智慧电厂的建设探析

叶 珍

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510063)

1 引言

在20世纪70年代，电厂进入到电气自动化时代，此时的电厂已经有了智慧电厂的雏形。电气自动化在火电厂的应用有效实现了对火电厂的全方位管控，对交流采样施以全面的监控与保护；同时利用计算机技术，实现了对数据采集、信息反馈的自动化管理。主要优势体现在自动控制、集中控制、就地控制、故障控制。

21世纪计算机技术的井喷式发展，电厂也随之来到了数字化电厂阶段。这个阶段发挥重要作用的就是“数据”。电厂通过原始数据的积累，再与电厂DCS、SIS、ERP、MIS等系统集成，打造出一个数据之间存在清晰逻辑关系的庞大数据池。通过收集到的数据经过系统分析自动判断是否需要对某个诸如开关等设备进行启停等操作，这个阶段的电厂，已经具有了一定程度的智慧。

目前的智慧电厂阶段。由于电力需求的不断增长，发电燃料成本也在不断增加，发电量低，使得发电企业面临着巨大的压力。而如何扭转此前的局面，改善经营状况，建设智慧电厂势在必行。智慧电厂通过信息化、网络化技术实现全厂范围各控制系统、控制设备等互联互通；通过虚拟化技术实现电厂的三维虚拟可视化；综合运用大数据、智能优化控制、智能决策支持等智能化技术手段，最终实现电厂全生命周期内的企业资产最优分配、生产质量最优控制、经济效益与社会效益的双赢。

2 智慧电厂的概述

智慧电厂也称为智能发电站，主要是指电厂在数字化的基础上，再引入一些先进的自动化控制系统、互联网大数据等数据技术，能够及时地收集生产数据，科学合理地制定生产计划，并自动掌控生产程序，对于生产过程能够实时控制，以减少工作人员的干预，从而实现电力产生的智能化，该技术核心主要是将信息融合到智能发电技术之中。近几年，在燃气轮机电厂、水电厂、新能源电站都得到广泛的应用。但在实际的应用过程中，由于电网负荷每天都在变，电厂通过智慧电厂引入先进的数据分析技术，来量化电厂各方面的信息，以达到降低发电成本、设备故障的目的，从而提高生产能力，确保电厂的正常运转。

3 智慧电厂的内容

智慧电厂的建设内容主要包括智慧工地、基建MIS，三维数字化移交等方面；智慧电厂的建设是在数字化电厂结构内容的基础上不断的进行丰富及发展。比如：智慧工地方面主要是通过三维设计平台及建设过程的管理、连接，使工程的设计和建设项目的管理更科学合理；基建MIS 则是以计划管理、进度控制为主要，投资管理为重点、合同管理为基础、成本控制为目标的管理信息系统；而三维数字化移交就是将工程建设期数字化设计，采购、施工管理中所产生的数据、文档进行规范整理，并将各种业务编码、信息联合起来，形成一个整体移交给业主。由此可见，智慧电厂的建设，能够最大限度地在线、控制、分析以及优化电厂的运行合管理，并通过信息化技术，提高电厂创造能力，进而提升电厂全寿命周期管理水平，实现电厂各个环节的数字化、信息化、智能化。

4 智慧电厂建设方案

智慧电厂的建设方案主要包括构建全生命周期数据集成平台，构建生产信息一体化管控平台、三维数字化移交及三维可视化人员定位、智能终端等几个方面，具体如下。

4.1 构建全生命周期数据集成平台

为了实现智能化系统对电厂整个生命周期的监测与控制，必须要构建全生命周期数据集成平台，以有效将电厂数据进行整合，如：电厂的设计、施工、调试、采购、维护等各个时段产生的数据、文件进行整理；而全生命周期数据集成平台还包括电子档案、工程数据管理、生产管理以及资产管理等系统，其中，数字化移交作为全生命周期数据集成平台的重点内容，同时，也是构建数据平台的基础，这些都需要各参建部门共同构建。此外，电厂还需做好相关信息交互工作，将平台各个数据相连接，并对各个不同文档进行编号，再统一由数据集成管理平台统一存储、分类、集成，再将生产信息发送给一体化管控平台。

4.2 构建生产信息一体化管控平台

在建立全生命周期数据集成平台后，还需构建生产信息一体化管控平台，通过MIS、SIS一体化，能够实时掌握设备的运行情况，并实时对设备进行分析，以提高设备的可靠性。通过建立生产信息一体化平台来实现电厂知识、财务信息的一体化，从而使电厂各项业务都能达到协调、统一，为电厂奠定坚实的基础，促进电厂的健康发展。

4.3 三维数字化移交

数字化移交作为智慧电厂建设的基础措施，在智慧电厂基建过程中，由于其工程规划设计、采购、运输、预制、施工、安装、调试、移交以及运行维护等几个环节缺乏信息沟通和共享机制(图1)，大多还是靠人工制度来完成，也正因为它们之间信息交互的及时和准确，对整个工程的进展、质量都具有极大的影响力。而通过三维数字化移交，能够建立统一的展现平台，并利用三维可视化技术，可以将真实线路等信息展示出来，从而实现线路建设效果，使工作人员可以直观三维场景中的地形、设备设施，进而将三维设备模型、施工信息、设计参数等信息统一的数据与展现平台，随工作一同进行移交。由此可见，三维数字化的应用，不仅是以先进的信息技术帮助工程本体的移交管理，同时，还是提高电厂管理水平的重点平台，为智慧电厂的建设提供扎实的信息化技术。

图1 三维数字化移交

4.4 三维可视化人员定位

在三维场景中，可利用三维可视化人员定位平台，对整个电厂人员进行定位展示时，并利用人员定位基站以及所佩戴的定位标签来实现对整个生产区域人员活动轨迹的监控与管控，再运用三维模型从不同视角对厂区进行智能巡检展示，当出现有人员进入危险区域时，画面便会实时显示出人员距离危险区的距离信息，一旦达到警戎区域时，三维画面便会发出警告，并对人员进行提醒。此外，借助三维可视化人员定位系统，进行工作人员监控的三维可视化，以便工作人员对故障进行判断，从而实现高度智能管控一体化平台。

4.5 智能终端与设备

智慧电厂的建设是在数据的基础上，根据数据进行调整和优化，而取得数据的途径便是现场的测量仪表和设备终端，一般来说，智慧电厂都会采用大批先进的测量传感技术，并将主辅机的参数、状态、环境因素等信息通过现场总线的形式以数字信息为载体输送到智能控制层，从而为智能诊断、控制与优化提供有力的数据。而对于燃机电厂设备需采集的参数如：燃机的压力，流量，振动参数以及进气、天然气、燃机排烟、燃烧等温度，智能终端则可采用手持式工业PDA，智能可视安全帽来补充仪表测量外的环境因素数据，而对于一些存在高危险区，比如：带有危险气体的区域，或是高压带电区域，可通过工业机器人进行巡视工作，并配置红外温感探测设备，以便对电气出现的热故障进行监测。

5 结语

随着科学技术的进步，智慧电厂也受到了电力企业的重视。通过对智慧电厂的建设，从中引入一些先进的信息化技术及大数据作为技术保障，并科学合理地构建全生命周期数据集成平台以及一体化数据管控平台，促使电厂企业朝着智慧电厂方向发展，从而形成电力生产的自动化、智能化及集约化，以便能更好地满足当前社会发展的需求，进一步推动智慧电厂企业的高速发展。