基于智能自主、人机协同愿景下的智慧电厂建设研究与实践

靳 帅

(国能大渡河枕头坝发电有限公司，四川 乐山 614700)

随着我国经济步入新常态，电力行业面临产能过剩，发电市场进入“双降双低”通道的新形势，传统注重规模效益的发展方式陷入瓶颈。但机遇与挑战并存，随着云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新技术的涌现，给传统电力企业带来了新技术与生产、管理深度融合的契机。在此背景下，国家能源集团大渡河公司结合水电企业特点，在智慧企业体系框架下提出包括智慧电厂、智慧检修、智慧调度、智慧工程四大业务单元的建设思路。国能大渡河枕头坝发电有限公司(简称“枕头坝公司”)负责枕头坝水电站的运营、管理，是大渡河公司智能自主电站建设的首批试点单位，在电力生产及业务管理过程中开展了大量的探索与研究，本文对枕头坝公司智能自主智慧电厂建设背景、涵义特征、总体思路、实践成果、管理模式思考等内容进行了系统阐述。

1 建设背景

近年来，大渡河公司大力推动智慧企业建设，根据大渡河流域梯级水电站群的特点，提出了以“智能自主、人机协同”为目标，在数字化、网络化的基础上，将先进数字科技与电厂生产运行进行深度融合，并以生产革新带动管理革新，实现“三化融合”(信息化，管理化及管理现代化的深度融合)，推进新一代智慧电厂建设[1]。

枕头坝水电站是大渡河干流水电梯级规划的第19个梯级，作为大渡河流域梯级的重要一环，枕头坝公司积极响应大渡河公司全面建设智慧电厂要求，结合电站累积多年的实际生产运行经验，依托前期在信息基础设施建设方面打下的良好基础，进一步展开数字化和智能化相关改造升级，全面提升电厂的生产运行效率，同时探索以数字驱动管理变革，全面提升经营管理水平，逐步落实智慧电厂建设要求。

2 总体思路

智慧电厂是以风险自动识别、设备智能运维，系统智能联动为目标，将信息技术与电厂运行管理深度融合，通过打造智能数据中心、电厂智能管控和决策指挥平台，实现以数据驱动的自动预判、自主决策、自我演进的柔性组织形态和新型电厂管理模式[2]。按照该目标，枕头坝公司经过不断研究论证，制定了枕头坝智慧电厂的全面规划建设方案，涵盖了从顶层设计到实施路径的总体思路。

2.1 依托理论框架，拟定智慧电厂建设思路

运用智慧企业理论及智慧基因改造工程模型，以智慧电厂蓝图为框架，拟定出智慧电厂建设的规划思路。

第一步，梳理业务痛点及需求，运用智慧企业建设方法论，按照不同场景分别设计智慧业务能力，从“痛点及需求”角度出发设计“智慧业务能力点”；第二步，以“智慧业务能力点”全覆盖为目标，将“智慧业务能力点”一一对应至系统或智能装备，梳理出智能系统清单；第三步，将待建智能化系统清单转化为项目实施清单，并制定项目投资计划，通过项目的落地实施实现智慧业务能力点的实现。

2.2 根据需求痛点，设计智慧电厂业务能力点

基于电力生产中的业务实际痛点需求，将枕头坝电厂智慧业务能力划分为五层，从基础往上依次为：设备智能层、系统智能层、作业智能层、生产智能层、电厂管理层。

设备智能层对应智慧业务能力的“泛在感知”场景，主要包含实现设备状态感知和自主运行的能力。

系统智能层对应智慧业务能力的“数字孪生”和“多系统联动”场景，通过各种数字化手段实现控制单元的智能化升级，实现多系统之间联动控制，构建基于设备机理的数字孪生云端电厂。

作业智能层对应智慧业务能力的“无人巡检”、“智能操作”、“智能作业辅助”三大场景，实现电厂运行监盘、巡检、操作、定期轮换/试验、消缺、检修、事故处理及作业现场智能化管理等作业行为的智能化。

生产智能层对应智慧业务能力的“安全风险管理”和“智能生产管理”场景，对设备管理、检修管理、缺陷管理、安全风险管理、备品备件及工器具管理等生产管理活动提供智能化支持。

电厂管理层对应智慧业务能力的“电厂驾驶舱”场景，基于领导层的视野，实现智慧电厂的宏观态势整体管控能力，其核心包括生产态势管理、所有安全生产风险的集中管控，以及应急指挥的一体化管控能力。

