火力發電廠數字化發展現狀以及向智能化電廠轉型分析

葛志偉，劉戰禮，周保中，鄭　張

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

火力發電廠數字化發展現狀以及向智能化電廠轉型分析

葛志偉，劉戰禮，周保中，鄭張

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

數字化是電廠智能化的基礎，智能化電廠是數字化電廠的進一步深入和發展。本文闡述了數字化電廠的發展現狀，對智能化電廠的概念、結構內容和未來發展方向進行了分析和展望。隨著移動互聯網、云計算、大數據和物聯網等新技術與火力發電廠的不斷融合，電廠的智能化水平將進一步得到提升。

火電廠；數字化電廠；智能化電廠

0　引言

目前，隨著移動互聯網、云計算、大數據和物聯網等技術的蓬勃發展，各個領域興起了智能化建設的高潮，在發電領域對智能化電廠的呼聲也越來越高，與此同時數字化電廠的建設也在不斷發展，本文將梳理兩者之間的區別與聯系。

1　數字化電廠發展現狀

數字化電廠，即先把電廠的所有信息進行數字化，然后利用網絡技術實現準確且可靠的信息交換和實時共享，并利用智能專家系統進行各種優化決策，為機組的操作提供科學指導的電廠[1～3]。

經過多年努力，我國火力發電廠在不同程度上實現了數字化，但數字化的程度與實際要求還存在一些差距，主要反映在以下三個方面[4]：1）基礎設備層的數字化程度不夠。大量的底層基礎設備仍采用模擬量或開關量信號進行控制，數字化程度低，且建設和維護成本高。2）數據的利用程度不足。隨著基礎設備層上傳的數據逐漸增多，而其實時信息無法及時上傳到上層的監控層和管理層，制約了上層高級應用軟件的應用深度。3）數據挖掘的程度不夠。大量的數據資源由于缺乏整合，數據分散并缺乏連貫性，管理人員很難從中得到有用信息從而做出有效決策。

數字化電廠，當前首要任務是實現底層基礎設備層的全面數字化，積極穩妥的推行現場總線技術。只有當最底層的有用的數據信號能夠以數字化的方式傳送到上級控制、監控、管理和決策層時，才能夠使上層的高級應用軟件與各種分析決策技術得到更全面廣泛的應用。現場總線技術的應用將擴大信息收集的范圍和深度，為數字化電廠的發展奠定基礎。

數字化電廠是智能化電廠的基礎，而智能化電廠是數字化電廠的進一步豐富和發展。隨著數字化電廠不斷地與先進的技術相融合，數字化電廠將向智能化電廠轉型。

2　數字化電廠向智能化電廠的轉型分析

2.1智能化電廠的概念

智能化電廠，就是在數字化和信息化基礎上，將現代先進的傳感量測技術、自動控制技術、分析決策技術和信息通信技術等與物理電廠高度集成，最大限度達到經濟、高效、安全、智能和環保的最優化狀態的新型現代化電廠[5～7]。

由數字化電廠和智能化電廠的概念比較可以看出，智能化電廠在數字化電廠基礎上進行了進一步的深化和拓展，在基礎設備層應用更先進的傳感測量技術實現在線精確測量，在實時控制層應用智能算法實現智慧控制，在系統優化層、生產管理層和電廠決策層結合云計算和大數據技術等實現智慧分析決策，在全廠應用移動互聯網和物聯網等信息通信技術實現電廠高效信息傳輸，使電廠的運行、控制、管理和決策等更加符合現代化電廠的要求。數字化是電廠智能化的基礎，而智能化是數字化的進一步發展和提升。

2.2智能化電廠的結構內容

智能化電廠與數字化電廠具有相同的體系結構，都包含基礎設備層、實時控制層、系統優化層、生產管理層和電廠決策層等，智能化電廠在數字化電廠結構內容的基礎上進行了不同程度的豐富和發展[6，8]。

（1）基礎設備層。在基礎設備層，數字化電廠與智能化電廠都采用成熟的現場總線（FCS）數字化裝置或儀表，采集發電廠相關設備和系統上的數據，在生產設備層直接實現數字化。智能化電廠在此基礎上，還采用先進的在線煤質測量技術（包括激光誘導擊穿光譜技術、雙能γ射線技術、中子活化技術和微波技術等[9]）、在線煙氣測量技術（包括智能煙氣分析儀、基于LIBS的煙氣測量技術和基于信息融合的軟測量技術等）、爐膛溫度測量技術（包括CCD三維可視化技術、超聲波測量技術和激光等離子體溫度測量技術等）等進行相關指標的在線精確測量，為實時控制層的控制及優化提供基礎[6]。

（2）實時控制層。在實時控制層，數字化電廠與智能化電廠都包括鍋爐、汽機、電氣、輔機等的DCS一體化控制系統，保證火電廠的安全平穩運行。智能化電廠在此基礎上，通過使用預測控制、模糊控制、神經網絡控制、模糊神經網絡控制和遺傳算法等各種智能控制和算法，實現機組的優化控制，從而提高機組效率和安全性，達到節能降耗的目的。

（3）系統優化層。在系統優化層，數字化電廠與智能化電廠都包括廠級監控信息系統（SIS），對廠級生產過程進行監控，分析和優化控制系統和機組性能，并對下層的實時控制層進行指導。智能化電廠在此基礎上，還加入智能化煤場、數字化視頻監控等。

