王照陽(yáng)

(南京華盾電力信息安全測(cè)評(píng)有限公司,江蘇 南京 211106)

0 引言

在信息技術(shù)與各個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都深度結(jié)合的大背景下,國(guó)家提出能源電力和信息深度結(jié)合促進(jìn)能源電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略目標(biāo)。 在目前發(fā)電成本上漲,電力需求增加的環(huán)境下,電力企業(yè)需要逐漸轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的管理和運(yùn)行模式,通過(guò)與信息技術(shù)的結(jié)合提升生產(chǎn)效率,降低運(yùn)營(yíng)成本,抵御經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。 智慧電廠的建設(shè)可以滿足現(xiàn)代能源電力企業(yè)的要求。

智慧電廠是基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息監(jiān)控和智能診斷技術(shù)打造的控制決策更為科學(xué)、生產(chǎn)過(guò)程可控性更高、生產(chǎn)過(guò)程更優(yōu)、生產(chǎn)成本控制更好的新一代電廠。 智慧電廠將充分利用生產(chǎn)數(shù)據(jù),挖掘出更有效的管理和生產(chǎn)流程,做出更及時(shí)更合理的決策,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)的潛在故障。 同時(shí)智慧電廠不是現(xiàn)有電廠智能設(shè)備的簡(jiǎn)單升級(jí),而是與現(xiàn)有智能設(shè)備充分的深度融合,使現(xiàn)有設(shè)備能充分共享數(shù)據(jù)和信息,做到統(tǒng)一聯(lián)動(dòng),進(jìn)而形成有機(jī)整體。

很多專家都針對(duì)智慧電廠的建設(shè)提出了自己的方案,例如楊濤等[1]通過(guò)分析某電廠的云平臺(tái)、獨(dú)立電子系統(tǒng)等建設(shè)方案和設(shè)備提出了新的智慧電廠的建設(shè)思路;陳錄等[2]圍繞智慧電廠和智慧電廠相關(guān)技術(shù)展開(kāi)探討,并提出了智慧電廠建設(shè)方案。 目前智慧電廠的研究還處于探索階段,從相關(guān)研究文獻(xiàn)來(lái)看,關(guān)于智慧電廠的建設(shè)方案和技術(shù)路線還沒(méi)有出現(xiàn)統(tǒng)一和共識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。

只有明確了智慧電廠建設(shè)過(guò)程中的共性問(wèn)題,才能提出更好的解決方案和技術(shù)路線。 為了促進(jìn)智慧電廠研究取得更大進(jìn)展,早日出現(xiàn)成熟且被廣泛接收的智慧電廠建設(shè)方案,本文從智慧電廠建設(shè)中存在的關(guān)鍵問(wèn)題出發(fā),提出了建設(shè)智慧電廠的技術(shù)路線。

1 智慧電廠建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.1 未對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分挖掘

生產(chǎn)數(shù)據(jù)是控制和決策最有效和最可靠的依據(jù)。采集生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),結(jié)合各類指標(biāo)(如遠(yuǎn)動(dòng)率、利用小時(shí)數(shù)、能量利用率等),對(duì)機(jī)組能效、故障等實(shí)施診斷分析、評(píng)價(jià),尋找問(wèn)題根源[3]。 試點(diǎn)場(chǎng)站開(kāi)展移動(dòng)APP巡檢,利用移動(dòng)終端服務(wù)推送模塊,及時(shí)通知管理人員和技術(shù)人員,實(shí)現(xiàn)效率提升。 目前電廠端在處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)方面存在的問(wèn)題是:(1)各發(fā)電場(chǎng)站各種應(yīng)用管理系統(tǒng)架構(gòu)獨(dú)立、數(shù)據(jù)來(lái)源單一,各自為戰(zhàn)。 (2)未對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效且充分的挖掘,造成本該產(chǎn)生巨大效益的數(shù)據(jù)被白白浪費(fèi)。