2.3 按照阶段目标，规划业务能力落地路径

结合枕头坝电站实际情况，将智慧电厂建设划分为三个阶段。根据阶段目标，结合项目实施难度及需求优先级，按照“急用优先、基础先行”，“分期实施、先易后难”，“推广典型、打造亮点”的原则，分步进行智慧业务能力对应项目的建设及升级。

数字化转型阶段，通过数字化转型，实现全面感知、全面互联，形成电厂数据中心；智能化运营阶段，实现运维智能化、系统集成联动，促使电厂运行更加智能化；智慧化管理阶段，实现数字驱动管理、人机系统作业、智能辅助决策等目标。

3 实践成果

依托于智慧电厂建设规划方案，枕头坝逐步开展了具体项目的实施。通过建设和不断完善多个场景下的智能自主平台，逐步将传统的作业人员从简单重复劳动中解放出来，转向开展数据分析、故障决策库制定等附加值较高的工作，为电力生产安全稳定运行提供更充分的保障。

3.1 安全管控方面

智能安全风险管控平台主要为安全监察工作提供智能支持，将传统的依靠人工现场检查的方式转换为基于数据管理的智能监察方式。通过安全风险智能管控系统(智能安全帽)辅助安全管理人员及时全面把控安全生产态势及危险因素，支撑安全管理策略制定[3]，有效提升了安全管理水平，实现了对现场人员作业全过程监控及预警提醒，建成投运的智能钥匙和智能安柜系统，实现了对防误操作和设备管理的闭环；智能安全帽系统与安全风险管控数据中心的联动，实现对现场安全风险的全面感知及动态管理，提升电厂的本质安全管理水平。

3.2 设备管控方面

通过建设综合数据平台系统，实现了全厂数据的汇聚，归整上送大渡河公司“云平台”[4]数据2万余项；开发了36类智能运行分析报表，实现自动抄录、自主分析，工作效率和数据的准确性大幅提升；开发了每日电量和水情信息自动发送功能，解决了人工手动抄录、计算、编辑、发送问题，切实减轻了一线员工的工作负担；实现了多系统联动功能，在设备出现异常运行情况时自动联动相关设备，避免事故扩大，提升了设备智能自主水平。

3.3 运行管控方面

积极开展智能自主巡检平台的建设研究，目前已投运的智能巡检机器人实现了对发电机层和电气夹层的561个巡检点位的定期巡回，全站单次巡回时间减少40 min，常规巡检项目减少67%，有效降低了运行人员日常工作量；正在研究的基于计算机视觉的水电管路、一次设备缺陷智能识别系统将进一步提升自主巡检能力；同时利用了工业电视系统辅助现场设备巡检，及时全面掌握设备运行状况。

3.4 智能控制方面

当前大部分的操作由系统自动完成或人在上位机一键操作完成，但仍有部分操作需要人在现场完成。未来在符合电力安全生产规范的前提下，将逐步改造现有人工操作场景，实现全场景上位机一键操作；同时在条件允许下，通过视频分析手段替代人工现场确认操作。

1)鱼道智能自主控制。独立研发并投运的鱼道闸门控制系统，实现了库区水位与鱼道出口闸门自动联调，为鱼类生态安全提供了充分保障；通过鱼道控制系统与厂内监控系统的远距离通信及交互，实现了系统的自主运行和智能感知，极大地减轻了重复性人工工作[5]。

2)泄洪闸应急自动控制。针对电站大流量、小库容、生态环保要求高的特点，建设了具有下游河道生态安全防护功能的泄洪闸应急控制系统。通过建立径流式水电站闸门应急控制数据模型，实现了库区水位大变幅、负荷突变和系统失电后的自动应急响应，保障了下游河道的生态安全[6]；研发了泄洪预警广播联动功能，为下游人民群众生命财产安全提供保障。项目成果先后获得中国电力建设协会科技进步三等奖和2020年电力行业电气自动化技术创新成果奖。

4 结 语

本文基于枕头坝智慧电厂探索与实践，对智慧电厂建设过程中的基本概念特征、总体思路、实践成果，管理思路等方面进行总结，以自身在电厂智慧化建设方面的经验来抛砖引玉，期望在不久的将来，集业内众多专家之力，在现有成果基础上积极推动制定智慧电厂领域的技术标准、管理标准及成熟度评价模型，推动电力行业发展升级。智慧化建设是大势所趋，也是传统工业企业推动管理变革的必由之路，随着智能技术与智能化系统在智慧电厂的落地应用，生产力得到较大发展，将加快推动生产关系的变化，也将对电力生产的组织管理模式产生重大影响。