智能电厂体系架构与智能应用研究

摘 要：随着国家“双碳”目标的规划以及信息技术、计算机技术等的飞速发展，发电厂逐步向智能化、智慧化发展。智能电厂控制系统面向发电生产运行控制过程，建立生产一体化数据平台，在数据融合、互联互通的基础上，灵活运用各种人工智能算法、数据采集、智能分析技术，有效提升设备运行和系统控制的智能化水平，查找實际生产数据信息中的特征和规律，为运行人员提供可靠依据与指导性意见。

关键词：智能电厂  智慧电厂 智能控制  体系架构

中图分类号： TM621     文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）10（c）-0000-00

Research on System Architecture and Intelligent Application of Intelligent Power Plant

LUO Changyong

（Shaanxi Binchang Power Generation Co.， Ltd.， China Energy Group， Xi’an， Shaanxi Province， 710018 China）

Abstract：With the planning of the national "double carbon" goal and the rapid development of information technology and computer technology， power plants are gradually developing towards intelligence and smart. The intelligent power plant control system is oriented to the power generation production and operation control process， establishes a production integrated data platform， and flexibly uses various artificial intelligence algorithms， data acquisition and intelligent analysis technologies on the basis of data fusion and interconnection， in order to effectively improve the intelligent level of equipment operation and system control， and find the characteristics and laws in the actual production data information， provide reliable basis and guiding opinions for operators.

Key Words： Intelligent power plant; Smart power plant; Intelligent control; System architecture

1智能电厂背景

国家发改委《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，鼓励能源企业运用大数据、智能化技术对设备状态、电能负载等数据进行分析挖掘与预测，开展精准调度、故障判断和预测性维护，提高能源利用效率和安全稳定运行水平。国务院《新一代人工智能发展规划》要求：加强智能工厂关键技术和体系方法的应用示范，鼓励和引导企业建设工厂大数据系统、网络化分布式生产设施等，实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产过程透明化、生产现场无人化，提升工厂运营管理智能化水平。

中国自动化学会发电自动化专业委员会2016年组织编制《智能电厂技术发展纲要》里对智能电厂的定义：广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，达到更安全、高效、环保运行，与智能电网及需求侧相互协调，与社会资源和环境相互融合的发电厂[1]。

中国电力企业联合会2018年01月24日发布的T/CEC 164-2018《火力发电厂智能化技术导则》对火力发电厂智能化进行了定义：火力发电厂在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，达到更安全、高效、环保运行，与智能电网及需求侧相互协调，与社会资源和环境相互融合的发展过程[2]。

在国家能源转型的背景下，“智能发电”的概念应运而生。2016年07月25日，中国能源报发表《智能发电：第四次工业革命的大趋势》，明确了智能发电的概念。2016年12月，国家能源局发布了《电力发展“十三五”规划》，对发展智能发电技术进行了专项阐述。

2智能电厂体系架构现状

智能电厂是基于“智能发电”概念的一种实现形式。以智能电厂控制系统网络结构为核心，运用先进技术与关键算法，全面采集分析了电厂的实时数据以及结合不同管理模块提供经营决策等业务，覆盖火力发电厂全寿命周期的智能发电厂技术方案。主要可理解为三层或者两层体系架构。

2.1三层体系架构

智能电厂以一体化管控平台作为支撑，建设围绕以设备为中心的生产管理、以人为中心的安全管理、以财务为中心的经营管理“三个中心”为主线的智能发电集成应用系统，形成一种智能化电厂建设支撑系统。

三层体系架构，由低到高分别是智能设备层、智能发电层和智能管理层。三层架构各有分工，高度融合，在满足安全的前提下高效合理地组织流信息流和指令流[3]。

智能设备层在电厂传统设备运行基础上，采用先进的计算测量方法，对电厂生产过程进行全方位检测和感知[4]，并将设备状态、系统参数及环境信息转换为数字信号，通过专用信息传输网络，为智能发电层及智能管理层提供基础数据支持。智能设备层中可嵌入重要参数软测量信号、现场总线技术、智能机器人、红外检测等技术手段，提高设备运行可靠性，有效提升风险防控水平。

