晏 超，張 鵬，王 琴，張劍秋，束 軍

（馬鋼股份公司能環(huán)部 安徽馬鞍山 243000）

前言

在節(jié)能減排政策的要求和發(fā)電集約化、高效管理需求的驅(qū)動下，建設(shè)智慧電廠已成為行業(yè)共識的目標，十四五期間我國電力發(fā)展將加快電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造，推動能源企業(yè)安全清潔、高效發(fā)展。中國寶武科技創(chuàng)新部發(fā)布的《中國寶武智慧制造行動方案》中明確提出智慧制造工作進入全面提升階段，加快建設(shè)智能產(chǎn)線和智慧工廠，要深化推進智慧制造，加速建設(shè)智慧生態(tài)圈。同期馬鋼能環(huán)部北湖電廠全面對接智慧發(fā)電發(fā)展，項目建立的智慧營運中心提供開放的接口，通過智慧平臺實現(xiàn)在線監(jiān)測、遠程維護、事故預(yù)警、優(yōu)化運行，以達到減員增效、降低排放和減少非停的目的，力爭形成采用智慧運營創(chuàng)新亮點，模塊化智慧應(yīng)用在同行業(yè)的推廣將推動智慧電廠的快速發(fā)展。

1 智慧運營的關(guān)鍵問題

綜合分析當前電力生產(chǎn)形勢和未來發(fā)展趨勢，北湖電廠建設(shè)團隊認為發(fā)電智慧運營應(yīng)基于可靈活開發(fā)、實時拓展的核心平臺，著力解決連續(xù)生產(chǎn)過程的要素管控，針對電廠生產(chǎn)周期過程管理中的重點區(qū)塊和部位，利用自動工況優(yōu)化、在線實時監(jiān)測和要素偵測等先進技術(shù)，強調(diào)運行過程的人機協(xié)作，利用先進智能化分析手段，構(gòu)建智能分析決策系統(tǒng)，最終利用遠程操控的集成控制手段，實現(xiàn)全廠高效清潔運營，整體智慧系統(tǒng)著力解決以下幾點問題。

(1)解決傳統(tǒng)電廠基礎(chǔ)集成程度不足問題。智慧化燃氣電廠是利用數(shù)字化和信息化技術(shù)，在物理電廠中高度集成傳感量測、自動控制、分析決策和信息通信等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)筑智慧運營的基礎(chǔ)[1]。

(2)解決傳統(tǒng)電廠數(shù)據(jù)挖掘、利用程度不足問題。大數(shù)據(jù)和人工智能疊加應(yīng)用，使非人工智慧運營成為可能，通過對主要工藝和設(shè)備工況數(shù)據(jù)的采集和判定，能給出產(chǎn)線系統(tǒng)故障的早期預(yù)警，幫助運營團隊早發(fā)現(xiàn)、預(yù)處理，契合電力生產(chǎn)連續(xù)性的剛性需求，減少非計劃停機。

(3)解決傳統(tǒng)電廠生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等信息系統(tǒng)碎片化嚴重等問題。智慧電廠將實現(xiàn)信息一體化的建設(shè)，致力于將跨區(qū)域的信息統(tǒng)一規(guī)劃、構(gòu)造跨區(qū)域數(shù)據(jù)中心，使得不同區(qū)域、不同系統(tǒng)各業(yè)務(wù)之間信息傳輸更暢通，為實現(xiàn)大集控及能源智慧云的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

(4)解決智慧營運應(yīng)用與生產(chǎn)運行的融合問題。在虛擬現(xiàn)實及仿真應(yīng)用、大數(shù)據(jù)平臺與人工智能、安全生產(chǎn)管理、生產(chǎn)要素勘測集成等方面實際應(yīng)用注重在生產(chǎn)運行系統(tǒng)中的“嵌入”，從現(xiàn)場視角考慮智慧應(yīng)用的落地，如在特定環(huán)境實現(xiàn)“機器替代人”，無人化房所應(yīng)用等。

