凌默儂

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽合肥 230601）

智能電網(wǎng)的概念自提出至今已逾10年，其發(fā)展受到世人的廣泛關(guān)注.分析智能電網(wǎng)智能化元素技術(shù)的內(nèi)涵，探索智能電網(wǎng)建設(shè)與同屬電力生產(chǎn)流程中穩(wěn)步發(fā)展的電站自動(dòng)化工作之間的相互可借鑒之處，關(guān)注現(xiàn)階段電站自動(dòng)化領(lǐng)域的智能技術(shù)等都是電力工程技術(shù)發(fā)展過程中十分重要的問題.

1 智能的本源

漢語“智能”一詞古已有之，是指一個(gè)人的謀略能力，是人的行為特征.現(xiàn)代科技意義上的智能來自于1956年CARTHY John M c提出的Artificial Intelligence（簡(jiǎn)稱AI），漢譯為人工智能，［1］是指一部機(jī)器或系統(tǒng)（部分地）具有人類智能或能夠模擬人類行為的能力，是機(jī)器的仿人行為特征.完成機(jī)器擬人行為的人工智能有其特定的計(jì)算方法，如模仿專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理決策、根據(jù)環(huán)境變化自治地完成任務(wù)等，它與經(jīng)典控制論、現(xiàn)代控制論分屬不同的學(xué)科分支.

近年來，“智能”的概念在全球范圍內(nèi)掀起了一股技術(shù)和經(jīng)濟(jì)浪潮，出現(xiàn)了諸多創(chuàng)新事物，如智能家電、智能交通、智能建筑、智能能源、智慧地球等，為人們描繪了別樣的未來圖景，以至于“智能”的概念有泛濫之勢(shì).其中，智能電網(wǎng)成為各領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)，并對(duì)同屬電力行業(yè)的電站自動(dòng)化工作產(chǎn)生了極大的影響.因此，客觀梳理智能化特征，借力智能電網(wǎng)探索開展智能化工作的方向和路徑已成為電站自動(dòng)化需要面對(duì)的課題.

2 智能電網(wǎng)概述

2.1 智能電網(wǎng)的提出

進(jìn)入21世紀(jì)以來，針對(duì)能源與環(huán)境出現(xiàn)的問題，人們提出用智能電網(wǎng)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn).2002年美國(guó)電力科學(xué)院（EPRI）提出Intelligrid研究項(xiàng)目; 2003年美國(guó)能源部（DOE）發(fā)布了Grid 2030戰(zhàn)略計(jì)劃;2005年歐洲成立智能電網(wǎng)（Smart Grid）技術(shù)論壇，大西洋兩岸的合力將智能電網(wǎng)引向全球.［2］在我國(guó)，清華大學(xué)盧強(qiáng)教授于2000年提出“數(shù)字電力系統(tǒng)”的概念;［3］國(guó)家電網(wǎng)公司于2009年正式提出建設(shè)“智能電網(wǎng)”規(guī)劃，并立即付諸實(shí)施;還有學(xué)者提出了智能能源網(wǎng)、互動(dòng)電網(wǎng)的概念，［4］涵蓋了更寬泛的能源領(lǐng)域.

國(guó)家電網(wǎng)公司定義的智能電網(wǎng)涵蓋了電力生產(chǎn)工藝流程的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度6個(gè)環(huán)節(jié)和信息化平臺(tái)，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征，［5］本文所述智能電網(wǎng)以此為藍(lán)本.

2.2 智能電網(wǎng)的智能化元素

國(guó)家電網(wǎng)實(shí)施的智能電網(wǎng)項(xiàng)目中的智能化元素主要體現(xiàn)在運(yùn)用知識(shí)推理、專家決策、遺傳算法、數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能技術(shù)，完成電網(wǎng)信息的監(jiān)測(cè)與展現(xiàn)、控制策略的自動(dòng)優(yōu)選、運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動(dòng)恢復(fù)等工作，主要用于數(shù)據(jù)的集中分析與展現(xiàn)、圖像處理、輸電線路監(jiān)測(cè)與故障診斷、繼電保護(hù)定值實(shí)時(shí)預(yù)警與回路的智能決策執(zhí)行、大電網(wǎng)安全校核控制、廣域測(cè)量、機(jī)器人、調(diào)度負(fù)荷預(yù)測(cè)與可視化平臺(tái)全景數(shù)據(jù)再現(xiàn)等.這其中大多數(shù)智能化技術(shù)方法為電站自動(dòng)化領(lǐng)域所熟知，也有少數(shù)是現(xiàn)時(shí)智能電網(wǎng)所特有的，如采用智能數(shù)據(jù)圖像分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站開關(guān)柜內(nèi)刀閘的開/合操作及動(dòng)作位置的分析判斷，以及用于電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的氣象分析等.可以說，智能電網(wǎng)智能化元素與電站自動(dòng)化技術(shù)是相通的.

