韓英杰　岳　喬　蘇躍進(jìn)

（國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司，河南　鄭州　450016）

互聯(lián)網(wǎng)+電能生產(chǎn)的智慧發(fā)電研究

韓英杰岳喬蘇躍進(jìn)

（國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司，河南鄭州450016）

風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源的迅速發(fā)展以及居民用電和商業(yè)用電比重的不斷增加，導(dǎo)致用電負(fù)荷峰谷差激增。為此按基本負(fù)荷設(shè)計(jì)的火電機(jī)組時(shí)常參與調(diào)峰且處于寬負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)發(fā)電與信息技術(shù)相互融合，立足于互聯(lián)網(wǎng)+，使智慧發(fā)電成為可能。智慧發(fā)電使機(jī)組得以寬負(fù)荷運(yùn)行和狀態(tài)檢修，可以實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析、經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估，從而降低運(yùn)維成本、增加高峰電量收益。

高效；寬負(fù)荷；互聯(lián)網(wǎng)+；信息技術(shù)；智慧發(fā)電

1　互聯(lián)網(wǎng)+等創(chuàng)新活動(dòng)在發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)的開(kāi)展

近年來(lái)，美國(guó)為了保持其全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，不斷調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念來(lái)調(diào)整提升傳統(tǒng)工業(yè)結(jié)構(gòu)、將機(jī)器設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相融合、發(fā)展高科技新興產(chǎn)業(yè)，回歸到實(shí)體經(jīng)濟(jì)中的在工業(yè)化戰(zhàn)略。依托不斷更新的信息、新能源等新一代技術(shù)，以及先進(jìn)傳感器、測(cè)試設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，融合生產(chǎn)設(shè)備與IT網(wǎng)絡(luò)，將人、設(shè)備和數(shù)據(jù)連接起來(lái)，通過(guò)高性能設(shè)備、低成本傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集及分析技術(shù)等的組合，提高現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的效率并創(chuàng)造新的增長(zhǎng)點(diǎn)。GE認(rèn)為［1］，即使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)只能讓效率提高1%，效益也將是最大的（15年達(dá)到660億美元）。作為工業(yè)化強(qiáng)國(guó)，日本老齡化問(wèn)題非常嚴(yán)重。日本對(duì)信息采集、數(shù)據(jù)互聯(lián)、能源節(jié)約等領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)補(bǔ)助、官學(xué)研互動(dòng)，針對(duì)性地重點(diǎn)培育。出臺(tái)產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃及鼓勵(lì)政策，加強(qiáng)對(duì)信息物理融合系統(tǒng)、建立大數(shù)據(jù)利用平臺(tái)的資助和研究。通過(guò)優(yōu)惠稅制、優(yōu)惠貸款、減稅等政策對(duì)發(fā)展人工智能技術(shù)的企業(yè)給予扶持，使得機(jī)器人技術(shù)能夠在日本發(fā)展壯大，以解決勞動(dòng)力斷層并支持未來(lái)的工業(yè)智能化，應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)線。

在歐洲，由德國(guó)、法國(guó)和英國(guó)發(fā)起的主題為“未來(lái)的工廠”的尤里卡項(xiàng)目，將解決敏捷智能制造方面的研究與開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)。德國(guó)西門(mén)子、瑞士ABB、法國(guó)施耐德電氣等公司已將部分人工智能技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)控制設(shè)備與系統(tǒng)中。由歐盟IMS2020計(jì)劃計(jì)劃囊括了美、德、日、意、韓等多個(gè)先進(jìn)國(guó)家與西門(mén)子、IBM、SAP、寶馬、麻省理工、劍橋大學(xué)等多家企業(yè)與高校。針對(duì)制造、節(jié)能、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化、創(chuàng)新培訓(xùn)五個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域開(kāi)展公關(guān)與示范。2013年4月德國(guó)產(chǎn)業(yè)、政府和學(xué)術(shù)界首次發(fā)布《實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書(shū)》［2］，提出通過(guò)ICT（信息通信技術(shù)）的深度應(yīng)用，總體洞悉從需求、消費(fèi)、流通到生產(chǎn)的全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)高效成本管理，并在很短的時(shí)間內(nèi)得到了來(lái)自政府、企業(yè)、協(xié)會(huì)、院所的廣泛認(rèn)同，并取得一致共識(shí)。

