智慧电厂渐成电厂发展新趋势

智慧电厂渐成电厂发展新趋势

安晓明

（国家能源集团兰州热电有限责任公司甘肃兰州730020）

摘要：随着我国经济结构调整和转型升级深入推进，以及电力体制改革大力实施，智慧电厂已经成为电厂发展新趋势，在节能、降耗、减排等政策驱动下，综合互联网技术、大数据资源、推进智慧运行管理、智慧检修安全、智慧新能源发电等举措，有效提升电厂核心竞争力，推动电厂持续发展

关键词：智慧电厂；智能感知层；基建管理

引言

2006年，美国IBM公司首次提出“智慧电网”方案。2009年，国家电网首次在公开场合提出了“建设坚强智能电网”口号，中国智能电网建设正式拉开序幕。在各级政府部门将智慧城市的建设视为经济发展的重要推动力背景下，为了满足互联网时代下智慧城市与智能电网快速发展的需求，智慧电厂建设刻不容缓。在当前日益复杂的外部环境下，实现我国电厂领域的发展，需要重点解决智慧电厂建设中的问题。

一、智慧电厂概述

智慧电厂建立在数字化电厂的基础上。它利用设备监控技术和物联网技术加强信息管理和服务，从而更进一步地掌握生产流程，提升了生产过程本身的可控性，减少了人工方面的干预，最终制定出科学的生产计划，构建绿色环保且高效节能的人性化工厂。智慧电厂本身具有可视化、信息化、数字化以及智能化等诸多特点。同时，智慧电厂运用现代信息处理技术和通信技术，配合智能控制与测量技术，很好地实现了电厂安全、经济、高效以及环保的运行，促进了智慧电厂的可持续发展。

二、智慧电厂的主要结构

（一）智能感知层

智慧电厂的智能感知范围包含生产和非生产两个领域。在生产领域，当前的现场总线技术已经非常成熟。除控制回路和保护系统外，现场总线还能够在电厂的大部分仪器和电气设备中直接应用。此技术不但可以获取采集过程中的信息，还能够为控制系统提供设备的诊断信息和状态信息。目前，智慧电厂主要利用无线定位传感器和数字摄像头等新型科学技术，将智能化直接扩展到非生产领域，实现采集视频信号、工作人员位置信息、安防数据以及设备信息的功能。智能感知层的主要功能是定位和智能巡检，即通过虚拟技术完成对电厂的巡检。首先，需要在三维虚拟电厂中设置好巡检路线，方便巡检人员直接通过手机APP扫描设备的二维码，最终完成巡检的记录。值班人员在三维虚拟的电厂中即可查到巡检人员的基本行走路线，还可以查看相关视频。如果巡检人员处于危险源区域，系统做出自动提醒，虚拟电厂也会触发相应警报。

（二）智能控制层

在智能控制层面，智能化除在分散控制系统和自启停控制系统中发挥作用外，还可以在智能运行优化、二三维联动监控以及在线仿真等方面展现优势。将模糊神经元等人工智能技术应用于电厂大数据平台，不仅可以发现有价值的数据信息，还可以将原来被动的数据系统转变为主动表达的智能数据系统，优化控制系统，有助于对机组运行实施控制。此外，通过在线仿真系统，智慧电厂可以接收实时数据。控制系统在下载仿真验证逻辑组态后，可以对优化控制进行指导。操作台上，可满足二维画面与三维模型之间的联动，实现对设备运行状态的全方位观察，且在需要时可以直接调出现场视频。具体实施方案为：电厂的三维模型直接接入电厂一体化数据平台中，实现与全厂视频监控系统和生产监控系统的关联，然后利用数据接口将DCS操作指令直接传输到数据平台。此外，在操作平台的双屏中，需要分别连接DCS操作员站和一体化的数据平台操作员站。

（三）智慧管控层

智慧电厂的管控系统以通信技术、计算机技术与物联网技术为基本条件，利用数据接口、协议转换和信息集成等方式，直接将视频监控系统、智能管理系统、探测报警系统、火警报警系统和门禁管理系统全部接入平台，满足电厂的数字化、智能化与自动化的综合管理。