（4）生產管理層。在生產管理層，數字化電廠與智能化電廠都以電廠資產管理為主線對電廠的機組性能指標進行優化，實現電廠的經濟、高效和安全地運行。此層根據從上層的電廠決策層取得的經營指標制定生產計劃，并為下層的系統優化層提供指導。智能化電廠在此基礎上，可結合移動互聯網技術搭建移動信息管理平臺，使火電廠的經營管理者可以隨時隨地獲取電廠的相關信息，提高全廠的現代化管理水平。

（5）電廠決策層。電廠決策層在數字化電廠和智能化電廠結構中均處于最上層，該層主要體現為監視、考核和管理。該層以綜合計劃管理為主線、以監視和考核為核心，確保電廠的運營規范化、科學化和效益最大化。智能化電廠在此基礎上，可結合云計算和大數據技術對電廠的各種數據進行分析和挖掘，分析數據之間的內在關聯，獲得有益于電廠發展的規律，為電廠決策提供支持。

2.3智能化電廠未來的發展方向

雖然到目前為止，國內外還沒有一個完整意義上的智能化電廠，但智能化電廠框架下的許多智能控制技術和先進算法已在許多電廠中已有應用研究[6]。如預測控制、模糊控制、神經網絡控制、模糊神將網絡控制[10～14]和遺傳算法等已應用于主蒸汽溫度控制[15～20]。隨著各種智能控制和信息技術以及數字化電廠的不斷發展，智能化電廠也將不斷發展和完善過程中。

智能化電廠未來的發展需要不斷與移動互聯網、云計算、大數據和物聯網等先進技術相互融合，促進火電廠的進一步轉型升級。

（1）與移動互聯網的結合。

目前，工業局域網在電廠中的應用已經較為普遍，電廠人員可以通過局域網對整個電廠的信息進行查看，或利用VPN通過互聯網進行遠程查看。隨著移動互聯網與移動終端的發展，特別是隨著4G等移動通信技術的普及，使智能手機和平板電腦等移動終端設備在電力行業的應用將成為可能[21]。通過移動互聯網技術可以將電廠的實時生產和運行狀況同步到智能移動終端，因為移動互聯網不僅傳輸速度快，而且覆蓋面廣，可使管理人員或技術人員不在現場時，仍然可以通過移動終端及時獲取所需要的電廠信息，并進行相關決策，最大程度地減少經濟損失，從而提高全廠的現代化管理水平。

（2）與云計算、大數據技術結合。

云計算是一種新型計算模式，可將企業內部的大量數據儲存到云端，利用云端服務器組對大數據進行分析和挖掘，這種大數據分析側重通過分布式或并行算法提高現有數據挖掘方法對海量數據的處理效率，忽略了數據之間的前后因果關系，側重對數據間的相關性進行預測，然后將有用信息回傳給用戶[22]。

電廠可將其生產運營過程中的海量數據傳入云存儲平臺進行保存和備份，并利用云端并行服務器對大數據進行快速分析和挖掘，發現有利于生產和管理的有用信息，為智能決策服務。通過與云計算、大數據技術的結合，火電廠將不需要自己額外對硬件設備及相關基礎設施進行投入和維護，節省大筆開銷。

（3）與物聯網等技術結合。

物聯網就是通過射頻識別技術、傳感器和定位系統等信息傳感設備，將各種物體連接到互聯網，實現各種信息的通信與交換，從而可對各種物體進行智能化識別、定位、跟蹤和管理等的一種網絡[23]。

目前電廠存在設備和物資的信息共享性差、結構不統一和綜合利用困難等顯著問題[23]。可利用物聯網技術，通過將感應器和射頻識別標簽等嵌入到機爐電設備和各類重要物資中，形成電廠內部的物聯網，并與互聯網加以整合，以更加精細化和動態化的方式實現對電廠的智慧管理，提升全廠的現代化管理水平。

3　結語

本文首先對火力發電廠的數字化發展現狀進行了描述，指出數字化電廠的首要任務是實現底層基礎設備層的全面數字化，積極穩妥的推行現場總線技術。對智能化電廠的概念、結構內容與發展方向進行了分析，指出智能化電廠是數字化電廠的豐富和發展。智能化電廠，需要不斷與當今先進的移動互聯網、云計算、大數據和物聯網等技術相互融合，促進火電廠的進一步轉型升級。

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Current Situation of Digitized Coal-fired Power Plants and Analysis of Its Transformation to the Intelligent Power Plant

GE Zhi-wei，LIU Zhan-li，ZHOU Bao-zhong，ZHENG Zhang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hang Zhou 310030，China）

Digital power plant is the foundation of intelligent power plant，and intelligent power plant is more in-depth.This paper firstly discribes the current development of digital power plant，and then analyzes the concept，content and the future development direction of intelligent power plant.With the convergence of mobile internet，cloud computing，big data and internet of things with coal-fired power plants，the intelligent degree of power plant will be further improved.

Coal-fired power plants；Digitized power plant；Intelligent power plant

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.011

TM76

B

2095-3429（2015）05-0045-03

葛志偉（1986-），男，山東青州人，博士，研究方向：火力發電廠的智能化研究。

2015-10-14

2015-10-28