基于“云大物移”的智能電廠建設

智能電廠，是基于“計算機技術、大數據技術、物聯網技術、通訊技術、控制技術、云計算與服務、移動應用、可視化技術與人工智能（專家知識庫）”高度融合的、更高階段的自動化電廠。智能電廠，是實現“更高設備可靠度、更優出力與運行、更低能耗與排放、更強外部條件適應性、更少人力需求和更好企業效益”的必由之路。

基于“云大物移”的智能電廠建設

北京必可測科技股份有限公司董事長 何立榮/文

一、智能電廠的概念

智能電廠，是基于“計算機技術、大數據技術、物聯網技術、通訊技術、控制技術、云計算與服務、移動應用、可視化技術與人工智能（專家知識庫）”高度融合的、更高階段的自動化電廠；智能電廠，由三大功能模塊組成，且呈正三角形態分布。上角為“智能經營”，這是發電企業的最終目標；左下角為“智能發電”，是通過人機（自動化設備）交互、并根據預設和整定好的控制邏輯，自動執行企業經營計劃、完成生產任務的基礎；右下角為“智能維護”，是通過不斷改善設備的運行工況與不斷提升設備的可靠度，持續支撐“智能發電”優化運行的保證。

智能電廠，是實現“更高設備可靠度、更優出力與運行、更低能耗與排放、更強外部條件適應性、更少人力需求和更好企業效益”的必由之路。

二、智能電廠的建設思想、方法步驟及實現功能如下

1.智能感知——數據采集與處理的智能化

（1）實時在線采集工藝信號的溫度、壓力、流量、振動、水質、油質、煤質、汽質、電量等指標，保護、傳感器的狀態，能夠對模擬信號進行模/數轉換或直接數字化采集并自動發送；

（2）實時在線采集信號的傳感器，能夠故障自診斷并自動報警；

（3）實時在線采集圖像信號的視頻傳感器，能夠對圖像內容進行智能識別；能夠故障自診斷并自動發送；

（4）實時在線采集聲音信號的音頻傳感器，能夠對聲音信號進行智能識別；能夠故障自診斷并自動發送；

（5）周期離線工藝信號的人工采集與自動發送；

（6）周期離線圖像信號的人工采集與自動發送；

（7）周期離線音頻信號的人工采集與自動發送；

（8）設計數據、臺賬數據（含設備編碼）、試驗數據、技改數據、維修數據、歷史檔案、各種標準，進行電子化處理；

將以上所有工藝參數、圖像音頻、圖表資料，進行數字化和電子化處理以后，再分別對接到設備臺帳中的每個元器件上。這是智能化電廠建設的基礎。因為只有在真實、有效、全面的大數據之上，才能進行精確的分析與診斷。即：設備的狀態評估、風險評估及壽命評估。

2.智能診斷——狀態分析與診斷的智能化

（1）設備狀態評估自動化。

運用神經網絡、模糊矩陣、魯棒及遺傳等先進的數學算法，對以上的大數據，進行相關性統計分析，并對各種故障模式（包括：故障類型、故障部位、故障等級等）進行建模；再由專家根據國內外相關行業標準、以及專家知識庫，對普遍共性的故障模型進行驗證和修正；再針對不同企業的設備工況和特殊的故障模型，定制具體的、個性的相對標準，進一步完善故障模型的普遍性和特殊性。從而全面支撐設備狀態評估結論、故障預警及解決方案的自動化推送；

（2）設備風險評估自動化。

根據設備的安全性、經濟性、環保性、健康性的不同權重，建成多維度風險矩陣模型。并隨著工藝參數的動態變化，自動推送預警信息；

（3）設備的壽命評估。

根據高溫部件、承壓部件、高速旋轉部件及密封部件的特性，運用先進知識及算法，結合專家知識庫，對相關大數據進行深度挖掘，創建接近真實的數學模型并不斷豐富完善。能夠隨著工藝參數的動態變化，自動推送定量定性的壽命周期信息、安全預警信息和處理方案。

