中國電廠信息化第二次飛躍
——智能化電廠建設(shè)

過程自動(dòng)化技術(shù)中心 侯子良

中國電廠信息化第二次飛躍
——智能化電廠建設(shè)

過程自動(dòng)化技術(shù)中心 侯子良

本文對電廠信息化的若干概念進(jìn)行了定義，并回顧和總結(jié)了中國電廠信息化第一階段。作者指出，以建設(shè)智能化電廠為標(biāo)志的中國電廠信息化第二次飛躍行將到來。最后，作者對建設(shè)智能化電廠的任務(wù)及組織提出了建議。

電廠；信息化；數(shù)字化；智能化

1 電廠信息化基本概念

電廠信息化是指通過一定技術(shù)手段把反映電廠生產(chǎn)過程對象和管理過程對象的現(xiàn)象、特征、本質(zhì)及規(guī)律用聲音、文字、數(shù)字、符號(hào)、圖形和圖像等信息直接或經(jīng)過處理后反映出來，以便人們了解電廠的生產(chǎn)過程和管理過程，或直接向過程發(fā)出反饋信息，使過程達(dá)到盡可能優(yōu)化的狀態(tài)。因此，它包括用于信息轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)以及反饋的信息物理載體和使信息優(yōu)化的信息處理功能兩方面內(nèi)容。

電廠數(shù)字化是指利用數(shù)字技術(shù)（計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)）對反映電廠生產(chǎn)過程和管理過程對象的現(xiàn)象、特征、本質(zhì)及規(guī)律的聲音、文字、數(shù)字、符號(hào)、圖形和圖像等模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并在數(shù)字技術(shù)載體中進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、處理以及輸出等操作，使電廠信息的占有和應(yīng)用打破空間和時(shí)間的某些限制，并使信息的應(yīng)用效益達(dá)到最大化。

電廠智能化是指電廠信息化過程中，在基本達(dá)到數(shù)字化基礎(chǔ)上，采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、遺傳算法、自組織控制、自學(xué)習(xí)控制以及數(shù)據(jù)挖掘等智能控制和智能分析技術(shù)對信息進(jìn)行處理和加工，并盡可能在最大范圍內(nèi)代替人實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋輸出，達(dá)到高度自動(dòng)化，使電廠處于安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面綜合最優(yōu)的狀態(tài)。

綜上所述，無論電廠數(shù)字化，還是電廠智能化，實(shí)際上都是對電廠信息化狀態(tài)和特征的描述，前者強(qiáng)調(diào)信息化物理載體的數(shù)字化特征，而后者則在信息化物理載體基本達(dá)到數(shù)字化的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)最大限度地采用智能控制和智能分析技術(shù)對信息進(jìn)行處理和加工。

2 我國電廠信息化發(fā)展第一個(gè)歷史時(shí)期

2.1 發(fā)展進(jìn)程

我國電廠信息化發(fā)展第一個(gè)歷史時(shí)期從2000年前后開始。1997年末，原電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院在“2000年火電廠自動(dòng)化”報(bào)告中, 首次提出進(jìn)入21世紀(jì)火電廠信息化（自動(dòng)化）目標(biāo)，明確指出要使單元機(jī)組和輔助車間在內(nèi)的全廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，并建設(shè)廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）和管理信息系統(tǒng)（MIS）。隨后到2003年，行業(yè)專家又進(jìn)一步提出要積極試點(diǎn)和逐步推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線，全面建設(shè)數(shù)字化電廠。

歷經(jīng)18年，我國電廠信息化建設(shè)取得了長足進(jìn)步，這是我國電廠信息化發(fā)展的第一個(gè)歷史時(shí)期。這個(gè)時(shí)期大致分三個(gè)階段：試點(diǎn)和激烈爭論的準(zhǔn)備階段、逐步推廣建立基本架構(gòu)階段，以及超預(yù)期加速擴(kuò)展階段。我國電廠信息化發(fā)展的第一個(gè)歷史時(shí)期的發(fā)展歷程是十分艱苦的，真正思想上比較統(tǒng)一，并開始快速發(fā)展也僅僅只是在近8~10年的時(shí)間。