2 北湖電廠智慧運營頂部思路

結(jié)合國內(nèi)各企業(yè)智慧電廠發(fā)展經(jīng)驗和CCPP 項目的自身特點，北湖電廠智慧運營構(gòu)建出國內(nèi)首個5G+私有數(shù)據(jù)云模塊化智慧電廠模型，實現(xiàn)燃機電廠設(shè)備（感知）層、中間層和系統(tǒng)層智能貫通，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖1。

圖1 智慧電廠平臺網(wǎng)絡(luò)示意圖

智慧電廠平臺廣泛采用現(xiàn)代信息處理和通信技術(shù)、智能測量和控制技術(shù)，以及基于多接入邊緣計算(MEC)應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，最大限度地實現(xiàn)電廠的安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)保、智能運行。具體實現(xiàn)思路如下。

(1)打造虛擬電廠是對發(fā)電生產(chǎn)全要素合集的認知梳理，從現(xiàn)場視角出發(fā)選擇要素優(yōu)化是發(fā)揮智慧電廠效力的前提。

(2)依托大數(shù)據(jù)分析、診斷與優(yōu)化，建立以發(fā)電提質(zhì)為核心的運營體系，實現(xiàn)生產(chǎn)效率提升。

(3)建立5G 通信網(wǎng)絡(luò)，5G 基站拓展性好，且其最低空口時延可達1 ms，故摒棄傳統(tǒng)的資源堆疊式擴容“剛性網(wǎng)絡(luò)”體系，建立可重構(gòu)、可改進的“柔性網(wǎng)絡(luò)”架構(gòu)以滿足工業(yè)化智慧電廠的需求。

(4)建立以私有云數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，打通信息孤島；集成設(shè)備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跨域貫通的綜合數(shù)據(jù)庫，為大數(shù)據(jù)下集中控制和工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)支撐。

(5)構(gòu)造智慧電廠軟件平臺，應(yīng)用電廠智能技術(shù)，融合馬鋼電力生產(chǎn)經(jīng)驗，通過持續(xù)學習歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，產(chǎn)生具有價值的洞察。在設(shè)備預(yù)警、設(shè)備診斷、能耗分析、負荷優(yōu)化、技術(shù)監(jiān)控和以可靠性為中心的巡檢等方面全面感知、全面互聯(lián)、重點智控。

(6)采用模塊化智能組件，在底層設(shè)計上實現(xiàn)自我閉環(huán)，在數(shù)據(jù)應(yīng)用上充分共享，在架構(gòu)布局上開放靈活，強調(diào)組件對機組運營和設(shè)備狀態(tài)的支撐。

3 北湖電廠智慧運營應(yīng)用

北湖電廠智慧應(yīng)用目標是基于大數(shù)據(jù)分析，強化發(fā)電生產(chǎn)要素整合處理，優(yōu)化多約束條件下全工況特性，實現(xiàn)跨生產(chǎn)分區(qū)綠色智慧運營。在功能應(yīng)用上充分體現(xiàn)數(shù)字化、模塊化、可視化、信息化、智能化、可操作性等特點，其中典型應(yīng)用如下。

(1)建立上下貫通、實時管控、數(shù)據(jù)完備的數(shù)據(jù)運營中心，實現(xiàn)電力生產(chǎn)全過程數(shù)字化信息管理，全方位、立體化描繪電廠生產(chǎn)全景，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程管理數(shù)字化、標準化。智慧管控中心借助硬件支撐系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、三維引擎支撐平臺、核心防護系統(tǒng)、一體化信息平臺、智慧決策系統(tǒng)及與第三方集成接口，實現(xiàn)技術(shù)手段與生產(chǎn)經(jīng)營管理的無縫融合。生產(chǎn)管理方面，建設(shè)涵蓋運行管理、安全管理、檢修管理、物資管理、項目管理、預(yù)算管理的生產(chǎn)信息化體系。經(jīng)營管理方面，實現(xiàn)經(jīng)營指標實時監(jiān)控、計劃進度實時跟蹤，同時引入財務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，開展指標深度分析，使生產(chǎn)建立在靈活的經(jīng)營基礎(chǔ)之上。

