未来新科技在电站自动化领域的展望与探索

段子怡（太原理工大学，山西 太原 030024）

未来新科技在电站自动化领域的展望与探索

段子怡
（太原理工大学，山西 太原 030024）

阐述了与电站自动化相关的未来新科技发展趋势，分析了电站自动化领域的发展现状，提出了新能源发展对电站自动化的挑战，对大数据分析技术和人工智能控制技术在电站自动化领域的应用进行了展望和探索。

新科技；新能源；大数据分析；自动化；人工智能

0 引言

有关权威机构发布的《2016年—2045年新科技趋势报告》明确了未来30年 20项最值得关注的科技发展趋势，涵盖了能源、信息、航天、武器、医疗、农业以及人类日常活动等各个领域。其中与电力行业紧密相关的有能源、智能自动化、数据分析、物联网、网络安全等方面，特别值得关注的是机器人与自动化、大数据分析。未来的世界，机器人与自动化系统将无处不在，处理巨量动态数据的能力也会逐渐提高，自动人工智能软件将能够从散乱的数据中识别并提取有关联的信息；而这种数据分析的能力将会扩散到工业生产、日常生活等各个领域，也将会在电站自动化系统中推广应用，解决电力发展中遇到的许多新问题。

1 电站自动化领域的发展现状

随着人类整体科学技术的发展进步，近几十年电站自动化领域发展迅速，控制装置由可编程调节器发展到分散控制系统 DCS（distributed control system）。目前，DCS的应用已非常成熟，不仅大大提高了控制系统的可靠性，而且为自动控制技术的发展提供了广阔的空间。控制技术由简单的单回路、串级控制发展到多种控制方案相结合的复杂控制，由开、闭环独立控制发展到机组一体化全程自动控制。目前，电站自动化技术已发展到在运行人员极少干预的情况下，可实现机组的自启、停和正常运行APS（automation plant startup&shut down system）。DCS的广泛、成熟应用，为先进控制理论的应用提供了广阔的发展空间，控制技术的应用研究在近十几年中取得了突破性进展和很大的研究成果。

文献 [1]中提到，长期以来经典的控制手段在自动控制领域一直占据主导地位，广泛应用于工业生产的各个领域，为工业自动化的发展起到了举足轻重的推动作用。随着电力生产技术的发展进步、新能源技术的普及应用、电力需求的不断变化、控制对象呈现复杂的多样性，而且要求的控制精度不断提高，现有的控制理念在许多方面已不能满足工业生产的要求。

2 新能源技术对电站自动化的挑战

在未来30年里，全球能源需求预计会增长35%，可再生能源，比如太阳能和风能的价格也开始接近于石油。就拿太阳能来说，在过去的10年里，太阳能发电的价格从每瓦8美元降低至这个数字的十分之一。除此之外，还有核能这个饱受争议但从未停止开发的能源，新一代的核反应堆设计宣称比之前的更安全，也会产生更少的核废料。清洁能源的大规模利用对于应对全球气候变化、改善地球环境意义重大。

新能源的代表性技术主要有：高效太阳能技术、电池技术、能源收集技术等。随着新能源技术的普及应用，新能源在电网中所占的比重将大幅提高，新型材料的电池也将被广泛应用于生产电池、光伏、以及其他元件，新的稀有资源也会随之出现。这将会全面改变全球能源格局，传统的能源生产、利用技术将面临新的挑战。

随着新能源在电网中所占比重的增加，电网的消纳能力将面临挑战，也将会对电力控制技术领域产生新的、颠覆性的革命。其中“机组运行灵活性”将成为应对未来能源格局变化的一项关键技术，其研究也将会提到一个新的战略高度，是未来电站自动化领域的发展目标。正如文献 [2]中所阐述的观点，机组实现灵活性运行，可极大地提高机组的深度调峰、调频能力，可较好地应对新能源发展对电网消纳能力的挑战。机组运行灵活性研究的提出在国外起源于20世纪90年代，一直没有实质性发展，主要涵盖以下几个方面。

a)快速启动（fast start up），实现机组的整体快速带负荷启动，缩短机组启动时间。

b)频率响应（frequency response），提高机组的调频响应速率和调频深度。

c)尖峰负荷与电网支持 （peak load&grid support），机组能够带尖峰负荷运行，为电网提供额外的供电负荷。

d)改善超低负荷（minimum load improvement），增加机组部分负荷的效率，实现超低负荷运行，提高机组的深度调峰能力。

e)快速停机（fast shut down），实现机组快速降负荷停机，优化机组的余热利用效率，缩短机组的停机时间。

近年来随着新能源的接入，对机组的调峰能力提出了更高的要求。一些国家级的电力研究机构又提出了“机组运行灵活性”的概念，而且也越来越得到行业内的高度重视。“机组运行灵活性”的研究将使自动控制运行技术达到一个新的里程。未来的电站自动化系统发展将大量依靠专家系统的大数据分析，应用机器人与自动化系统完成对电力生产、调度和输配过程的精确控制。