2.2 基本評(píng)價(jià)

筆者對這個(gè)階段的基本評(píng)價(jià)是：我國電廠信息化發(fā)展的第一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)近10年建設(shè)的電廠已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。具體體現(xiàn)為：

（1）電廠內(nèi)每臺(tái)機(jī)組有近萬點(diǎn)信息進(jìn)入了分散控制系統(tǒng)（DCS），全廠公用系統(tǒng)和輔助車間的信息也基本進(jìn)入相應(yīng)DCS（或PLC），全廠有十幾萬點(diǎn)信息進(jìn)入廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）和管理信息系統(tǒng)（MIS）。總體上看，信息的數(shù)字化程度已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平。

（2）全廠已經(jīng)構(gòu)建完成了以DCS+SIS+MIS為核心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并通過內(nèi)部專網(wǎng)與集團(tuán)級(jí)（包括科研中心）監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息互聯(lián)（包括擬議中的鍋爐網(wǎng)等）。龐大的信息數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)成為各大電力集團(tuán)內(nèi)各級(jí)、各部門人員監(jiān)管必不可少的有力工具，創(chuàng)造了不可估量的貢獻(xiàn)。

（3）信息智能化處理開始嘗試和探索，并取得了一些引領(lǐng)性的成果和作用。如單元機(jī)組自啟停（AUS）、廠網(wǎng)二級(jí)優(yōu)化調(diào)度、源網(wǎng)協(xié)調(diào)控制（適應(yīng)智能電網(wǎng)需求）、燃燒優(yōu)化控制，以及形形色色分析決策技術(shù)（ERP遠(yuǎn)程診斷、節(jié)能決策、決策支持）和故障診斷技術(shù)等。

（4）隨著信息化的發(fā)展，電廠管理創(chuàng)新也有所突破，取得一些可喜成果。如某電力集團(tuán)提出的“一個(gè)控制中心，三個(gè)監(jiān)視中心”的創(chuàng)新管理模式；廠級(jí)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)促進(jìn)了非直調(diào)模式的出現(xiàn)，沖破了電網(wǎng)對火電一統(tǒng)天下采用直調(diào)模式的傳統(tǒng)勢力束縛，被認(rèn)可成為中國電網(wǎng)調(diào)度的重要模式之一。

3 我國電廠信息化發(fā)展進(jìn)入第二個(gè)歷史時(shí)期

3.1 第二次飛躍主客觀條件成熟

（1）我國電廠己經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，為第二次飛躍提供了良好的物理載體；

（2）互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人以及大數(shù)據(jù)處理等信息技術(shù)呈爆炸式發(fā)展，為第二次飛躍提供了豐富的技術(shù)源泉；

（3） “工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”已成為中央強(qiáng)國戰(zhàn)略的國策，頂層設(shè)計(jì)清晰，正自上而下逐步推進(jìn)，這在我國電廠信息化起步以來是前所未有的利好。

3.2 當(dāng)前我國電廠信息化建設(shè)目標(biāo)

3.2.1 提高電廠信息的數(shù)字化及其轉(zhuǎn)換自動(dòng)化程度

當(dāng)前世界正處于一個(gè)大數(shù)據(jù)的時(shí)代，實(shí)踐證明，數(shù)據(jù)就是財(cái)富，數(shù)據(jù)就是力量。因此，我們要繼續(xù)不斷地將電廠生產(chǎn)過程和管理過程的有用信息，通過各種技術(shù)手段轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，并提高信息數(shù)字化轉(zhuǎn)換的自動(dòng)化程度。

我們要站在提高電廠信息化水平高度，站在大數(shù)據(jù)會(huì)帶來無限發(fā)展空間這一高度來認(rèn)識(shí)應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的重要性，加快推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，提高現(xiàn)場測控設(shè)備信息數(shù)字化程度。

要及時(shí)引進(jìn)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中出現(xiàn)的各種視覺、聲覺和觸覺等信息自動(dòng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字的技術(shù)。

