淺析智慧電廠建設(shè)

李亞　付強(qiáng)

【摘 ?要】智能技術(shù)的應(yīng)用在我國各行各業(yè)已經(jīng)成為了大勢所趨，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的加快，對(duì)用電的需求量越來越大，因此，建設(shè)智慧電廠實(shí)現(xiàn)電廠安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)營，對(duì)于推動(dòng)電廠可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】智慧;電廠

引言

智慧電廠是指在原有電廠的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代信息管理技術(shù)充分融入到電廠的控制、管理、運(yùn)營的過程中，通過各種信息和數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、綜合、分析和對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行管理和控制的有效電廠管理模式。國家電網(wǎng)與2009年首次提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的口號(hào)，這也是智慧電廠建設(shè)的前提。智慧電廠是由智能管理層、智能生產(chǎn)監(jiān)管層、智能控制層以及智能設(shè)備層組成的，只有加大對(duì)三維可視化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)等的可視化展示，促進(jìn)智慧電廠獨(dú)立系統(tǒng)之間的有效關(guān)聯(lián)，智慧電廠管理效率的提升，減少運(yùn)行過程中的安全隱患，才能夠使其更好地滿足新時(shí)代生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)電力企業(yè)的要求。

1.智慧電廠概述

智慧電廠以數(shù)字化電廠為建設(shè)基礎(chǔ)，是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠生產(chǎn)、運(yùn)營、決策等全過程的管理，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的優(yōu)化，同時(shí)促使生產(chǎn)過程的可控性的提升，并且有效減少了人工干預(yù)，最終形成環(huán)保、節(jié)能、高效的人性化工廠。智慧電廠具有數(shù)字化、信息化、可視化、智能化等特點(diǎn)，并且配合使用現(xiàn)代信息處理技術(shù)、通信技術(shù)、智能控制與測量技術(shù)，從而有效保證了電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，促使智慧電廠實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.智慧電廠與常規(guī)電廠的聯(lián)系和區(qū)別

常規(guī)電廠的日常生產(chǎn)運(yùn)營管理已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，并建立了相應(yīng)的信息化系統(tǒng)，但其的主要目的是提升電廠的營運(yùn)效率。然而，基于“虛擬價(jià)值鏈”并不只是建設(shè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，同時(shí)也要考慮信息價(jià)值及其靈活性，并且涵蓋范圍也不應(yīng)當(dāng)僅僅包括生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而且應(yīng)當(dāng)全面覆蓋電廠的整個(gè)生命周期。大型常規(guī)電廠有負(fù)責(zé)監(jiān)控的DCS系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)管的SIS系統(tǒng)以及負(fù)責(zé)管理的MIS系統(tǒng)等，智慧電廠的建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)于上述系統(tǒng)的升級(jí)。

首先，DCS系統(tǒng)的升級(jí)。DCS系統(tǒng)全稱為分布式控制系統(tǒng)，可以用于現(xiàn)場總線技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)以及智能電表等技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行常規(guī)DCS的升級(jí)和更新。

運(yùn)行全面數(shù)字化。實(shí)現(xiàn)智慧電廠的全面數(shù)字化，需要建設(shè)涵蓋三個(gè)層次的自動(dòng)控制和數(shù)字化信息管理系統(tǒng)。三個(gè)層次分別為廠級(jí)信息管理層，過程控制層和現(xiàn)場智能設(shè)備層。其中，現(xiàn)場智能設(shè)備層是發(fā)揮數(shù)字化系統(tǒng)控制作用的重要部分，該層涵蓋各類型智能化設(shè)備，如電動(dòng)閥門、現(xiàn)場測量儀表、以及電氣控制器等，并通過總線將這些設(shè)備與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，將設(shè)備的測試和維護(hù)信息傳輸至控制系統(tǒng)，幫助工作人員對(duì)設(shè)備的具體情況加以了解，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

其次，MIS系統(tǒng)的升級(jí)。MIS系統(tǒng)為對(duì)電廠日常數(shù)據(jù)信息的管理和操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)MIS系統(tǒng)是通過二維表單或流產(chǎn)實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞的，而智慧電廠MIS系統(tǒng)的升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)空間場景的虛擬化，即實(shí)現(xiàn)門戶的可視化、三維化和信息化，從而能夠遠(yuǎn)程解決電廠相關(guān)事務(wù)。

對(duì)于基建MIS來說，由于基建工程具有復(fù)雜性、獨(dú)特性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)基建MIS系統(tǒng)是被動(dòng)式的進(jìn)行信息的處理和記錄的，而智能化的基建MIS，具有模型化、專家化、知識(shí)化、模版化、智能化等特點(diǎn)。

支持施工管理，需要優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)。通過多維度、可視化、直觀模擬，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用才能得以實(shí)現(xiàn);同時(shí)，需要精益材料管理，將大小材料全面實(shí)現(xiàn)快速瀏覽，材料分發(fā)與具體作業(yè)面、施工卷冊(cè)掛鉤，能對(duì)庫存、材料進(jìn)行快速盤點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。另外，信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)基建過程的自動(dòng)推送相關(guān)提醒，并為接下來的工作提供專業(yè)建議以供參考。

MIS系統(tǒng)的升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和圖檔的可視化場景管理，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的源頭化管理，有助于電廠全過程（包括生產(chǎn)管理、材料管理、設(shè)備管理、運(yùn)營管理、決策管理等）實(shí)現(xiàn)可視化管理。