要對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分挖掘就必須建立大數(shù)據(jù)分析平臺(tái),通過(guò)合適的大數(shù)據(jù)算法,從海量數(shù)據(jù)中分析出最優(yōu)運(yùn)行參數(shù),能耗指標(biāo)分析,統(tǒng)計(jì)指標(biāo)分析等有價(jià)值的數(shù)據(jù)。 此外還需要建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建診斷平臺(tái),實(shí)現(xiàn)基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的故障分析。 而相關(guān)的大數(shù)據(jù)算法研究還不充分,大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)還處于起步階段。

1.2 未充分利用人工智能技術(shù)

生產(chǎn)設(shè)備沒(méi)有充分利用人工智能技術(shù)進(jìn)行故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。 在人工智能技術(shù)的支持下,智能診斷技術(shù)將可以對(duì)廠級(jí)、區(qū)域級(jí)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督和預(yù)測(cè),發(fā)現(xiàn)重大故障出現(xiàn)時(shí)將設(shè)備狀態(tài)設(shè)置為安全模式,并將故障設(shè)備與其他設(shè)備隔離。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有充分利用人工智能技術(shù)對(duì)位于危險(xiǎn)區(qū)域的重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行傳感器智能調(diào)節(jié)。 很多重復(fù)性、危險(xiǎn)性、周期性的設(shè)備調(diào)節(jié)工作還需要人工完成或者人工參與[4]。

1.3 沒(méi)有整合分散的原有平臺(tái),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享

發(fā)電企業(yè)內(nèi)部原有的信息化智能化平臺(tái)還沒(méi)有得到有效整合,以至于這些設(shè)備各自為戰(zhàn),形成了很多信息孤島。 還未引入數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、微服務(wù)發(fā)布等技術(shù)手段,打破數(shù)據(jù)孤島,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和云邊協(xié)同,為電廠級(jí)或區(qū)域級(jí)數(shù)字化建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1.4 智慧電廠的管理決策能力有待加強(qiáng)

在智慧電廠中,如何更高效和準(zhǔn)確地采集各生產(chǎn)部門信息數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化集成和分析,依然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。 依托于數(shù)據(jù)分析的智慧決策系統(tǒng),其決策能力可進(jìn)一步提升,從而適應(yīng)智慧電廠的新發(fā)展。 相對(duì)于智慧系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,系統(tǒng)使用人員和管理者的業(yè)務(wù)能力還有待進(jìn)一步提高,配套的管理機(jī)制和制度也不能滿足智慧電廠管理的需求。

2 智慧電廠建設(shè)的技術(shù)路線

針對(duì)智慧電廠建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題,智慧電廠應(yīng)該以如下技術(shù)路線進(jìn)行建設(shè)。

2.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用,電力系統(tǒng)相比之前要采集和存儲(chǔ)更多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 面對(duì)海量的數(shù)據(jù),如何從中挖掘出有價(jià)值的信息,越來(lái)越成為電力系統(tǒng)必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。 通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),可以從電力系統(tǒng)海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的信息,并轉(zhuǎn)化成有用的知識(shí)和規(guī)律。 智慧電廠采用數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能源消耗情況的有效分析,管理者可以實(shí)時(shí)了解電廠的運(yùn)行狀態(tài)以及趨勢(shì)預(yù)測(cè),并制定最優(yōu)的運(yùn)行方案。 在設(shè)備電力設(shè)備故障診斷以及設(shè)備維護(hù)管理上,利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的故障檢修與設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè),為相關(guān)工作的開(kāi)展提供依據(jù)。 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)于智慧電廠的安全平穩(wěn)運(yùn)行、運(yùn)營(yíng)管理及風(fēng)險(xiǎn)決策都具有重要價(jià)值和意義。