3 智能電網(wǎng)與電站自動(dòng)化相互作用

3.1 智能電網(wǎng)與電站自動(dòng)化的特征差異

在電力生產(chǎn)流程中，火力發(fā)電廠與電網(wǎng)生產(chǎn)有明顯的性質(zhì)差異.電網(wǎng)的流程地域廣、環(huán)節(jié)多、信息分散、信息傳輸距離遠(yuǎn)、運(yùn)動(dòng)設(shè)備和轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，并且直接與廣大的電力用戶相關(guān)聯(lián);而火力發(fā)電廠的特點(diǎn)則是生產(chǎn)設(shè)備集中、信息集中、傳輸距離短，外部生產(chǎn)信息（除調(diào)度外）交換簡(jiǎn)單，生產(chǎn)流程中介質(zhì)多且復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)設(shè)備、旋轉(zhuǎn)機(jī)械特別是高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件較多.這種鮮明的設(shè)備特性差異預(yù)示著智能電網(wǎng)對(duì)信息的采集處理要求較高，而電廠則對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的閉環(huán)運(yùn)行控制要求更嚴(yán)格，電網(wǎng)與電站在智能化上有著不同的側(cè)重面.

由于要長(zhǎng)期面對(duì)發(fā)電廠運(yùn)動(dòng)設(shè)備、流動(dòng)介質(zhì)的穩(wěn)定控制，發(fā)電廠控制較之電網(wǎng)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化取得了更多的成果.與電網(wǎng)的變電站、輸電線路、配電用戶等環(huán)節(jié)還存在設(shè)備參數(shù)就地巡視、遠(yuǎn)方人工手動(dòng)單步操作等現(xiàn)象相比，分散控制系統(tǒng)（DCS）早就成為現(xiàn)代火力發(fā)電廠的必備設(shè)備和運(yùn)行數(shù)據(jù)的中心，實(shí)現(xiàn)了電站基本參數(shù)的閉合回路控制、設(shè)備與系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)操作.然而智能電網(wǎng)的規(guī)?；ㄔO(shè)在短時(shí)間內(nèi)快速推動(dòng)了電網(wǎng)信息化、自動(dòng)化工作的開展，智能電網(wǎng)已經(jīng)站在能源與人類社會(huì)相和諧的高度開始應(yīng)用智能科技，這就促使我們思考如何在更高層次提升電站的閉環(huán)控制水平，在更大的領(lǐng)域內(nèi)拓寬信息化工作，并將電站自動(dòng)化的中心工作轉(zhuǎn)移到（或兼顧）應(yīng)對(duì)火電廠節(jié)能減排的需要上來.

3.2 智能化工作規(guī)劃和組織引領(lǐng)

國(guó)家電網(wǎng)在智能電網(wǎng)建設(shè)中對(duì)智能電網(wǎng)的各階段目標(biāo)、技術(shù)方案落實(shí)、流程環(huán)節(jié)和效用等方面在規(guī)劃之始就做出了明確規(guī)定，即建設(shè)一個(gè)可靠、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、開放、友好的未來電網(wǎng).相比較而言，盡管電站自動(dòng)化在過程控制層面的基礎(chǔ)工作扎實(shí)，但考慮行政管理體制的不同，其智能化發(fā)展仍需要一個(gè)與智能電網(wǎng)同樣有力的規(guī)劃和引領(lǐng)力量.電站自動(dòng)化與智能化不但要關(guān)注自身的工藝流程，還應(yīng)該延伸到與安全、發(fā)電效率、污染物排放、運(yùn)營(yíng)成本相關(guān)的領(lǐng)域中.就能源利用而言，我國(guó)以煤炭為主要燃料的火電廠裝機(jī)容量和發(fā)電量占比將持續(xù)下降，將電站做優(yōu)做精，成為電力系統(tǒng)可調(diào)、可控的高性價(jià)比電源，方向的引領(lǐng)變得十分重要.

發(fā)電廠是電力生產(chǎn)的初始一環(huán)，是電流的源頭，因此嚴(yán)格意義上的智能電網(wǎng)應(yīng)包含電站的智能化，即整個(gè)電力系統(tǒng)的智能化.目前，國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)的6個(gè)環(huán)節(jié)并不包括發(fā)電廠變電站（升壓站）的智能化和發(fā)電廠內(nèi)部生產(chǎn)流程的智能化，僅將發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的一個(gè)元件，對(duì)其數(shù)學(xué)模型、調(diào)度性能等外特性提出要求，因此做好發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)間的銜接、實(shí)現(xiàn)全流程智能化的完整覆蓋是電力智能化建設(shè)中需要完善之處.