(2)基于電廠物理設(shè)備布局（包括燃機島、鍋爐房及結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、橋架等）搭建全系統(tǒng)三維場景,真實展示發(fā)電主體系統(tǒng)的設(shè)備物理分布。通過對實物關(guān)系的全景如實映射，幫助運營人員理解和把握工藝要點?？梢暬S實景展示系統(tǒng)可實現(xiàn)對生產(chǎn)信息采集、工藝分析、設(shè)備預(yù)警、實時工況的集合展示，在復(fù)雜的電廠三維工藝模型導(dǎo)入不同的運行維護數(shù)據(jù)，并通過圖形、色彩等可視化功能再現(xiàn)生產(chǎn)實景，結(jié)合三維狀態(tài)與專業(yè)文檔，最終形成三維可視化的電力生產(chǎn)管理。

(3)以UWB 技術(shù)為核心，通過定位基站對人、設(shè)備、車輛等不同定位標簽的物理空間高精度定位，實現(xiàn)在安全可視化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。電廠危險源點多面廣，高溫、高壓、煤氣等區(qū)域工作專業(yè)要求極高，形成的“兩票三制”等做法雖較為完備，但人員執(zhí)行情況差異明顯，通過空間定位技術(shù)可有效約束工作區(qū)域和專業(yè)人員的相互關(guān)系，對不同設(shè)備、不同工作進行區(qū)域性的虛擬權(quán)限控制，對違規(guī)進入及時報警，解決了人員流動性大、控制難的老問題。該人員定位系統(tǒng)具備定位、軌跡回放、動態(tài)預(yù)警、區(qū)域監(jiān)測等可視化功能[2]，與其他系統(tǒng)配套構(gòu)建出諸如安全管理、門禁管理等高級應(yīng)用。見圖2。

圖2 人員定位及軌跡回放應(yīng)用

(4)基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、在線建模技術(shù)和專家系統(tǒng)構(gòu)建智能預(yù)警服務(wù)。以電力生產(chǎn)線檢修周期的工況積累作為大數(shù)據(jù)分析源，挖掘有效數(shù)據(jù)，給出發(fā)電機組系統(tǒng)在不同負荷條件下的正常運行參數(shù)范圍，設(shè)置動態(tài)報警運行參數(shù)閾值，并相應(yīng)地提出超限后果預(yù)判分析。按系統(tǒng)、設(shè)備、參數(shù)不同索引方式，進行重要性分類，集成工藝要求形成精準報警，避免誤報誤判[3]。系統(tǒng)還可提供具體告警信息,如超限預(yù)警、診斷故障主因、劣化趨勢、誤操作信息等,以使運行方獲得更多的故障診斷處理時間,提高單位機組可靠性。

(5)基于大數(shù)據(jù)分析的運行優(yōu)化系統(tǒng)包括機組計算模型的建立和機組離線性能測試系統(tǒng)。通過基于大數(shù)據(jù)分析(分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析等)的技術(shù)手段，從實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等多個數(shù)據(jù)源收集、轉(zhuǎn)換、挖掘和分析海量歷史數(shù)據(jù)，并確定機組的多重約束條件下的全工況特性，為優(yōu)化運行提供更準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。工況分析模塊根據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立各種工況下的模型，并采用最佳的迭代方法來指導(dǎo)運行:判斷機組當前工況，一般依據(jù)負荷狀態(tài)，同時考慮煤氣平衡條件和環(huán)境條件、產(chǎn)線狀態(tài)等，計算當前工況指標。在相同的工作條件下，將當前指數(shù)與歷史最佳指數(shù)進行比較。如果優(yōu)于后者，保持當前運行狀態(tài)，將當前可控運行值替換為歷史最優(yōu)值，并存儲在數(shù)據(jù)庫中;建議將各項可控參數(shù)調(diào)整到歷史最佳水平，并自動建立最優(yōu)作業(yè)計劃和典型工況的經(jīng)濟評價。根據(jù)優(yōu)化方案，評估和指導(dǎo)當前流程，通過數(shù)據(jù)積累實現(xiàn)全工況經(jīng)濟、可靠高效運行。