智能控制层主要包括智能控制及智能生产监管，是智能电厂控制的核心[5]。智能控制层以智能DCS为核心，扩展智能优化库、开发服务器等资源，实现智能监测、智能控制、智能诊断与优化运行。智能控制中可嵌入先进的实时控制与优化算法模块、设备状态监测、智能预警诊断系统、自启停控制系统[6]等，实现对电厂设备及系统性能的实时计算，全面、精确、直观地反映当前机组性能指标和能耗等情况，指导机组运行人员进行合理调整，达到提高机组运行效率、降低煤耗的目的。

智能管理层中整合企业现有信息系统，打通各应用间的信息流，实现信息的全方位共享和业务流程的无缝对接和生产经营过程中各相关业务领域的协同，提高业务执行效果和效率，将整体运营保持在一条科学、可持续发展的道路上，最终达到闭环管控、流程化运作、集约化发展和精细化管理。

2.2双层体系架构

智慧电厂建设以数据为核心，将生产实时数据和管理数据清晰划分，按照数据类型的不同，智能电厂业务功能分为实时数据业务和管理数据业务。为实现数据共享与功能协同，在智能电厂建设体系结构下，分别形成智能发电运行控制系统（ICS）、智能公共服务系统（ISS）。

智能发电运行控制系统以DCS系统网络为架构，建立一体化智能发电运行控制平台，作为智能化电厂架构中实现生产运行智能控制的有效主体，通过在系统内结合部分智能模块应用，成为实现智能发电的重要手段。

智能发电公共服务平台利用数字化移交、智能设备数据等丰富的电厂数据信息，融合云计算、大数据、专家系统等多种技术手段，用于提高电厂信息系统的智能化水平。提高精细化管理水平和安全管理，优化了决策支持系统，实现企业资产优化配置和整体效益的最大。

3基于双层体系架构下的智能应用探讨

结合某智能电厂项目，在数据融合和技术融合的基础上，设计构建一套新型的工业控制体系，打造一体化支撑平台和工作平台，推荐使用智能项目如下。

3.1智能发电运行控制系统应用

将工业领域的专有知识注入人工智能模型中，并将其与先进控制系统相集成，形成一系列融合智能算法的创新控制体系，应用于生产运行控制层面。

3.1.1性能计算与耗差分析

通过采集DCS数据（锅炉煤量、烟气含氧量、汽轮机排汽焓、给水流量、蒸汽流量等）对单个设备或子系统进行效率计算，进而计算机组整体效率、煤耗、厂用电等参数，计算结果实时显示并在历史数据库中保存。耗差分析采用能量平衡和汽轮机变工况计算方法，分析结果实时在线推送给运行人员，指导运行人员进行优化调整机组运行，提升机组运行效率，为智能控制的优化、在线分析及诊断提供重要数据保证。

3.1.2智能报警

利用智能发电控制系统高性能服务器的信息处理能力，通过推理机制和故障分析，建立报警模型，实现报警过滤、溯源、诊断、预测等功能，帮助运行人员快速处理各类异常，实现人机协同，智能监盘。

3.1.3智能吹灰

以传热效率、蒸汽消耗、管壁磨损综合最优为目标，以烟气温度差、汽温偏差、减温水开度等作为边界条件，建立监测模型，通过安全性、经济性分析评估，判断当前工况下锅炉各受热面的吹灰方案，自动启动相应的吹灰程控系统。

3.1.4高级值班员决策应用

基于对机组工艺数据的分析，确立运行分析的范围，将运行指标分析与偏差管理结合，在数据分析层面把运行绩效管理与工艺过程管理紧密、深入结合，揭示各个指标的最优控制区间、其与锅炉效率之间的关系、各个关键指标的控制效果、关键指标的寻优管理、纳入指标考核、机理与特性，指导运行人员不断提高运行水平，从而达到提升综合指标水平的目的。

