王照陽

(南京華盾電力信息安全測評有限公司,江蘇 南京 211106)

0 引言

在信息技術(shù)與各個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都深度結(jié)合的大背景下,國家提出能源電力和信息深度結(jié)合促進能源電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的戰(zhàn)略目標。 在目前發(fā)電成本上漲,電力需求增加的環(huán)境下,電力企業(yè)需要逐漸轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的管理和運行模式,通過與信息技術(shù)的結(jié)合提升生產(chǎn)效率,降低運營成本,抵御經(jīng)營風(fēng)險。 智慧電廠的建設(shè)可以滿足現(xiàn)代能源電力企業(yè)的要求。

智慧電廠是基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息監(jiān)控和智能診斷技術(shù)打造的控制決策更為科學(xué)、生產(chǎn)過程可控性更高、生產(chǎn)過程更優(yōu)、生產(chǎn)成本控制更好的新一代電廠。 智慧電廠將充分利用生產(chǎn)數(shù)據(jù),挖掘出更有效的管理和生產(chǎn)流程,做出更及時更合理的決策,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)的潛在故障。 同時智慧電廠不是現(xiàn)有電廠智能設(shè)備的簡單升級,而是與現(xiàn)有智能設(shè)備充分的深度融合,使現(xiàn)有設(shè)備能充分共享數(shù)據(jù)和信息,做到統(tǒng)一聯(lián)動,進而形成有機整體。

很多專家都針對智慧電廠的建設(shè)提出了自己的方案,例如楊濤等[1]通過分析某電廠的云平臺、獨立電子系統(tǒng)等建設(shè)方案和設(shè)備提出了新的智慧電廠的建設(shè)思路;陳錄等[2]圍繞智慧電廠和智慧電廠相關(guān)技術(shù)展開探討,并提出了智慧電廠建設(shè)方案。 目前智慧電廠的研究還處于探索階段,從相關(guān)研究文獻來看,關(guān)于智慧電廠的建設(shè)方案和技術(shù)路線還沒有出現(xiàn)統(tǒng)一和共識的標準。

只有明確了智慧電廠建設(shè)過程中的共性問題,才能提出更好的解決方案和技術(shù)路線。 為了促進智慧電廠研究取得更大進展,早日出現(xiàn)成熟且被廣泛接收的智慧電廠建設(shè)方案,本文從智慧電廠建設(shè)中存在的關(guān)鍵問題出發(fā),提出了建設(shè)智慧電廠的技術(shù)路線。

1 智慧電廠建設(shè)過程中存在的問題

1.1 未對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行充分挖掘

生產(chǎn)數(shù)據(jù)是控制和決策最有效和最可靠的依據(jù)。采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù),結(jié)合各類指標(如遠動率、利用小時數(shù)、能量利用率等),對機組能效、故障等實施診斷分析、評價,尋找問題根源[3]。 試點場站開展移動APP巡檢,利用移動終端服務(wù)推送模塊,及時通知管理人員和技術(shù)人員,實現(xiàn)效率提升。 目前電廠端在處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)方面存在的問題是:(1)各發(fā)電場站各種應(yīng)用管理系統(tǒng)架構(gòu)獨立、數(shù)據(jù)來源單一,各自為戰(zhàn)。 (2)未對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行有效且充分的挖掘,造成本該產(chǎn)生巨大效益的數(shù)據(jù)被白白浪費。

要對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行充分挖掘就必須建立大數(shù)據(jù)分析平臺,通過合適的大數(shù)據(jù)算法,從海量數(shù)據(jù)中分析出最優(yōu)運行參數(shù),能耗指標分析,統(tǒng)計指標分析等有價值的數(shù)據(jù)。 此外還需要建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建診斷平臺,實現(xiàn)基于運行數(shù)據(jù)的故障分析。 而相關(guān)的大數(shù)據(jù)算法研究還不充分,大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)還處于起步階段。

1.2 未充分利用人工智能技術(shù)

生產(chǎn)設(shè)備沒有充分利用人工智能技術(shù)進行故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測。 在人工智能技術(shù)的支持下,智能診斷技術(shù)將可以對廠級、區(qū)域級的設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)督和預(yù)測,發(fā)現(xiàn)重大故障出現(xiàn)時將設(shè)備狀態(tài)設(shè)置為安全模式,并將故障設(shè)備與其他設(shè)備隔離。

生產(chǎn)現(xiàn)場沒有充分利用人工智能技術(shù)對位于危險區(qū)域的重點設(shè)備進行傳感器智能調(diào)節(jié)。 很多重復(fù)性、危險性、周期性的設(shè)備調(diào)節(jié)工作還需要人工完成或者人工參與[4]。