3 大数据分析和人工智能控制

截至2015年，人类总共创造了4.4 ZB的数据，而这个数字大约每两年就会翻倍。这些海量的数据中包含、隐藏了尖端科技、工业生产、人们的日常生活等各方面的信息。近年来，虽然大数据分析逐步成为一个热点，但遗憾的是，这些数据中每年只有不到10%会被分析应用。

在未来的时间里，机器人与自动化系统将无处不在，处理巨量数据的能力会逐渐提高。随着人工智能的发展，各种自动化软件能够从大量、杂乱的信息中识别并提取相关联、有价值的信息并进行分析，进而形成专家系统数据库，来替代人工完成对控制对象精准控制。而这种大数据分析与人工智能自动化技术的应用也会从尖端的科技领域逐步普及到普通生产过程中，比如电力、冶金、化工、机械制造等领域。

超级计算机的应用将使自动化技术发生革命性的改变。随着超级计算机的普及应用，电力系统运行中所产生的大量数据将会被分析应用，基于大数据分析的信息库将会对控制对象数学模型进行及时修正，使在线运行的对象模型更加精准，对生产过程的控制更加有效；依据各种先进的控制理论形成的控制方案专家库，将会根据生产过程的实际运行情况、控制效果的精确分析、判断，实现实时调用、调整和优化，使生产过程中的技术需求实现信息共享、资源共享、技术共享，理论研究和新的科技成果通过超级计算机和大数据专家库及时转化为生产力；专家分析系统作为大数据分析系统的一部分，也将会汇集生产过程中出现过的各种问题，对生产过程中出现的问题提供及时、方便、快捷的指导。

届时，对传统的自动控制技术是一个划时代的革命，机器人替代自动化领域的专业技术人员完成对控制对象数学模型的修正、对控制方案的选择、对控制参数的调整、对控制效果的分析和判断以及解决存在的问题等，使电力生产、调度和输配过程变得更轻松、更高效、更便捷，电力行业新能源发展所带来的问题也将会迎刃而解，“机组运行灵活性”的研究也将取得突破性的成果。

4 结论

未来，大数据分析技术与人工智能自动化技术等新科技在工业生产中的普及和应用，使得每一个生产领域将成为大数据、超级计算机大系统中的基本单元，共享科技发展的成果，实现生产过程全球化；同时全社会对人才结构的需求、教育体制方向也将会发生根本性变化，不仅需要高精尖端人才不断充实到科技研发队伍中来，生产企业的专业技术人员也将从技能型向新科技应用型转变。

新科技在日常工业生产中的普及应用也将对网络信息安全提出更高的要求。随着物联网的发展，物联网、数据分析以及人工智能这三大技术之间的合作将会在世界上创造出一个巨大的智能机器网络。网络攻击的后果也会越来越严重，对社会、国家、企业、个人的威胁与日俱增。因此，在新科技迅猛发展的未来，网络安全尤为重要。

[1]段秋刚．热控技术的发展与先进控制理论的应用 [J]．山西电力，2005（6）：55-57．

[2]张继权，张艳波，苏琳．火电灵活性提升可行方案的研究[J]．科技创新与应用，2016（31）：201-201．

Prospect and Exploration of New Technology in the Field of Electric Power Automation

DUAN Ziyi
（Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China）

The development trend for newscience and technology related topower station automation is elaborated.The development status of power automation field is analyzed,and the challenge of newenergy development to power station automation is put forward.The application of large data analysis technology and artificial intelligence control technology in power station automation are prospected and explored.

newscience and technology;newenergy;big data analysis;automation;artificial intelligence

TM76

A

1671-0320（2017）03-0058-03

2017-01-19，

2017-04-09

段子怡（1995），男，山西太原人，2014级太原理工大学软件工程专业学士在读。