2.2 基于人工智能的遠(yuǎn)程診斷和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,取得的效果相比傳統(tǒng)方法也更具有優(yōu)越性。 傳統(tǒng)電廠的設(shè)備故障診斷方法以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和絕對(duì)值報(bào)警為主。 這種方法時(shí)效性較差,往往對(duì)設(shè)備故障難以起到及時(shí)預(yù)警的作用,不能為替代方案的制定和設(shè)備故障排除預(yù)留足夠的時(shí)間,對(duì)電廠的正常生產(chǎn)有很大影響。 利用人工智能遠(yuǎn)程診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠設(shè)備故障的實(shí)時(shí)診斷,具有運(yùn)算速度快、準(zhǔn)確率高、預(yù)警能力強(qiáng)和智能化等優(yōu)點(diǎn)。 另外利用人工智能技術(shù)可以對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 利用相關(guān)傳感器可以獲取發(fā)電機(jī)組等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),并通過(guò)人工智能算法求出設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的最優(yōu)解,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行方案的優(yōu)化,最終提高電廠的運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 多平臺(tái)融合的平臺(tái)融合生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享技術(shù)

目前,發(fā)電廠雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的信息化,但其生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)和人員配置信息等數(shù)據(jù),分別由不同的平臺(tái)來(lái)管理和存儲(chǔ),且各平臺(tái)之間信息不互通,形成了大量信息孤島。 發(fā)電廠內(nèi)數(shù)據(jù)資源的分散化,對(duì)數(shù)據(jù)的管理、分析和應(yīng)用產(chǎn)生了很大的阻礙,使得信息的價(jià)值難以最大化。 利用多平臺(tái)融合的平臺(tái)融合生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享技術(shù),建設(shè)平臺(tái)共同計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、運(yùn)行的一體化大平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),對(duì)于發(fā)電廠內(nèi)人員、設(shè)備、系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行有非常積極的影響。

2.4 多種優(yōu)化策略提高管理決策能力

在智慧電廠建設(shè)中,可以使用多種優(yōu)化策略來(lái)提高智慧化程度。 分散控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于各生產(chǎn)部門信息數(shù)據(jù)采集,它可以對(duì)電廠不同區(qū)域的日常生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控,并通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)記錄生產(chǎn)中的關(guān)鍵參數(shù),為電廠的智能管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 分散控制系統(tǒng)同時(shí)還是電廠運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)匯總和分析的基礎(chǔ)。 該系統(tǒng)可以搜集有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)傳輸給工作人員,以便工作人員對(duì)電廠級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。 作為分散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),電廠級(jí)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)將分散控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)匯總,并進(jìn)行智能化處理與分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的整體監(jiān)控。 使用專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),搭建智慧決策系統(tǒng),可以有效提高數(shù)據(jù)分析與處理能力,并且基于電廠運(yùn)行現(xiàn)狀,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠生產(chǎn)活動(dòng)的精準(zhǔn)管理。 另外,通過(guò)對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn),可以最大限度地提高智能化系統(tǒng)的使用價(jià)值。 利用使用者反饋的實(shí)際情況,開(kāi)發(fā)人員可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化,提高系統(tǒng)效能。

通過(guò)一體化平臺(tái),發(fā)電廠管理者能夠完善管理機(jī)制,實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)預(yù)警,以及數(shù)據(jù)的批量管理和統(tǒng)一存儲(chǔ)等功能,從而提高電廠智能化水平。

3 智慧電廠架構(gòu)

3.1 模型總體結(jié)構(gòu)

智慧電廠就是將傳統(tǒng)電廠結(jié)合先進(jìn)的電力電子技術(shù)和其他智能信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠內(nèi)部感知自動(dòng)化,各系統(tǒng)互聯(lián)化以及管理決策智能化的目的。 智慧電廠一個(gè)重要特征是電廠內(nèi)部各系統(tǒng)模塊能夠采集、分析、判斷和規(guī)劃自己的行為,智能地在線動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)備配置及其參數(shù)。