再次，SIS系統(tǒng)的升級(jí)。SIS系統(tǒng)又稱為安全儀表系統(tǒng)，火電廠生產(chǎn)過程的設(shè)備儀表監(jiān)控模式并沒有大的變化，值班人員雖然能實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)，卻無法對(duì)其進(jìn)行更改和優(yōu)化。隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的極大應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程監(jiān)控模式的調(diào)整和優(yōu)化。

最后，維護(hù)系統(tǒng)的升級(jí)。通過三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)系統(tǒng)升級(jí)，從而促使項(xiàng)目管理、虛擬檢修等功能實(shí)現(xiàn)可視化，聯(lián)用云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備故障的診斷和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)電廠維護(hù)系統(tǒng)的補(bǔ)充，形成智慧電廠所需的智能化維護(hù)系統(tǒng)。

3.智慧電廠結(jié)構(gòu)模型

智慧電廠體系架構(gòu)涵蓋四個(gè)層級(jí)，具體分布情況如下圖所示。四層架構(gòu)具有高度融合、分工實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，能夠安全、高效的進(jìn)行信息流和指令流的傳輸。

智能管理層。該層將其他層級(jí)獲得的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行匯總，并通過大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析和整理，從而實(shí)現(xiàn)智慧電廠生產(chǎn)全過程的監(jiān)測和控制，并能夠無視空間距離實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，以有效提升電廠運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效果。智能管理層的具體工作內(nèi)容包含智能管理和輔助決策，是通過數(shù)據(jù)深度挖掘技術(shù)、安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、專家診斷系統(tǒng)以及輔助決策與管理等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

智能生產(chǎn)監(jiān)管層。智能生產(chǎn)監(jiān)管層能夠?qū)崿F(xiàn)將整個(gè)電廠生產(chǎn)及管理全過程信息數(shù)據(jù)的匯總、整合與分析，采用廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度技術(shù)、數(shù)字化煤場技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度與燃料的優(yōu)化配置，同時(shí)監(jiān)控并分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以進(jìn)行生產(chǎn)過程的尋優(yōu)指導(dǎo)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)成本。

智能控制層。智能控制層為智慧電廠的核心層級(jí)，能夠通過智能診斷對(duì)生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和優(yōu)化。采用的技術(shù)主要包括機(jī)組自啟停技術(shù)、燃料在線優(yōu)化技術(shù)、冷端優(yōu)化技術(shù)等，同時(shí)能夠?qū)χ悄芸刂葡到y(tǒng)展開安全防護(hù)，以提高電廠運(yùn)行的安全性。

智能設(shè)備層。智能電廠需要對(duì)現(xiàn)場的測控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的信息化管理，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)傳送至其他層級(jí)，通過這一過程，能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行設(shè)備操作，并能夠進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，能夠有效降低維護(hù)工作人員的工作時(shí)間和工作量。主要包括現(xiàn)場總線設(shè)備、智能檢測儀表與智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及先進(jìn)檢測設(shè)備。

4.智慧電廠的建設(shè)路徑

建設(shè)智慧電廠，可以從新建工程和老廠改造實(shí)現(xiàn)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)軟硬件設(shè)備的建設(shè)和更新加大投資。智慧電廠以數(shù)據(jù)為建設(shè)基礎(chǔ)，因此在建立或改建數(shù)據(jù)中心時(shí)，需要保證其具有基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺(tái)和軟件等服務(wù)的中心，通過大數(shù)據(jù)的綜合分析與利用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)成本的降低，并促使企業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，智慧電廠的建設(shè)模塊主要包括生產(chǎn)管理模塊、生產(chǎn)控制模塊、三維工廠平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心和智能廠區(qū)等。

新建工程。為了幫助電廠基礎(chǔ)功能滿足數(shù)字化三維工程的需求，需要設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。其中，設(shè)備的精細(xì)化為重要建設(shè)環(huán)節(jié)，通過滿足整體時(shí)間的設(shè)計(jì)控制要求，將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成到虛擬工廠門戶系統(tǒng)，為后續(xù)設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)管理提供便利[3]。

老廠改造。建設(shè)三維虛擬工廠具有較高可行性，可以采用無人機(jī)裝置或激光掃描裝置直接實(shí)現(xiàn)。對(duì)老廠現(xiàn)有信息門戶加以改造，能夠?qū)IS、DCS和SIS等系統(tǒng)數(shù)據(jù)直接集成于三維虛擬工廠門戶中，以充分體現(xiàn)信息集中性。根據(jù)老廠原有功能對(duì)SIS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并聯(lián)合應(yīng)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成設(shè)備性能分析、故障診斷、預(yù)警等模塊，從而保障電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

5.結(jié)束語

本文通過對(duì)智慧電廠及其結(jié)構(gòu)模型的分析和概述，了解了其與常規(guī)電廠的聯(lián)系和區(qū)別，隨后根據(jù)智慧電廠的建設(shè)理念，探討了如何通過新建工程和老廠改造進(jìn)行智慧電廠的建設(shè)，希望能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)智慧電廠的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]屠學(xué)偉，鄭亞鋒.智慧電廠建設(shè)探討[J].自動(dòng)化博覽，2019（01）：29-31.

[2]錢澄浩，張靜.智慧電廠建設(shè)研究[J].四川電力技術(shù)，2017，40（05）：87-90+94.

[3]彭衛(wèi)東.智慧電廠建設(shè)構(gòu)想[J].中國工程咨詢，2017（01）：34-36.