三維數(shù)字化也為我們提供了無限的想象空間，它不僅將為工程數(shù)字化、虛擬仿真提供基礎(chǔ)，而且還將為電廠空間設(shè)備運(yùn)行巡視機(jī)器人（包括無人機(jī)）創(chuàng)造條件，也為電廠安全保衛(wèi)和消防現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)。

3.2.2 全面規(guī)劃，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展服務(wù)于生產(chǎn)和管理創(chuàng)新的需要，例如：

（1）廠級(jí)控制（全廠機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度）的需要，以及機(jī)組高級(jí)優(yōu)化控制平臺(tái)的合理建設(shè)需求，要求我們設(shè)置廠級(jí)控制系統(tǒng)及其相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

（2）隨著電廠信息系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)單元控制方式基礎(chǔ)上設(shè)置廠級(jí)、科技中心級(jí)或者集團(tuán)級(jí)等多級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)管中心，創(chuàng)新了中國電廠的管理模式已不僅必要，同時(shí)也必將指導(dǎo)電廠信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展規(guī)劃。

（3）對安全保密性要求較高的優(yōu)化報(bào)價(jià)決策系統(tǒng)，并適時(shí)將中長期調(diào)度計(jì)劃通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至相應(yīng)系統(tǒng)。該決策系統(tǒng)設(shè)置在廠級(jí)、區(qū)域級(jí)，還是集團(tuán)級(jí)，將與相應(yīng)管理模式密切有關(guān)。

3.2.3 提高信息智能化（自動(dòng)化）程度

隨著電廠信息數(shù)字化程度的提高以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的深度挖掘和邏輯算法智能化，以及高度自動(dòng)化，是充分發(fā)揮電廠信息化帶動(dòng)電廠發(fā)展的關(guān)鍵和當(dāng)前迫切的任務(wù)。

在這方面有大量課題可以成為我們向前推進(jìn)的具體目標(biāo)，例如：

? 以發(fā)展AUS為綱將電廠自動(dòng)化提到一個(gè)新的高度；

? 適應(yīng)智能電網(wǎng)要求，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化；

? 鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)（含數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)）；

? 智能發(fā)電控制系統(tǒng)（遠(yuǎn)動(dòng)通信、廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化分配、自動(dòng)調(diào)壓等）；

? 提高SIS智能化程度（設(shè)備故障預(yù)警及狀態(tài)檢測、操作指導(dǎo)等）；

? 高層智能發(fā)電監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)（發(fā)電集團(tuán)、局域發(fā)電公司、科技中心、大型專業(yè)設(shè)備公司等）；

? 多層級(jí)的控制、監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)平臺(tái)的規(guī)劃；

? 測控設(shè)備智能化管控（故障預(yù)測、狀態(tài)檢修）。

3.2.4 管理創(chuàng)新和應(yīng)用強(qiáng)化

（1）管理創(chuàng)新和智能化技術(shù)是電廠信息化物理載體的上層建筑，具有“軟件”的特性，由于種種原因往往不被人重視，但卻是信息化能否真正促進(jìn)電廠現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)前，電廠信息化發(fā)展已為我們實(shí)施管理創(chuàng)新提供了條件，例如：

? 廠級(jí)控制系統(tǒng)，以及報(bào)價(jià)決策系統(tǒng)的配置，要求在廠級(jí)設(shè)置一個(gè)與電網(wǎng)調(diào)度和區(qū)域市場實(shí)時(shí)聯(lián)系的全廠負(fù)荷實(shí)時(shí)控制和管理的值班中心。

? 信息網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展為設(shè)置廠級(jí)、科技中心級(jí)或者集團(tuán)級(jí)等多級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)管中心（診斷中心）創(chuàng)造條件，打破了傳統(tǒng)的單元集中控制單一模式。這將引起電廠組織結(jié)構(gòu)和工作模式的深層次革命。