我國(guó)正在推動(dòng)“信息化與工業(yè)化融合”的政策，提出“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”來(lái)融合技術(shù)、業(yè)務(wù)、產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)，以期推動(dòng)生產(chǎn)裝備智能化與生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、信息化創(chuàng)新提升產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力、企業(yè)集成管理與綠色發(fā)展?？梢哉f(shuō)，兩化融合即傳統(tǒng)工業(yè)通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收信息技術(shù)，與企業(yè)原有的工藝、技術(shù)相結(jié)合，提高自動(dòng)化水平、全面掌握生產(chǎn)與物資信息、加快資金周轉(zhuǎn)率，形成信息支撐的智能化決策生產(chǎn)力要素，提升工業(yè)效率與效益的再創(chuàng)新過(guò)程。

徐冠華、陳至立［3］等都有相似的看法，認(rèn)為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)先行引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備、人才等，借助于知識(shí)來(lái)理解關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)的本源，然后對(duì)工藝流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、部件搭配進(jìn)行再度應(yīng)用和創(chuàng)新，提高企業(yè)的技術(shù)和績(jī)效水平。引進(jìn)的信息技術(shù)與原有技術(shù)之間的結(jié)合，使得企業(yè)的生產(chǎn)方式得以改進(jìn)。企業(yè)員工通過(guò)“Learning By Doing（干中學(xué)）”掌握該技術(shù)的原來(lái)和訣竅（Know-How），提高熟練程度和技術(shù)能力，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的過(guò)程中不斷向技術(shù)、研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理等部門(mén)進(jìn)行信息反饋、積累知識(shí)。企業(yè)并將這些信息作為改進(jìn)工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量的重要依據(jù)，提高技術(shù)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等部門(mén)的運(yùn)行效率。

2　高效寬負(fù)荷智慧發(fā)電與互聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)

由于資源稟賦條件差異，世界各國(guó)電源結(jié)構(gòu)不盡相同。美國(guó)掌握石油與天然氣命脈，煤炭?jī)?chǔ)量也很高，裝機(jī)以氣、煤電為主。法國(guó)煤、油、氣等資源都匱乏，核電發(fā)展突出。與世界發(fā)電比重［4］不同，我國(guó)能源資源的特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣，中國(guó)煤電發(fā)電量的比例最高，其次為水電、核電。近年來(lái)，中國(guó)發(fā)電量中煤電所占比例一直呈緩慢上升趨勢(shì)，大大高于美國(guó)的38%［5］，這是造成中國(guó)電力工業(yè)污染物排放量高的重要原因。根據(jù)中電聯(lián)數(shù)據(jù)［6］2013年底全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量首次超越美國(guó)位居世界第一、達(dá)到12.5億千瓦。同時(shí)，受資源、環(huán)境保護(hù)和電力企業(yè)效益最大化等諸多方面的約束，煤炭資源將逐漸成為稀缺性資源，可再生能源比重不斷上升，德國(guó)則宣布在2020年可再生能源將達(dá)到全國(guó)能源供應(yīng)總量的2/3以上［7］。

近年，我國(guó)的風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等清潔能源裝機(jī)容量發(fā)展迅速，在電網(wǎng)中的比例逐年增加。但這些能源的出力都受天氣影響而具有隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)。隨著人民生活水平的提高及第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，居民用電和商業(yè)用電等具有時(shí)段波峰負(fù)荷性質(zhì)的比重逐年增加，這些均導(dǎo)致用電負(fù)荷峰谷差不斷加大。在電網(wǎng)中，并網(wǎng)機(jī)組出力的頻率都是50Hz，上網(wǎng)電價(jià)由政府制定，發(fā)電產(chǎn)品具有同質(zhì)性、單一性、無(wú)形性。電能不能長(zhǎng)時(shí)期大規(guī)模存儲(chǔ)要求電力的生產(chǎn)、傳輸與消費(fèi)必須同步完成，這種平衡使得以用定產(chǎn)和以產(chǎn)定需并存。

為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活文化需求，同時(shí)減少棄風(fēng)棄光，作為并網(wǎng)電量主體的火電機(jī)組不得不參與調(diào)峰，處于寬負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行。而這些機(jī)組原先是按照基本負(fù)荷設(shè)計(jì)的，寬負(fù)荷狀態(tài)下機(jī)組沒(méi)有在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，效率較低、調(diào)節(jié)靈活性差，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。開(kāi)展高效寬負(fù)荷率的火電機(jī)組源-網(wǎng)-荷協(xié)同調(diào)整的靈活性研究，提高機(jī)組寬負(fù)荷下鍋爐及汽機(jī)的效率，滿足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組快速啟停、機(jī)組處理爬坡速率的要求，將熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱與電進(jìn)行解耦。在互聯(lián)網(wǎng)+背景下，廣泛融合信息網(wǎng)絡(luò)，用“互聯(lián)網(wǎng)+”改造傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，減少“雙側(cè)隨機(jī)性”對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響［8］，實(shí)現(xiàn)清潔能源的高效使用，智能發(fā)電越來(lái)越受到關(guān)注。

