基于“云大物移”的智能电厂建设

智能电厂，是基于“计算机技术、大数据技术、物联网技术、通讯技术、控制技术、云计算与服务、移动应用、可视化技术与人工智能（专家知识库）”高度融合的、更高阶段的自动化电厂。智能电厂，是实现“更高设备可靠度、更优出力与运行、更低能耗与排放、更强外部条件适应性、更少人力需求和更好企业效益”的必由之路。

基于“云大物移”的智能电厂建设

北京必可测科技股份有限公司董事长 何立荣/文

一、智能电厂的概念

智能电厂，是基于“计算机技术、大数据技术、物联网技术、通讯技术、控制技术、云计算与服务、移动应用、可视化技术与人工智能（专家知识库）”高度融合的、更高阶段的自动化电厂；智能电厂，由三大功能模块组成，且呈正三角形态分布。上角为“智能经营”，这是发电企业的最终目标；左下角为“智能发电”，是通过人机（自动化设备）交互、并根据预设和整定好的控制逻辑，自动执行企业经营计划、完成生产任务的基础；右下角为“智能维护”，是通过不断改善设备的运行工况与不断提升设备的可靠度，持续支撑“智能发电”优化运行的保证。

智能电厂，是实现“更高设备可靠度、更优出力与运行、更低能耗与排放、更强外部条件适应性、更少人力需求和更好企业效益”的必由之路。

二、智能电厂的建设思想、方法步骤及实现功能如下

1.智能感知——数据采集与处理的智能化

（1）实时在线采集工艺信号的温度、压力、流量、振动、水质、油质、煤质、汽质、电量等指标，保护、传感器的状态，能够对模拟信号进行模/数转换或直接数字化采集并自动发送；

（2）实时在线采集信号的传感器，能够故障自诊断并自动报警；

（3）实时在线采集图像信号的视频传感器，能够对图像内容进行智能识别；能够故障自诊断并自动发送；

（4）实时在线采集声音信号的音频传感器，能够对声音信号进行智能识别；能够故障自诊断并自动发送；

（5）周期离线工艺信号的人工采集与自动发送；

（6）周期离线图像信号的人工采集与自动发送；

（7）周期离线音频信号的人工采集与自动发送；

（8）设计数据、台账数据（含设备编码）、试验数据、技改数据、维修数据、历史档案、各种标准，进行电子化处理；

将以上所有工艺参数、图像音频、图表资料，进行数字化和电子化处理以后，再分别对接到设备台帐中的每个元器件上。这是智能化电厂建设的基础。因为只有在真实、有效、全面的大数据之上，才能进行精确的分析与诊断。即：设备的状态评估、风险评估及寿命评估。

2.智能诊断——状态分析与诊断的智能化

（1）设备状态评估自动化。

运用神经网络、模糊矩阵、鲁棒及遗传等先进的数学算法，对以上的大数据，进行相关性统计分析，并对各种故障模式（包括：故障类型、故障部位、故障等级等）进行建模；再由专家根据国内外相关行业标准、以及专家知识库，对普遍共性的故障模型进行验证和修正；再针对不同企业的设备工况和特殊的故障模型，定制具体的、个性的相对标准，进一步完善故障模型的普遍性和特殊性。从而全面支撑设备状态评估结论、故障预警及解决方案的自动化推送；

（2）设备风险评估自动化。

根据设备的安全性、经济性、环保性、健康性的不同权重，建成多维度风险矩阵模型。并随着工艺参数的动态变化，自动推送预警信息；

（3）设备的寿命评估。

根据高温部件、承压部件、高速旋转部件及密封部件的特性，运用先进知识及算法，结合专家知识库，对相关大数据进行深度挖掘，创建接近真实的数学模型并不断丰富完善。能够随着工艺参数的动态变化，自动推送定量定性的寿命周期信息、安全预警信息和处理方案。

3.智能决策——决策制定与支撑的智能化

设备的状态评估、风险评估及寿命评估，是建立在大数据分析技术与专家知识库（人工智能）高度融合的基础上的。纵向维度上，已经把设备的可靠度管理，落实到了元器件级。把设备的性能管理，从单台设备扩展到了整套机组。横向维度上，覆盖了设备的全寿命周期管理。从设计制造、运输安装、调试投产、运行维护、技术改造到退役报废。

所以，可以自动提供多种决策建议：

（1）自动推送备件采购工单：备件台账（编码）、数量及需要周期；

（2）自动推送运维预算明细：备件、用工、耗时的精确统计报告；

（3）自动推送设备改善方案：精细化检修方案及作业指导规范；

（4）自动推送运行优化方案：调哪里、怎么调，实时提供运行建议；

（5）自动推送经营调度方案：送哪些用户、保持多少负荷。

4.智能组态——热控诊断与调节控制的智能化

无论是DCS系统、现场总线技术，还是PLC，大多只利用了少量的控制信息，一般只采集阀门的开度、远程/就地、已开/已关等信息，用于控制的开/关指令。大量的智能仪表设备的诊断信息均未利用起来；比如：无论是气动、电动还是液动执行机构，他们的卡涩、粘滞、堵塞或泄漏故障，都会引起控制器的控制指令无法准确、及时实施。从而导致能耗增加、设备磨损加重；严重者，当某些关键工艺变量波动时，甚至会造成系统失稳或完全失效。从而导致非停事故，给企业带来巨大经济损失。