1.3 沒有整合分散的原有平臺,實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享

發(fā)電企業(yè)內(nèi)部原有的信息化智能化平臺還沒有得到有效整合,以至于這些設(shè)備各自為戰(zhàn),形成了很多信息孤島。 還未引入數(shù)據(jù)共享平臺、微服務(wù)發(fā)布等技術(shù)手段,打破數(shù)據(jù)孤島,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和云邊協(xié)同,為電廠級或區(qū)域級數(shù)字化建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1.4 智慧電廠的管理決策能力有待加強

在智慧電廠中,如何更高效和準確地采集各生產(chǎn)部門信息數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)進行自動化集成和分析,依然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。 依托于數(shù)據(jù)分析的智慧決策系統(tǒng),其決策能力可進一步提升,從而適應(yīng)智慧電廠的新發(fā)展。 相對于智慧系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,系統(tǒng)使用人員和管理者的業(yè)務(wù)能力還有待進一步提高,配套的管理機制和制度也不能滿足智慧電廠管理的需求。

2 智慧電廠建設(shè)的技術(shù)路線

針對智慧電廠建設(shè)過程中存在的問題,智慧電廠應(yīng)該以如下技術(shù)路線進行建設(shè)。

2.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用,電力系統(tǒng)相比之前要采集和存儲更多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 面對海量的數(shù)據(jù),如何從中挖掘出有價值的信息,越來越成為電力系統(tǒng)必須面對和解決的問題。 通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),可以從電力系統(tǒng)海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有價值的信息,并轉(zhuǎn)化成有用的知識和規(guī)律。 智慧電廠采用數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)技術(shù),可以實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)、能源消耗情況的有效分析,管理者可以實時了解電廠的運行狀態(tài)以及趨勢預(yù)測,并制定最優(yōu)的運行方案。 在設(shè)備電力設(shè)備故障診斷以及設(shè)備維護管理上,利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以實現(xiàn)精準的故障檢修與設(shè)備狀態(tài)預(yù)測,為相關(guān)工作的開展提供依據(jù)。 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對于智慧電廠的安全平穩(wěn)運行、運營管理及風(fēng)險決策都具有重要價值和意義。

2.2 基于人工智能的遠程診斷和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛,取得的效果相比傳統(tǒng)方法也更具有優(yōu)越性。 傳統(tǒng)電廠的設(shè)備故障診斷方法以現(xiàn)場檢測和絕對值報警為主。 這種方法時效性較差,往往對設(shè)備故障難以起到及時預(yù)警的作用,不能為替代方案的制定和設(shè)備故障排除預(yù)留足夠的時間,對電廠的正常生產(chǎn)有很大影響。 利用人工智能遠程診斷技術(shù)可以實現(xiàn)對電廠設(shè)備故障的實時診斷,具有運算速度快、準確率高、預(yù)警能力強和智能化等優(yōu)點。 另外利用人工智能技術(shù)可以對設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)測。 利用相關(guān)傳感器可以獲取發(fā)電機組等設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù),并通過人工智能算法求出設(shè)備運行參數(shù)的最優(yōu)解,實現(xiàn)對設(shè)備運行方案的優(yōu)化,最終提高電廠的運行效率與經(jīng)濟效益。

2.3 多平臺融合的平臺融合生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享技術(shù)

目前,發(fā)電廠雖然已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模的信息化,但其生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運營管理數(shù)據(jù)和人員配置信息等數(shù)據(jù),分別由不同的平臺來管理和存儲,且各平臺之間信息不互通,形成了大量信息孤島。 發(fā)電廠內(nèi)數(shù)據(jù)資源的分散化,對數(shù)據(jù)的管理、分析和應(yīng)用產(chǎn)生了很大的阻礙,使得信息的價值難以最大化。 利用多平臺融合的平臺融合生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享技術(shù),建設(shè)平臺共同計算、存儲、分析、運行的一體化大平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),對于發(fā)電廠內(nèi)人員、設(shè)備、系統(tǒng)協(xié)同運行有非常積極的影響。

2.4 多種優(yōu)化策略提高管理決策能力

在智慧電廠建設(shè)中,可以使用多種優(yōu)化策略來提高智慧化程度。 分散控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于各生產(chǎn)部門信息數(shù)據(jù)采集,它可以對電廠不同區(qū)域的日常生產(chǎn)情況進行監(jiān)控,并通過后臺系統(tǒng)記錄生產(chǎn)中的關(guān)鍵參數(shù),為電廠的智能管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 分散控制系統(tǒng)同時還是電廠運營數(shù)據(jù)匯總和分析的基礎(chǔ)。 該系統(tǒng)可以搜集有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)傳輸給工作人員,以便工作人員對電廠級數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析。 作為分散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),電廠級的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以實時將分散控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)匯總,并進行智能化處理與分析,實現(xiàn)對電廠生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的整體監(jiān)控。 使用專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),搭建智慧決策系統(tǒng),可以有效提高數(shù)據(jù)分析與處理能力,并且基于電廠運行現(xiàn)狀,對生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進行最優(yōu)化調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)對電廠生產(chǎn)活動的精準管理。 另外,通過對相關(guān)人員進行業(yè)務(wù)培訓(xùn),可以最大限度地提高智能化系統(tǒng)的使用價值。 利用使用者反饋的實際情況,開發(fā)人員可以對系統(tǒng)進行有針對性的優(yōu)化,提高系統(tǒng)效能。