3　互聯(lián)網(wǎng)+高效寬負(fù)荷智慧發(fā)電的實(shí)施

發(fā)電企業(yè)作為過(guò)程型生產(chǎn)制造單位，物流和能流都是連續(xù)的，生產(chǎn)過(guò)程各工序間銜接緊湊、嚴(yán)密，工藝流程相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有緩沖單元。由于其過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，變量間相關(guān)性強(qiáng)，對(duì)自動(dòng)化的依賴(lài)性比較強(qiáng)。作為技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，發(fā)電企業(yè)已進(jìn)入到高參數(shù)、大容量機(jī)組的新時(shí)代，單機(jī)最大容量已達(dá)到百萬(wàn)千瓦。

發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中煤炭、水、蒸汽、電、熱等物質(zhì)在能量的驅(qū)動(dòng)和作用下，伴隨著熵、焓、?等信息指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值的過(guò)程軌跡、流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及流動(dòng)過(guò)程特性，存在著物質(zhì)流、能量流、信息流、價(jià)值流等四種層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及工業(yè)4.0概念的提出與應(yīng)用，態(tài)勢(shì)感知等新技術(shù)、管理理念的發(fā)展，在物質(zhì)流、能量流、信息流、價(jià)值流相關(guān)性的基礎(chǔ)上給出系統(tǒng)的定量描述，獲得在某一特性時(shí)間、空間、功能和目標(biāo)下的特定有序結(jié)構(gòu)，建立JIT（Just in time）管理約束關(guān)系，將結(jié)果應(yīng)用于智能發(fā)電，建立適應(yīng)“+互聯(lián)網(wǎng)”背景下最新的電力市場(chǎng)運(yùn)作模式。

發(fā)電企業(yè)在生產(chǎn)、輸配、存儲(chǔ)、消費(fèi)等行為達(dá)到高度的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和智能交互，將使分布式能源大量并網(wǎng)，形成分散的能源節(jié)點(diǎn)，與集中式的能源站共同支撐起整個(gè)能源網(wǎng)，能源節(jié)點(diǎn)既是生產(chǎn)者也是消費(fèi)者，能源流動(dòng)呈現(xiàn)自發(fā)、雙向和網(wǎng)絡(luò)化的特征，在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)載自動(dòng)平衡。因此，智慧發(fā)電需要在廣泛采用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能傳感與執(zhí)行、智能控制和管理決策等技術(shù)，科學(xué)、全面整合電廠設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、建設(shè)階段的基建數(shù)據(jù)、運(yùn)行階段的維護(hù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立電站全壽期信息庫(kù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、三維數(shù)字化技術(shù)和流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)電廠現(xiàn)代化、數(shù)字化的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和管理，最終建成安全、高效、環(huán)保運(yùn)行并與智能電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)的智慧發(fā)電。實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期（設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、運(yùn)行、退役）智能管理。將三維模型和圖紙、調(diào)試文檔、資產(chǎn)管理及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在同一平臺(tái)上集成應(yīng)用，利用三維可視化與定位實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝、運(yùn)行巡檢期間的三維仿真和實(shí)時(shí)互動(dòng)。全面考慮信息和工控系統(tǒng)的融合，實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和任務(wù)，安排生產(chǎn)與控制策略，提高企業(yè)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性。