3.3 IEC 61850規(guī)約與現(xiàn)場(chǎng)總線

多年來，在電站自動(dòng)化領(lǐng)域推行現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電站數(shù)字化，雖然已有局部的試點(diǎn)應(yīng)用，但總體進(jìn)展并不理想，整體工作仍有待加強(qiáng).分析其中的原因發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)的不完全統(tǒng)一和設(shè)備規(guī)范的多樣性對(duì)信息互聯(lián)構(gòu)成了障礙，各設(shè)備制造商缺少一個(gè)有效的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制和有約束力的平臺(tái)，比如現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158實(shí)質(zhì)上是多個(gè)不同協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)集，以此遷就各設(shè)備制造商的利益，但其共用性、通用性、開放性不足.推行現(xiàn)場(chǎng)總線的另一個(gè)期望是利用具備控制器功能并植入了控制模塊的現(xiàn)場(chǎng)裝置，通過現(xiàn)場(chǎng)總線來實(shí)現(xiàn)局部設(shè)備信息的就地處理和閉環(huán)控制，但具備這種功能的現(xiàn)場(chǎng)控制裝置較少，從而限制了現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用推廣.

與此相比，國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)智能變電站時(shí)明確以IEC 61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為唯一協(xié)議，所有相關(guān)設(shè)備（高壓設(shè)備智能組件、互感器及合并單元、測(cè)控單元、保護(hù)單元等）必須按此協(xié)議構(gòu)造統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立統(tǒng)一模型，實(shí)現(xiàn)了變電站過程層、間隔層協(xié)議的規(guī)范化和設(shè)備的互聯(lián)互換.可以看出，電站現(xiàn)場(chǎng)總線在推行標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的制度層面、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)層面、技術(shù)應(yīng)用層面的約束力不足，技術(shù)、用戶、廠商、行業(yè)組織等各種元素相互交織讓問題愈加復(fù)雜化，而眾多產(chǎn)品投向市場(chǎng)使得問題積重難返.智能變電站統(tǒng)一協(xié)議的路徑、手段、機(jī)制為解決現(xiàn)場(chǎng)總線所存在的問題提供了一個(gè)參照系.

3.4 電站一次設(shè)備光纖通信的可行性

智能變電站推行一次設(shè)備微處理器化和網(wǎng)絡(luò)通信光纖化，大量采用光纖通信網(wǎng)絡(luò)取代復(fù)雜的電纜連接，解決了常規(guī)變電站信號(hào)采集復(fù)雜、調(diào)試維護(hù)困難、信號(hào)干擾等問題.然而考慮到目前采用光纖通信的一次傳感設(shè)備技術(shù)成熟度、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可靠性還有待檢驗(yàn)和完善，尤其是在電站內(nèi)需要采集的設(shè)備信號(hào)種類繁多，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采用光纖通信需認(rèn)真論證、謹(jǐn)慎行事.

3.5 智能電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

智能電網(wǎng)建設(shè)中包含各類實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集到的信息包括電能量、機(jī)組發(fā)電效率、脫硫脫硝、雷電、變壓器/SF6氣體、輸變電設(shè)備、配電自動(dòng)化、用電信息采集等.這些實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)并沒有足夠的智能化元素，卻是電網(wǎng)智能化必不可少的信息化支撐，也打破了電網(wǎng)專業(yè)原來的技術(shù)與管理界面，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控一體化、配網(wǎng)一體化、營(yíng)銷一體化，以及電網(wǎng)一、二次設(shè)備的信息交叉連接，改變了電網(wǎng)舊的運(yùn)行檢修模式，引起了電網(wǎng)技術(shù)與經(jīng)營(yíng)管理模式的大變革.

新加坡能源公司在新加坡電網(wǎng)自動(dòng)化過程中推行的運(yùn)行維護(hù)管理和狀態(tài)檢修先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)成為國(guó)際上同行業(yè)的標(biāo)桿.由此可見，電站自動(dòng)化領(lǐng)域同樣需要適應(yīng)專業(yè)技術(shù)界面的模糊化和運(yùn)營(yíng)管理模式的改變.

3.6 智能變電站順序控制

電站自動(dòng)化的順序控制技術(shù)成熟、管理經(jīng)驗(yàn)豐富，但在智能變電站內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘及其他輔助設(shè)備按照操作票程序一次完成多步驟操作的順序控制卻是一個(gè)新課題.雖然順序控制比人工操作更可靠、更準(zhǔn)確、更安全，而且變電站內(nèi)與之關(guān)聯(lián)的技術(shù)和設(shè)備也沒有克服不了的問題，但變電站順序控制工作的進(jìn)展卻不盡如人意.