通過一體化平臺,發(fā)電廠管理者能夠完善管理機制,實現(xiàn)故障實時預(yù)警,以及數(shù)據(jù)的批量管理和統(tǒng)一存儲等功能,從而提高電廠智能化水平。

3 智慧電廠架構(gòu)

3.1 模型總體結(jié)構(gòu)

智慧電廠就是將傳統(tǒng)電廠結(jié)合先進的電力電子技術(shù)和其他智能信息技術(shù),實現(xiàn)發(fā)電廠內(nèi)部感知自動化,各系統(tǒng)互聯(lián)化以及管理決策智能化的目的。 智慧電廠一個重要特征是電廠內(nèi)部各系統(tǒng)模塊能夠采集、分析、判斷和規(guī)劃自己的行為,智能地在線動態(tài)優(yōu)化設(shè)備配置及其參數(shù)。

為了使智能電廠滿足以上特征,智慧電廠架構(gòu)包括了自動感知設(shè)備層、信息處理和通信層、智能管理決策層等層面。 智慧電廠架構(gòu)有助于電場內(nèi)部各系統(tǒng)之間信息互通、各業(yè)務(wù)的協(xié)同、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和決策智能化。 智慧型電廠架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智慧電廠總體架構(gòu)

自動感知設(shè)備層:其主要目的是綜合利用傳統(tǒng)儀表和智能數(shù)字儀表,完成對電廠內(nèi)部設(shè)備的運行狀態(tài)、生產(chǎn)情況等數(shù)據(jù)的高精度采集工作,為電廠智能化提供最基礎(chǔ)的依據(jù)。 考慮到傳統(tǒng)電廠向智慧電廠轉(zhuǎn)型需要一定時間,在架構(gòu)設(shè)計中充分利用傳統(tǒng)儀表對部分設(shè)備信息進行采集,實現(xiàn)電廠的平穩(wěn)過渡。

信息處理和通信層:主要利用大數(shù)據(jù)管理技術(shù)實現(xiàn)電廠內(nèi)各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。 通過多系統(tǒng)互聯(lián)通信和控制技術(shù),實現(xiàn)各個系統(tǒng)間信息互傳,并實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)管理和安全管控,減少了運行維護工作量,降低了運行成本。

智能管理決策層:是面向生產(chǎn)管理者的信息控制系統(tǒng),可以為全電廠的生產(chǎn)經(jīng)營提供綜合性的服務(wù),幫助管理者全面了解和掌握電廠內(nèi)各機組運行質(zhì)量和廠內(nèi)生產(chǎn)效益,包含數(shù)據(jù)分析與管理、人員與物資管理、各業(yè)務(wù)流程管理等功能。

3.2 智慧電廠建設(shè)工作

在確定整體架構(gòu)之后,智慧電廠的建設(shè)主要圍繞以下工作進行開展。

平臺建設(shè):將智慧電廠的相關(guān)技術(shù)抽成平臺,為電廠工作人員將技術(shù)應(yīng)用到實際工作提供便利。 建成的統(tǒng)一大平臺將包含大數(shù)據(jù)、云計算、應(yīng)用服務(wù)等業(yè)務(wù)功能,它將原來的分散部署、各自獨立的系統(tǒng)平臺,逐步轉(zhuǎn)換成信息通暢、數(shù)據(jù)集中處理的新運行平臺,將成為智慧電廠的基礎(chǔ)設(shè)施。

管理體系建設(shè):管理體系的建設(shè)要結(jié)合智慧電廠出現(xiàn)的新特征,能夠全面整合和優(yōu)化智慧電廠的數(shù)據(jù)資源、基礎(chǔ)設(shè)施資源和人力物資等資源,促進智能電廠管理的規(guī)范化、標準化和流程化。 管理體系要力爭與國際先進管理相接軌,可以將電廠設(shè)計及建設(shè)標準、數(shù)據(jù)治理體系、電廠緊急響應(yīng)和應(yīng)急管理體系、故障設(shè)備處置管理辦法、技術(shù)變更管理引入電廠管理體系。

智慧應(yīng)用:結(jié)合先進的智能化平臺和管理方法,對電廠中日常工作進行方法智能化和流程精細化改造。通過建設(shè)設(shè)備自主傳感系統(tǒng)、智能機器人巡檢系統(tǒng)和人員物資App 等應(yīng)用項目,促進智慧技術(shù)快速轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力,提高電廠智能水平和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

本文通過分析智慧電廠的研究現(xiàn)狀,探討了智慧電廠研究和建設(shè)過程中存在的共性問題,針對這些問題提出了智慧電廠建設(shè)和研究的技術(shù)路線,最后提出了智慧電廠的總體架構(gòu)模型。