3.智能決策——決策制定與支撐的智能化

設備的狀態評估、風險評估及壽命評估，是建立在大數據分析技術與專家知識庫（人工智能）高度融合的基礎上的。縱向維度上，已經把設備的可靠度管理，落實到了元器件級。把設備的性能管理，從單臺設備擴展到了整套機組。橫向維度上，覆蓋了設備的全壽命周期管理。從設計制造、運輸安裝、調試投產、運行維護、技術改造到退役報廢。

所以，可以自動提供多種決策建議：

（1）自動推送備件采購工單：備件臺賬（編碼）、數量及需要周期；

（2）自動推送運維預算明細：備件、用工、耗時的精確統計報告；

（3）自動推送設備改善方案：精細化檢修方案及作業指導規范；

（4）自動推送運行優化方案：調哪里、怎么調，實時提供運行建議；

（5）自動推送經營調度方案：送哪些用戶、保持多少負荷。

4.智能組態——熱控診斷與調節控制的智能化

無論是DCS系統、現場總線技術，還是PLC，大多只利用了少量的控制信息，一般只采集閥門的開度、遠程/就地、已開/已關等信息，用于控制的開/關指令。大量的智能儀表設備的診斷信息均未利用起來；比如：無論是氣動、電動還是液動執行機構，他們的卡澀、粘滯、堵塞或泄漏故障，都會引起控制器的控制指令無法準確、及時實施。從而導致能耗增加、設備磨損加重；嚴重者，當某些關鍵工藝變量波動時，甚至會造成系統失穩或完全失效。從而導致非停事故，給企業帶來巨大經濟損失。

根據對控制回路的異常數據的相關性分析，結合專家知識庫的經驗比對，形成卡澀、粘滯、堵塞或泄漏故障的辨識模型，創建對應的補償模型，及解決方案。進而達到如下目標：

（1）執行機構的狀態監測及故障診斷結果的自動發送；

（2）執行機構粘滯模型的辨識與補償方式的自動調節；

（3）執行機構的故障解決方案自動發送。

5.智能協調——電廠與電網的協調智能化

只有當智能電廠與智能電網相互協調友好時，才能誕生一個健壯的電力能源供應系統。

根據中國現在火電、核能、綠色能源、分布式能源的交叉布局，根據多種電壓等級及交直流電網的縱橫延展，根據國內外機網失調所造成的巨大損失的教訓，運用先進而成熟的綜合技術，創建智能化機網協調監控系統。實現對機網雙方向的故障預判、預警及自保護、自適應和自恢復的功能，確保電廠和電網的穩定運行。

6.智能運維——運檢維營一體化、智能化軟件平臺

這既是一個大數據信息集成平臺，一個設備與控制系統的故障診斷與可靠度管理平臺，一個全方位決策優化平臺，也是一個全員工作平臺。

運用一套編碼體系，將電廠的靜設備，編碼到“焊口級”；將動設備，編碼到“元器件級”。全廠三維模型的建立，亦遵循這個細度原則（“焊口級”、“元器件級”）。將全廠的空間及設備的設計信息、制造信息、安裝調試信息、運行維護信息、檢修歷史信息、技術監督信息、實時過程信息，全部加載到這一碼二級的三維模型上。精準完成基建時期的大數據移交，并實現基建與生產的無縫對接。然后，再進行大數據的挖掘、提煉及與人工智能（專家知識庫）的高度融合，形成豐富而精準的設備故障模型，從而實現本文所列的各項高級功能。繼而實現運檢維營界面的崗位定制與自動銜接；桌面辦公與移動應用的自動融合。不再有信息孤島和非停事故；亦不再有非常排放和非常能耗。