? 信息化發(fā)展正在導(dǎo)致工作方式和流程的革命。

? 信息化發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)向智能技術(shù)等軟技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，為適應(yīng)這種新形勢，迫使我們要盡快創(chuàng)新對軟科學(xué)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的管理體制和模式。我們不僅需要一個(gè)“科技成果”，更大量需要技術(shù)成為一個(gè)“產(chǎn)品”。

（2）強(qiáng)化應(yīng)用是對尚處于開環(huán)監(jiān)管狀態(tài)的信息系統(tǒng)發(fā)揮效益的根本。眾所周知，信息處理并逐步提高智能化程度過程中往往要經(jīng)歷兩個(gè)階段，第一階段，由于處理方法不成熟，或者沒有適當(dāng)自動(dòng)反饋手段，系統(tǒng)只將初步加工結(jié)果告訴人，由人作出綜合判斷，再向過程發(fā)出反饋操作指令。第二階段，只有當(dāng)我們的處理結(jié)果非常成熟的時(shí)候，才可以直接向過程發(fā)出指令，構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)。遺憾的是，我們當(dāng)前向智能化前進(jìn)只是剛剛開始，大量還是處于開環(huán)“監(jiān)管”，因此，讓人用，組織人去用，是信息化系統(tǒng)（包括監(jiān)視系統(tǒng)）能否發(fā)揮作用的最后一步，也是當(dāng)前最關(guān)鍵的一步。這是目前各廠間應(yīng)用同樣的系統(tǒng)但應(yīng)用效果差距很大的根本原因。

4 統(tǒng)一思想，全面規(guī)劃，建設(shè)智能化電廠

4.1 建設(shè)智能化電廠

本世紀(jì)初，我們提出的口號(hào)是建設(shè)數(shù)字化電廠，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的重點(diǎn)是首先要把電廠信息化的數(shù)字化物理載體建立起來。經(jīng)過18年的努力，特別是近10年建設(shè)的電廠已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。因此，從總體而言，電廠信息化的重點(diǎn)應(yīng)迅速轉(zhuǎn)向信息的深度處理，盡可能提高智能化程度，并著力管理創(chuàng)新，最大限度把信息化的效果釋放出來。因此，建設(shè)智能化電廠是當(dāng)前目標(biāo)最清晰，最符合當(dāng)前我國電廠信息化發(fā)展現(xiàn)狀的目標(biāo)。

4.2 實(shí)際出發(fā)，全面規(guī)劃

由于全國各大電力集團(tuán)內(nèi)部不同時(shí)期建設(shè)電廠水平不一，發(fā)展也不平衡。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況出發(fā)，進(jìn)行全面規(guī)劃。例如，對于早期建設(shè)電廠需要補(bǔ)課，完成基礎(chǔ)數(shù)字化物理載體的建設(shè)；對于近期新建電廠，則具備條件全面推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)及相應(yīng)智能測控設(shè)備，進(jìn)一步拓展信息數(shù)字化廣度；而對于大部分電廠，則應(yīng)把主要精力放到數(shù)據(jù)深度挖掘和信息高度智能化，以及進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度等方面，讓電廠信息化效益最大化。

此外，從電廠智能化技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀也決定了智能化技術(shù)應(yīng)用和管理創(chuàng)新改革不能一轟而上，應(yīng)進(jìn)行必要試點(diǎn)，取得經(jīng)驗(yàn)再全面推廣，這也需要全面規(guī)劃。

4.3 統(tǒng)一思想，編制行業(yè)指導(dǎo)性文件是當(dāng)務(wù)之急

當(dāng)前，電廠信息化正處在一個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)期，思想、目標(biāo)很不統(tǒng)一，眾說紛紜，又缺乏起碼的指導(dǎo)性文件。因此，行業(yè)機(jī)構(gòu)應(yīng)迅速組織力量，編制下列文件以支持我國電廠信息化快速和健康地進(jìn)入第二個(gè)歷史發(fā)展時(shí)期：

? 統(tǒng)一概念（名詞和術(shù)語）；

? 技術(shù)指導(dǎo)性文件；

侯子良（1935-），男，上海人，高級(jí)工程師（教授級(jí)），從事電廠熱工自動(dòng)化行業(yè)管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面工作。