浅析智慧电厂建设探索

吴晓珊

（中海石油气电集团有限责任公司，北京 100028）

0 引言

在国家政策的引导下，气电集团认真贯彻数字化转型战略部署，提升管控能力、促进降本增效、防范安全生产和经营管理重大风险，推动业务模式创新发展。建设智能感知执行、智能控制优化、智慧管理决策的电力板块统一信息系统，支撑电力业务管理模式创新，是打通企业信息壁垒、完成数据联通、形成管理闭环，实现“智慧电厂”建设要求最重要的一步[1-2]。

1 智慧电厂发展历程

国内当前主流观点认为国内发电行业基本建成数字电厂（三维结合数字档案）和局部的智慧应用（如巡检机器人等）[3-4]，但完成了这类自动化或者信息化技术实施的电厂，并不能称之为智慧电厂。智慧电厂是在电厂实现系统集成和数据采集基础上，采用各种新技术建设支撑电力业务新运营模式的统一信息技术平台，从而使得电厂在各种环境和条件下都能更加安全、经济和环保运行。智慧电厂的演变过程包括自动化电厂、数字化电厂、智能电厂和智慧电厂四个阶段[5]。

（1）自动化电厂阶段。自动化电厂阶段主要是使用效率更高的流水线和自动化电气设备，以DCS系统为代表，代替了大量人力劳动，重工业得到发展[6]。

（2） 数字化电厂阶段。该阶段通过前期原始数据积累，与其余电厂信息系统集成，形成逻辑清晰的数据池，以保证后期运行期间的数据还原脉络清晰，是智慧电厂建设的根基。

（3）智能电厂阶段。该阶段在系统集成，数据池积累的基础上，实现电厂设备的智能控制，经过数据分析实现设备的启停、控制等操作[7]。

（4）智慧电厂阶段。在实现智能控制的基础上，智慧电厂阶段则主要进行数据建模、机器学习等智能分析，将大幅度提升电厂实时分析、控制和决策水平。

2 国内外研究现状

国内外先进电力企业智慧电厂多朝着“自动控制、性能寻优、统一运营、安全生产、辅助决策”四个方向发展。

沙特Rya电厂建设了完善的数据体系，实现了电厂运营的透明化，并运用预警、诊断、设备评估分析等智能化应用，显著降低运营成本[8]。其中检修工作量减少25%，年度维修费用节省200万，年度运行费用节省120万，备品备件优化减少34.7万。

澳大利亚Origin公司远程运营中心，实现包括燃气发电在内的多种发电形式、多种参股管理模式、多种网络接入条件的电厂的远程协调运行。整合多种发电模式的电厂包括燃气发电、风力发电、燃煤发电等，实现不同网络接入条件、不同股东结构发电公司的复杂管理与协调，无人/少人值守机组，远程检维修指导，预警和风险分析[9-10]。

华润电力通过CSASS系统，提供优化运行方案和集中运营决策支持，建设了与实际生产紧密结合的远程运营中心。实现对电厂全方位在线分析与诊断，集团级火电机组技术监控、自动优化、高级诊断等，形成统一的模型库等，实现与燃料管控、售电云系统的对接[11-12]。

大唐泰州热电公司实现了智能机器人巡检、三维虚拟电厂、故障诊断、人脸识别，为集团远程诊断中心，提供信息支持和智能决策[13-14]。实现燃机启动并网时间减少50%，用电率和天然气消耗降低，排放物远低于行业环保要求，实现电厂智慧化运营。

3 智慧电厂特征

智慧电厂的本质就是借助新兴技术，以信息化支撑业务变革创新，促进电厂全面感知、安全环保、经济运行、协同运营、科学决策的规划和建设。主要是围绕以下四点进行：

（1）经济运行：降低检维修成本；引进寻优系统，降低机组运行成本；实现运行参数优化，降低机组能耗，确保机组运行处于最优工况[15]。

（2）协同与共享：进行电力监测数据汇集，提供企业内部设备远程智慧监测诊断服务，形成服务共享模式；综合评估发电成本，促进管理协同。

（3）安全生产：建立故障知识库，形成故障治理方案，提高故障排查效率；建立检维修模型和设备健康指标模型，提高检维修工作效率。

（4）辅助分析与决策：通过对电厂成本和利润的动态统计和分析，重点研究燃料成本和电价、电量等的关联关系，形成月度成本和利润综合分析，为经营决策提供依据[16]。

4 智慧电厂顶层设计

智慧电厂顶层设计总体遵循“三步走”的策略开展工作，主要分为现状调研及需求分析、蓝图设计、实施路线图规划三个阶段，最终形成智慧电厂顶层设计，以指导企业智慧电厂信息化建设，推动电力板块转型升级。

图1 总体规划方法论

基于电厂数据，以企业生产云为基础，通过统一技术平台完成对生产业务数据和安全信息监控数据的采集。建设智慧电厂综合运营技术平台，对数据进行标准管理和分析；通过基础IT管理技术搭建业务逻辑模型，最终实现如图所示四大应用建设。

图2 智慧电厂综合运营技术平台

4.1 综合运营技术平台

综合运营技术平台主要基于统一的数据服务架构，提供统一的远程IT服务，包括统一数据清洗、数据填充、大数据及实时数据存储与管理功能；也包括权限、流程、BI等传统IT业务中间件以及实时数据、数据融合、测点与设备管理等专业化的服务与组件。

4.2 性能分析与优化

性能分析与优化应用主要基于大数据分析技术手段对各类数据进行挖掘分析，实现机组综合全工况分析，结合负荷，价格、能耗等数据进行机组运行自动寻优，通过控制水平提升机组实际运行过程中的热效率。通过运维专项，降低耗材费用和电厂自用电率。

4.3 机群统一监管

机群统一监管应用主要基于集中式的电力智能分析环境，面向机群运营，实现一体化数据分析。建立机群统一监管，包括机群技术综合管理、机群调度综合管理和机群经营综合管理三类应用，强化事业部对各电厂的集中管控力度，提高综合运营水平，提升板块竞争实力。

4.4 设备可靠性维护

设备可靠性维护应用主要基于预知监测、预知维修的主动设备管理理念，利用基建期积累的机组数据，借助模型分析、机器学习等工具，建设设备全状态监测功能，实现智能诊断预警，自动生成相应的检维修任务，实现预测性维修，形成设备维修闭环管理。

4.5 安全生产管理

基于主动安全管控理念，依托5G技术，建设现场安全融合管理系统、视频智能分析、两票融合联动应用、VR仿真培训及节能环保管理于一体的应用，可提前发现和排除厂区安全隐患，提升电厂智能管控水平，做到生产行为可记录、可追溯、可量化，满足“事前预防、事中控制”。

5 结语

为积极应对电力体制改革、电价竞价上网削弱盈利能力等挑战，抓住数字化发展和“3060”碳达峰、碳中和等能源升级的历史性机遇，开展智慧电厂建设探索，推进传统业务智慧化运营，构建成横向联通、纵向贯通、内外融通数字化体系，提升企业管控能力、促进降本增效，为电力业务高质量发展贡献信息化价值。