3.1.5脱硝喷氨优化

采用网格取样的方法对锅炉脱硝出口NOx含量进行精准测量，采用先进智能优化控制方案对脱硝喷氨控制方案进行优化，可以自适应地使用多种先进的智能算法进行精准喷氨，实现机组负荷的灵活性调节，尤其在低负荷时确保了控制精度，同时提升了设备可靠性[7]。

3.2智能发电公共服务平台应用

通过数据平台、报表平台、算法平台之间的集成融合关系，为跨部门跨应用的信息集成、数据整合、信息共享、统一展现提供支撑，也为智能分析决策与数据挖掘提供支持，形成智能一体管控平台，主要智能管理应用如下。

3.2.1 全生命周期管理

建设设备全生命周期监测诊断系统，对典型设备建立其完整服役运行周期过程监测，实时监测设备内部部件的数据和信号谱线，形成不同类型、不同部件的设备资产健康大数据，在故障趋势出现的最早时刻及时告警，避免故障进一步演变和劣化，从而引起设备损坏、停运。

3.2.2 智能巡检应用

将AI技术运用于电力生产过程，结合视频传感技术、视频智能分析技术，配合各类算法，将视频监控图像信息在平台进行分析处理。在锅炉房、汽机房、升压站、输煤等处分别设置智能巡检机器人，综合运用图像识别、无线通信、视觉识别等多种技术，搭建数字化、可视化、智能化的操作及远程交互平台。

3.2.3 决策与经营管理

建设智慧企业决策分析與智能运行管控应用，提供全公司所有业务领域、所有管理层级的决策分析主题，为各级决策、管理人员提供风险预警、指标监控以及报表统计工具。通过对计划过程管理保证经营目标实现，通过利润、电价、电量实时分析、指标管理、预算分析与管理、指标分析与管理、辅助决策等技术，实现精确地“实时成本”分析，与“日利润”预测，可以在一定的期间范围内反映企业的经营成果;发挥各管理技术之间的协同作用，实现发电生产成本的预控与动态分析，提升电厂竞价上网分析报价能力，保证效益的最大化。

4结语

在智能智造总体要求背景下，全面推进智能发电建设，充分运用大数据、云计算、物联网、移动应用、人工智能等技术，将电力工业技术与电子信息技术、企业管理技术高度融合，使发电企业生产全过程实现自学习、自适应、自趋优、自恢复、自组织，促进电力企业生产更安全、更高效、更清洁、更低碳、更灵活，进一步提升质量效益，增强核心竞争力，为智能电厂发展提供有力的技术支撑与保障。

参考文献

[1] 中国自动化学会发电自动化专业委员会，电力行业热工自动化技术委员会.智能电厂技术发展纲要[M].北京：中国电力出版社，2016：12.

[2] 中国电力企业联合会.火力发电厂智能化技术导则： T/CEC 164-2018[M].北京：中国电力出版社，2018：5.

[3] 张晋宾，周四维.智能电厂概念及体系架构模型研究[J].中国电力，2018，51（10）：2-7.

[4] 朱宁.火电智能化体系架构和重点环节应用[J].中国能源， 2020，42（8）：9-12.

[5] 赵晋松，张朝阳，顾巍峰，等.基于工业互联网的智能电厂平台架构[J].热力发电，2019，48（9）：101-107.

[6] 郑伟平.智慧电厂一体化大数据平台的关键技术应用[J].集成电路应用，2021，38（10）：80-81.

[7] 王海燕.智慧电厂智能控制技术路线探讨与研究[J].数字通信世界，2020（4）：195.

作者简介：骆长勇（1985—），男，本科，工程师，研究方向为火力发电厂热控自动化专业工程建设、技术管理等。