(6)智能巡檢由智能機器人巡檢組件、電纜管廊集中監(jiān)控組件、嵌入式在線診斷組件構(gòu)成，以全自主模式代替或輔助人工進行馬鋼CCPP 發(fā)電工程項目巡檢，覆蓋CCPP主廠房、余熱鍋爐、220kV升壓站等生產(chǎn)主要產(chǎn)線設(shè)備，達到數(shù)據(jù)分析專業(yè)、檢測方式多樣、巡檢反饋智能、巡檢工作標準等目標。巡檢全過程自動管理、專業(yè)信息實時上傳，實現(xiàn)煤氣管路泄露巡視、機械設(shè)備油、水管道滲漏、余熱鍋爐在線溫度檢測、易燃氣有毒氣體探測、發(fā)電機及其輔助設(shè)備聲音檢測等要素監(jiān)控功能。采用智能聯(lián)合巡檢的方式可以減少運維人員或者代替運維人員進行巡檢，大大降低了危險系數(shù)，保障人身、設(shè)備安全。見圖3。

圖3 智巡機器人應(yīng)用

(7)無人化房所實現(xiàn)真正意義無人化運營，由動力設(shè)備電動組件、環(huán)境控制組件、狀態(tài)視頻組件、照明智控組件集成，可實現(xiàn)遠程操控、房所狀態(tài)自動調(diào)節(jié)、故障感知主動上報的全場景無人化支持。設(shè)備要素數(shù)據(jù)實時傳輸后臺，并形成生產(chǎn)運營和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)報表，為發(fā)電廠“無人值守、關(guān)門運行”打下基礎(chǔ)，在一定程度上代替人工完成設(shè)備的操巡工作，減少值班人員配置，減輕值班人員的工作強度，降低人員成本。見圖4。

圖4 無人化房所應(yīng)用

(8)跨區(qū)運營系統(tǒng)實現(xiàn)不同機組運行參數(shù)和運行曲線優(yōu)化積累。根據(jù)能損分析的結(jié)果，得出機組能損耗差排序；在不同運行工況下給出實際運行參數(shù)與標準參數(shù)的對比關(guān)系，得出對比優(yōu)化曲線；然后給出當前運行狀況下的優(yōu)化操作指導(dǎo)建議，使不同區(qū)域機組共享最優(yōu)工況模型，逐步實現(xiàn)三個生產(chǎn)分區(qū)的信息互通和集中管控、工況協(xié)同優(yōu)化。

4 結(jié)語

在中國寶武智慧制造發(fā)展過程中，智能制造技術(shù)將會產(chǎn)生更為重要的價值和作用。項目團隊在發(fā)電智慧運營頂層思路、智慧應(yīng)用層面深入思考，在綜合評估智慧手段應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將智能技術(shù)、檢測方法和數(shù)據(jù)分析手段綜合立體運用于生產(chǎn)中，提供出可行的應(yīng)用工程實例，也為國內(nèi)發(fā)電行業(yè)的智慧產(chǎn)業(yè)升級積累了寶貴的經(jīng)驗。北湖電廠所建智慧體系極具參考價值，它的推廣應(yīng)用將促進發(fā)電智造的體系化發(fā)展，是通過技術(shù)升級實現(xiàn)生產(chǎn)方式換代的一個縮影，為最終實現(xiàn)少人值守、無人智造探索出一條全新的技術(shù)路線，在寶武系統(tǒng)的智能制造發(fā)展乃至國內(nèi)同類型企業(yè)中起到了良好的示范效果。隨著電力生產(chǎn)智慧生態(tài)圈的構(gòu)建和智造手段的進一步發(fā)展，北湖電廠所探索的發(fā)電智慧運營必將迎來新的跨越。