三、智慧电厂的促进作用

（一）促进电厂运行

智慧电厂可实现全面互联与智能分析，并通过多点感知快速获取全面且准确的信息，帮助电厂提升管理水平。智慧电厂控制系统能力的提升，不仅可以减少对维护人员的需求，引进高端复合型人才，还可以使值班人员在了解电厂知识的同时，学习井筒网络信息等技能。此外，利用采集数据量的增加，加强了电厂的管控，确保在安全的基础上减员增效，持续提升电厂管理水平。

（二）促进电厂安防管理

利用智慧电厂可以向数字监控系统和三维工厂输入危险源，形成虚拟三维工厂，并利用机器人巡检相对危险的区域，将大修和临时检修的现场图片推送出来，确保安防管理更加科学有效。

（三）促进电厂检验维修

智慧电厂凭借物资管理、趋势预警和设备寿命管理上的优势，帮助电厂降低维修强度，优化电厂检修，满足其可靠性要求。

（四）促进电厂基建管理

电厂数字资产正逐渐受到重视，而通过结合数字化设计、综合交付管理以及移交的基本公式，智慧电厂可以直接实现4D模拟施工、精益材料管理与智慧电厂协同设计的透明化，并且实时掌控电厂基建各方面信息，提供可靠服务。

（五）促进电厂人员培训

在不影响生产的前提下，需要尽可能优化电厂人员的培训体系。利用虚拟仿真人员培训和全激励仿真，再配合三维虚拟电厂、虚拟检修和AR等相关的技术，保证培训的实际效果，也不会影响实际生产。

（六）促进电厂决策管理

智慧电厂中信息的处理更加智能化、全面化和科学化，解决了以往决策过程中存在的问题，实现了电厂的战略发展。

四、智慧电厂建设方案探讨

智慧电厂的建设包含新建工程和老厂改造两方面，且需要考虑软硬件的投入。大量数据构成了智慧电厂的发展基础。在数据中心的初始建立或改扩建时，需要确保承担基础架构、平台以及软件等服务的中心，并综合分析与利用大数据，在降低成本的同时，辅助企业完成高效运转。

（一）新建工程

设计单位通过设计数字化的电厂基础功能包满足数字化三维工厂的需求。在不断推进智能制造的同时，需要强调设备的精细化，满足整体时间的设计控制要求，将非结构化数据集成到虚拟工厂门户系统，方便后续的运行与维护管理。

除建设常规控制与信息系统外，还应关注门户系统的信息集成，并做到在一个窗口或应用内集中多个系统或终端数据。比如，实施机器人巡检，需要做好巡检通道的规划。

（二）老厂改造

当前，可以利用激光扫描装置或无人机装置直接构建出三维虚拟工厂，这是具有较高可行性的改造方案。改造现有信息门户时，可以直接在三维虚拟工厂门户中集成MIS、DCS和SIS等系统数据，确保信息高度集中。可以结合现有功能，实现SIS的升级与改造，最终利用云和大数据技术，建设新的设备故障、性能分析、针对诊断和趋势预警模块，为电厂的经济运行保驾护航。对于云和大数据的利用，规模较大的电厂一般会考虑建设私有云，而中小型企业往往选择租用公有云服务，以节约成本。

（三）智慧电厂建设模块

智慧电厂建设主要包含三维工厂平台、生产管理模块、生产控制模块、数据中心和智能厂区等。

结论

随着时代的不断发展，智慧电厂的建设已成为趋势，是智慧城市、智慧电网以及智慧能源提出的实际要求。智慧电厂本身的内涵不是一成不变的。新产品和新技术的不断出现，导致智慧电厂的构建不断发展完善。目前，我国技术还不够成熟，智慧电厂的建设依然处于创新与探索阶段。对于电力工作者，特别是电力工程的设计人员，这是一项全新的挑战，需要在实际建设中不断探索。

参考文献：

[1]刘久斌,朱红霞,崔晓波.我国电厂热工自动化的回顾、现状和展望[J].发电技术,2018,39(01):18-22.

[2]刘吉臻,胡勇,曾德良,夏明,崔青汝.智能发电厂的架构及特征[J].中国电机工程学报,2017,37(22):6463-6470+6758.