點(diǎn)與設(shè)備管理等專業(yè)化的服務(wù)與組件。

4.2 性能分析與優(yōu)化

性能分析與優(yōu)化應(yīng)用主要基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)手段對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)組綜合全工況分析，結(jié)合負(fù)荷，價(jià)格、能耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行自動(dòng)尋優(yōu)，通過控制水平提升機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中的熱效率。通過運(yùn)維專項(xiàng)，降低耗材費(fèi)用和電廠自用電率。

4.3 機(jī)群統(tǒng)一監(jiān)管

機(jī)群統(tǒng)一監(jiān)管應(yīng)用主要基于集中式的電力智能分析環(huán)境，面向機(jī)群運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)一體化數(shù)據(jù)分析。建立機(jī)群統(tǒng)一監(jiān)管，包括機(jī)群技術(shù)綜合管理、機(jī)群調(diào)度綜合管理和機(jī)群經(jīng)營綜合管理三類應(yīng)用，強(qiáng)化事業(yè)部對(duì)各電廠的集中管控力度，提高綜合運(yùn)營水平，提升板塊競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

4.4 設(shè)備可靠性維護(hù)

設(shè)備可靠性維護(hù)應(yīng)用主要基于預(yù)知監(jiān)測(cè)、預(yù)知維修的主動(dòng)設(shè)備管理理念，利用基建期積累的機(jī)組數(shù)據(jù)，借助模型分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等工具，建設(shè)設(shè)備全狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)智能診斷預(yù)警，自動(dòng)生成相應(yīng)的檢維修任務(wù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修，形成設(shè)備維修閉環(huán)管理。

4.5 安全生產(chǎn)管理

基于主動(dòng)安全管控理念，依托5G技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)安全融合管理系統(tǒng)、視頻智能分析、兩票融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)用、VR仿真培訓(xùn)及節(jié)能環(huán)保管理于一體的應(yīng)用，可提前發(fā)現(xiàn)和排除廠區(qū)安全隱患，提升電廠智能管控水平，做到生產(chǎn)行為可記錄、可追溯、可量化，滿足“事前預(yù)防、事中控制”。

5 結(jié)語

為積極應(yīng)對(duì)電力體制改革、電價(jià)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)削弱盈利能力等挑戰(zhàn)，抓住數(shù)字化發(fā)展和“3060”碳達(dá)峰、碳中和等能源升級(jí)的歷史性機(jī)遇，開展智慧電廠建設(shè)探索，推進(jìn)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)智慧化運(yùn)營，構(gòu)建成橫向聯(lián)通、縱向貫通、內(nèi)外融通數(shù)字化體系，提升企業(yè)管控能力、促進(jìn)降本增效，為電力業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)信息化價(jià)值。