電力數(shù)據(jù)特征是容量大、種類(lèi)多和速度高。智慧發(fā)電以能夠提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)安全可靠性等為目標(biāo)，充分融合各種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)掘和整合各類(lèi)數(shù)據(jù)流、控制指令流、業(yè)務(wù)流等等數(shù)據(jù)的價(jià)值。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間（M2M）的信息交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)分析、整合、分類(lèi)后方便智能化數(shù)據(jù)提取，利用數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘工具等大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)增值數(shù)據(jù)內(nèi)容分析，將電力生產(chǎn)、消費(fèi)數(shù)據(jù)與智能設(shè)備、用戶信息、運(yùn)營(yíng)等數(shù)據(jù)整合，通過(guò)海量數(shù)據(jù)挖掘負(fù)荷特征，提高電力需求預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。在電力改革的背景下，整合能源供給、消費(fèi)、運(yùn)行參數(shù)等各類(lèi)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)、通訊與生產(chǎn)設(shè)備結(jié)合，通對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，為消費(fèi)者提供價(jià)廉、節(jié)能、舒適的能源相關(guān)生活方式。實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的智能發(fā)電，按照“橫向分區(qū)、縱向防御”的安全策略，建立信息安全策略，實(shí)現(xiàn)智能裝置和傳輸協(xié)議的安全、工控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的安全、內(nèi)部專(zhuān)網(wǎng)以及其他基于互聯(lián)網(wǎng)的信息安全。

采用互聯(lián)網(wǎng)+電能生產(chǎn)，利用多電站的集中監(jiān)控診斷的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)智能數(shù)據(jù)分析對(duì)分布于不同地域的目標(biāo)電站數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行在線采集，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳到智能數(shù)據(jù)中心，集稀缺的優(yōu)秀專(zhuān)家借助專(zhuān)業(yè)背景和信息技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、清洗、分類(lèi)、判斷，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)備劣化趨勢(shì)評(píng)估、態(tài)勢(shì)感知、經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)，從而幫助電廠做好運(yùn)行參數(shù)調(diào)優(yōu)和檢修時(shí)段的策劃，以期使機(jī)組的運(yùn)行和維修更加富有靈活性，降低運(yùn)維成本、減少設(shè)備故障、增加高峰電量收益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能增效。

隨著智能電網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)、柔性輸電、需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的逐步應(yīng)用，實(shí)施資源綜合規(guī)劃模式，實(shí)施“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)運(yùn)行的機(jī)制政策，將跨地域的多種電源進(jìn)行靈活、高效的組合，實(shí)現(xiàn) “發(fā)輸配售”4部分之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，“橫向源源互補(bǔ)，縱向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)”以實(shí)體電廠為基礎(chǔ)，將智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量傳感技術(shù)、信息技術(shù)優(yōu)化加以集成，綜合分析電站的運(yùn)行工況信息、設(shè)備趨勢(shì)信息、天氣環(huán)境信息等，具有信息化、智能化、一體化、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保、高效等特征的新型電站。

［1］GE：Industrial Internet：Pushing the Boundaries of Minds and Machines［OL］.信息技術(shù)，2013-5-30.

［2］Recommendations for implementing the strategic initia?tive industry 4.0［OL］.2014-12-31.

［3］徐冠華.增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力走中國(guó)特色的科技創(chuàng)新道路［J］.中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)，2005（4）.

［4］Technology Roadmap Guide to Development and Imple?mentation［OL］.http://www.iea.org/roadmaps/,2014.

［5］Customer Choice and the Power Industry of the Future，September 22，2014，Congressional Research Service，https://fas.org/sgp/crs/misc/R43742.pdf,2014.

［6］德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部.德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型［C］.德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部，2012.

［7］許金瑩，蘇躍進(jìn)，錢(qián)軍，等.基于分布式發(fā)電的災(zāi)變應(yīng)對(duì)分析中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)第十三屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.重慶：重慶大學(xué)，2014.

［8］中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)信息化專(zhuān)委會(huì).中國(guó)電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書(shū)（2013）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

［9］蘇躍進(jìn)，韓英杰.基于分布式電站群的智能數(shù)據(jù)分析［J］.中國(guó)電信，2013（11）.

Research on Intelligent Power Generation of Internet PlusElectric Energy

Han Yingjie YueQiao SuYuejin
(SPIC Henan electric power Co.Ltd.,Zhengzhou Henan 450016)

The rapid development of new energy such as wind power,solar power developed rapidly,and the increased residential and commercial electricity consumption proportion have led to an increased difference of electric load in peak and valley.The thermal power unit designed according to the basic load has to often ad?just output load and keep in abroad load operation.At the same time,power and information technology should integrate with each other,based on the Internet plus,and make the wisdom of power become possible.Intelligent power generation unit is more flexible for broad load operation and condition maintenance.It can achieve intelli?gent equipment status trend analysis,economic performance assessment,thereby,can reduce operation and maintenance costs,and increase peak power gain.

highly efficient;broad load;internet plus;information technology;intelligent power generation

TP182

A

1671-0037（2016）10-78-3

2016-8-12

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAA03B01）。

韓英杰(1975-)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電氣、控制、兩化融合。