根据对控制回路的异常数据的相关性分析，结合专家知识库的经验比对，形成卡涩、粘滞、堵塞或泄漏故障的辨识模型，创建对应的补偿模型，及解决方案。进而达到如下目标：

（1）执行机构的状态监测及故障诊断结果的自动发送；

（2）执行机构粘滞模型的辨识与补偿方式的自动调节；

（3）执行机构的故障解决方案自动发送。

5.智能协调——电厂与电网的协调智能化

只有当智能电厂与智能电网相互协调友好时，才能诞生一个健壮的电力能源供应系统。

根据中国现在火电、核能、绿色能源、分布式能源的交叉布局，根据多种电压等级及交直流电网的纵横延展，根据国内外机网失调所造成的巨大损失的教训，运用先进而成熟的综合技术，创建智能化机网协调监控系统。实现对机网双方向的故障预判、预警及自保护、自适应和自恢复的功能，确保电厂和电网的稳定运行。

6.智能运维——运检维营一体化、智能化软件平台

这既是一个大数据信息集成平台，一个设备与控制系统的故障诊断与可靠度管理平台，一个全方位决策优化平台，也是一个全员工作平台。

运用一套编码体系，将电厂的静设备，编码到“焊口级”；将动设备，编码到“元器件级”。全厂三维模型的建立，亦遵循这个细度原则（“焊口级”、“元器件级”）。将全厂的空间及设备的设计信息、制造信息、安装调试信息、运行维护信息、检修历史信息、技术监督信息、实时过程信息，全部加载到这一码二级的三维模型上。精准完成基建时期的大数据移交，并实现基建与生产的无缝对接。然后，再进行大数据的挖掘、提炼及与人工智能（专家知识库）的高度融合，形成丰富而精准的设备故障模型，从而实现本文所列的各项高级功能。继而实现运检维营界面的岗位定制与自动衔接；桌面办公与移动应用的自动融合。不再有信息孤岛和非停事故；亦不再有非常排放和非常能耗。

7.智能移动——移动应用终端的智能化

移动应用终端，既是一个信息交互平台，一个工作平台，也是一个安全监督平台。只是不同身份和级别的应用终端，对应着不同的工作界面和权限。高层决策者使用的界面，侧重于签署文件和发布指令。拥有可以浏览、查询、审核各级人员工作界面和数据真实性的权限；中层管理者使用的界面，侧重于上情下达、下情上传和辅助决策。拥有可以浏览、查询、审核同级人员及下级人员工作界面和数据真实性的权限；执行者使用的界面，专注于运维工作指令的落实及运检结果的上报。

每个运维人员的智能头盔或移动终端，都具有视频拍照和动态定位功能。结合规范化的两票三制，可以杜绝人身伤害事故的发生。

（1）执行者的移动应用终端主要实现这些功能：

1）支持工艺信号周期性的人工采集、无线采集并自动发送；

2）支持视频信号周期性的人工采集、无线采集并自动发送；

3）支持音频信号周期性的人工采集、无线采集并自动发送；

4）自动接受中层管理者的运维、运检工作指令；

5）自动接受中层管理者的远程控制与管理；

6）支持执行者任意一种运检操作和控制。

（2）管理者的移动应用终端主要实现这些功能：

1）自动接受决策者的管理指令；

2）自动接受执行者的工作报告；

3）远程控制并监督执行者的工作状态；

4）支持管理者的全部工作流程。

（3）决策者的移动应用终端主要实现这些功能：

1）自动接受中层管理者的工作报告与请示报告；

2）自动接受设备的状态评估、风险评估及寿命评估报告；

3）自动接受设备改善方案、运行优化方案、备件采购工单、运维预算明细、经营调度方案；

4）支持决策者的全部工作流程。

8.智能调度——需求响应与调度经营的智能化

通过对电网需求侧用户信息的深度挖掘，结合煤质、煤价、电网负荷、分布式能源及气候的多重变化，选择出可以长久而密切合作的用户集群，并与其签订相对固定的供电合同。根据与电网及直接用户的供电合同，适时、自动地调整机组负荷及出力；同时保持可以随电网负荷、分布式能源供给、用电需求及调度指令的变化，自动调整机组出力水平的能力。支持调度经营工作在移动终端的智能应用。

9.智能可视——展示形式与高级应用的可视化、智能化

运用成熟的三维建模技术，将电厂的静态设计图纸转化为动态的三维虚拟场景；运用三维激光扫描技术，对变更过的施工图纸加以实地测绘建模，修正整个厂区的三维虚拟场景。把单台设备的三维模型，建设到元器件级；把全厂的工艺流程模型，建设到整套机组。

即：地上厂房及设备与地下管网电缆及设备的可视化；设备内部及外部、整体及局部的可视化；整套机组工艺流程、内部介质状态的可视化；设备拆装互动可视化；与厂区的视频监控画面一一对应化。从而全面实现如下高级应用：

（1）状态分析与诊断结论的可视化；

（2）决策制定与支撑的可视化——含“设备改善方案可视化、运行优化方案可视化、备件采购工单可视化、运维预算明细可视化”；

（3）热控诊断与调节控制的可视化；

（4）作业指导可视化；

（5）培训考试可视化；

（6）经营调度可视化；

（7）远程监控可视化。

10.智能云服——大数据分析与应用智能化

在确保信息安全的情况下，通过租用第三方的云服务平台，创建电力企业集团级的“混合云服务体系”。集团所属各发电企业，将所有生产过程信息和设备信息，发送到云端。然后，运用成熟的、有效的数学算法及深度学习方法，自动提取出正相关与负相关的特征数据，再与专家知识库有机关联，形成各种自动评估机制与辨识模型。全面支撑发电企业生产与设备的状态分析、异常预警、故障诊断及解决方案等的自动推送与移动应用。使发电企业的生产与设备管控信息，无处不在、无时不在。全面保障电力企业的安全生产与优化运营。