為了使智能電廠滿足以上特征,智慧電廠架構(gòu)包括了自動(dòng)感知設(shè)備層、信息處理和通信層、智能管理決策層等層面。 智慧電廠架構(gòu)有助于電場(chǎng)內(nèi)部各系統(tǒng)之間信息互通、各業(yè)務(wù)的協(xié)同、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和決策智能化。 智慧型電廠架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智慧電廠總體架構(gòu)

自動(dòng)感知設(shè)備層:其主要目的是綜合利用傳統(tǒng)儀表和智能數(shù)字儀表,完成對(duì)電廠內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)情況等數(shù)據(jù)的高精度采集工作,為電廠智能化提供最基礎(chǔ)的依據(jù)。 考慮到傳統(tǒng)電廠向智慧電廠轉(zhuǎn)型需要一定時(shí)間,在架構(gòu)設(shè)計(jì)中充分利用傳統(tǒng)儀表對(duì)部分設(shè)備信息進(jìn)行采集,實(shí)現(xiàn)電廠的平穩(wěn)過(guò)渡。

信息處理和通信層:主要利用大數(shù)據(jù)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)電廠內(nèi)各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。 通過(guò)多系統(tǒng)互聯(lián)通信和控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)間信息互傳,并實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理和安全管控,減少了運(yùn)行維護(hù)工作量,降低了運(yùn)行成本。

智能管理決策層:是面向生產(chǎn)管理者的信息控制系統(tǒng),可以為全電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供綜合性的服務(wù),幫助管理者全面了解和掌握電廠內(nèi)各機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量和廠內(nèi)生產(chǎn)效益,包含數(shù)據(jù)分析與管理、人員與物資管理、各業(yè)務(wù)流程管理等功能。

3.2 智慧電廠建設(shè)工作

在確定整體架構(gòu)之后,智慧電廠的建設(shè)主要圍繞以下工作進(jìn)行開(kāi)展。

平臺(tái)建設(shè):將智慧電廠的相關(guān)技術(shù)抽成平臺(tái),為電廠工作人員將技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工作提供便利。 建成的統(tǒng)一大平臺(tái)將包含大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、應(yīng)用服務(wù)等業(yè)務(wù)功能,它將原來(lái)的分散部署、各自獨(dú)立的系統(tǒng)平臺(tái),逐步轉(zhuǎn)換成信息通暢、數(shù)據(jù)集中處理的新運(yùn)行平臺(tái),將成為智慧電廠的基礎(chǔ)設(shè)施。

管理體系建設(shè):管理體系的建設(shè)要結(jié)合智慧電廠出現(xiàn)的新特征,能夠全面整合和優(yōu)化智慧電廠的數(shù)據(jù)資源、基礎(chǔ)設(shè)施資源和人力物資等資源,促進(jìn)智能電廠管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和流程化。 管理體系要力爭(zhēng)與國(guó)際先進(jìn)管理相接軌,可以將電廠設(shè)計(jì)及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)治理體系、電廠緊急響應(yīng)和應(yīng)急管理體系、故障設(shè)備處置管理辦法、技術(shù)變更管理引入電廠管理體系。

智慧應(yīng)用:結(jié)合先進(jìn)的智能化平臺(tái)和管理方法,對(duì)電廠中日常工作進(jìn)行方法智能化和流程精細(xì)化改造。通過(guò)建設(shè)設(shè)備自主傳感系統(tǒng)、智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)和人員物資App 等應(yīng)用項(xiàng)目,促進(jìn)智慧技術(shù)快速轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力,提高電廠智能水平和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析智慧電廠的研究現(xiàn)狀,探討了智慧電廠研究和建設(shè)過(guò)程中存在的共性問(wèn)題,針對(duì)這些問(wèn)題提出了智慧電廠建設(shè)和研究的技術(shù)路線,最后提出了智慧電廠的總體架構(gòu)模型。