智能電網(wǎng)建設(shè)使電站自動(dòng)化受益，而順序控制等技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用仍有待深化，因此智能電網(wǎng)同樣需要從電站的自動(dòng)化中獲取成熟的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí).電網(wǎng)和電站的自動(dòng)化在推進(jìn)智能化工作中不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)機(jī)器的信息交換，也突破了專業(yè)界面的限制，實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)人員間的溝通融合，以及機(jī)器、人員間的信息互聯(lián).

4 基礎(chǔ)自動(dòng)化是智能化的基石

智能化和自動(dòng)化都是基于感知、通信、計(jì)算、控制方法的學(xué)科，智能化涉及范圍更廣，涵蓋了機(jī)器與系統(tǒng)、系統(tǒng)與人、人與社會(huì)的各個(gè)層面.

從事電站自動(dòng)化的從業(yè)人員，面對(duì)先行一步的智能電網(wǎng)，既要順應(yīng)形勢(shì)、積極跟蹤前沿科學(xué)，更要把握科學(xué)發(fā)展的客觀規(guī)律，做好基礎(chǔ)自動(dòng)化工作.

4.1 認(rèn)清電站智能科學(xué)的發(fā)展規(guī)律

科學(xué)家預(yù)測(cè)，21世紀(jì)前40年里，信息科學(xué)技術(shù)和生物、生命科學(xué)技術(shù)是人們研究的中心技術(shù)科學(xué)，21世紀(jì)中葉，認(rèn)知（智能）科學(xué)技術(shù)將占據(jù)中心位置.［6］實(shí)際上，當(dāng)前眾多的智能化總體上仍屬于信息化和自動(dòng)化的范疇，少量智能化元素的出現(xiàn)與應(yīng)用并不意味著智能時(shí)代的到來，智能電網(wǎng)在學(xué)術(shù)界還沒有一個(gè)統(tǒng)一的概念標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)和電站自動(dòng)化仍然能夠反映現(xiàn)階段電網(wǎng)與電站的技術(shù)發(fā)展特征，因此不必被智能的概念困擾而影響了自動(dòng)化技術(shù)的研究工作，重要的是扎實(shí)打好信息化和自動(dòng)化的基礎(chǔ)，伴隨智能科技的發(fā)展，電站自動(dòng)化被智能電站取代就會(huì)水到渠成.

4.2 積極推廣電站智能科技應(yīng)用工作

電站自動(dòng)化在缺少一個(gè)像智能電網(wǎng)那樣強(qiáng)力組織角色的現(xiàn)行體制下，仍然有足夠的空間創(chuàng)新智能科技應(yīng)用工作.某公司600 MW級(jí)超臨界機(jī)組引進(jìn)的燃燒優(yōu)化平臺(tái)軟件初期使用效果良好，隨著機(jī)組投產(chǎn)、設(shè)備特性發(fā)生改變導(dǎo)致優(yōu)化軟件效用逐漸下降，并出現(xiàn)了鍋爐水冷壁長(zhǎng)時(shí)間超溫現(xiàn)象，相關(guān)人員開展了基于專家規(guī)則的多變量汽溫控制應(yīng)用研究，實(shí)際解決了超溫問題.［7］其利用的控制系統(tǒng)既有軟硬件實(shí)現(xiàn)，且不依賴于機(jī)組數(shù)學(xué)模型的智能控制方法，適用于設(shè)備特性變動(dòng)的工況，這樣的智能化工程實(shí)踐有利于現(xiàn)階段有效提升電站自動(dòng)化工作水平，為電站的智能化發(fā)展打好基礎(chǔ).

5 結(jié)語

智能科技是成熟的信息科學(xué)、控制科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、生物科學(xué)相融合的產(chǎn)物，電力系統(tǒng)的智能化還需要眾多智能元素的支撐.只要認(rèn)真扎實(shí)地做好信息化、基礎(chǔ)自動(dòng)化工作，不斷積累智能化工作的經(jīng)驗(yàn)和能量，伴隨智能科技的逐步演進(jìn)，電站的自動(dòng)化將朝智能化方向發(fā)展，電網(wǎng)的智能化就會(huì)取得真正突破，電站、電網(wǎng)乃至能源領(lǐng)域的全面智能化時(shí)代終會(huì)來臨.

［1］史忠植.智能科學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006：2-3.

［2］何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010：2-5.

［3］盧強(qiáng).數(shù)字電力系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（9）： 1-4.

［4］武建東.智能電網(wǎng)與中國(guó)互動(dòng)電網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（4）：5-8.

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（編輯白林雪）