7.智能移動——移動應用終端的智能化

移動應用終端，既是一個信息交互平臺，一個工作平臺，也是一個安全監督平臺。只是不同身份和級別的應用終端，對應著不同的工作界面和權限。高層決策者使用的界面，側重于簽署文件和發布指令。擁有可以瀏覽、查詢、審核各級人員工作界面和數據真實性的權限；中層管理者使用的界面，側重于上情下達、下情上傳和輔助決策。擁有可以瀏覽、查詢、審核同級人員及下級人員工作界面和數據真實性的權限；執行者使用的界面，專注于運維工作指令的落實及運檢結果的上報。

每個運維人員的智能頭盔或移動終端，都具有視頻拍照和動態定位功能。結合規范化的兩票三制，可以杜絕人身傷害事故的發生。

（1）執行者的移動應用終端主要實現這些功能：

1）支持工藝信號周期性的人工采集、無線采集并自動發送；

2）支持視頻信號周期性的人工采集、無線采集并自動發送；

3）支持音頻信號周期性的人工采集、無線采集并自動發送；

4）自動接受中層管理者的運維、運檢工作指令；

5）自動接受中層管理者的遠程控制與管理；

6）支持執行者任意一種運檢操作和控制。

（2）管理者的移動應用終端主要實現這些功能：

1）自動接受決策者的管理指令；

2）自動接受執行者的工作報告；

3）遠程控制并監督執行者的工作狀態；

4）支持管理者的全部工作流程。

（3）決策者的移動應用終端主要實現這些功能：

1）自動接受中層管理者的工作報告與請示報告；

2）自動接受設備的狀態評估、風險評估及壽命評估報告；

3）自動接受設備改善方案、運行優化方案、備件采購工單、運維預算明細、經營調度方案；

4）支持決策者的全部工作流程。

8.智能調度——需求響應與調度經營的智能化

通過對電網需求側用戶信息的深度挖掘，結合煤質、煤價、電網負荷、分布式能源及氣候的多重變化，選擇出可以長久而密切合作的用戶集群，并與其簽訂相對固定的供電合同。根據與電網及直接用戶的供電合同，適時、自動地調整機組負荷及出力；同時保持可以隨電網負荷、分布式能源供給、用電需求及調度指令的變化，自動調整機組出力水平的能力。支持調度經營工作在移動終端的智能應用。

9.智能可視——展示形式與高級應用的可視化、智能化

運用成熟的三維建模技術，將電廠的靜態設計圖紙轉化為動態的三維虛擬場景；運用三維激光掃描技術，對變更過的施工圖紙加以實地測繪建模，修正整個廠區的三維虛擬場景。把單臺設備的三維模型，建設到元器件級；把全廠的工藝流程模型，建設到整套機組。

即：地上廠房及設備與地下管網電纜及設備的可視化；設備內部及外部、整體及局部的可視化；整套機組工藝流程、內部介質狀態的可視化；設備拆裝互動可視化；與廠區的視頻監控畫面一一對應化。從而全面實現如下高級應用：

（1）狀態分析與診斷結論的可視化；

（2）決策制定與支撐的可視化——含“設備改善方案可視化、運行優化方案可視化、備件采購工單可視化、運維預算明細可視化”；

（3）熱控診斷與調節控制的可視化；

（4）作業指導可視化；

（5）培訓考試可視化；

（6）經營調度可視化；

（7）遠程監控可視化。

10.智能云服——大數據分析與應用智能化

在確保信息安全的情況下，通過租用第三方的云服務平臺，創建電力企業集團級的“混合云服務體系”。集團所屬各發電企業，將所有生產過程信息和設備信息，發送到云端。然后，運用成熟的、有效的數學算法及深度學習方法，自動提取出正相關與負相關的特征數據，再與專家知識庫有機關聯，形成各種自動評估機制與辨識模型。全面支撐發電企業生產與設備的狀態分析、異常預警、故障診斷及解決方案等的自動推送與移動應用。使發電企業的生產與設備管控信息，無處不在、無時不在。全面保障電力企業的安全生產與優化運營。