智慧電廠與智能發(fā)電典型研究方向及關(guān)鍵技術(shù)綜述

許承順

國投甘肅小三峽發(fā)電有限公司，甘肅蘭州 730030

智慧電廠指的是發(fā)電領(lǐng)域中信息化與智能化技術(shù)的有效融合，包含大數(shù)據(jù)、可視化以及智能控制等技術(shù)。智慧電廠和智能發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展過程中一項(xiàng)重要組成。智慧電廠也可以叫做智能電廠和智能電站，以信息融合和智能發(fā)電技術(shù)等作為技術(shù)核心，當(dāng)前在新能源電站、水電等方面有著非常廣泛應(yīng)用，雖然已經(jīng)出現(xiàn)智能核電概念，但是當(dāng)前智慧電廠的研究和應(yīng)用主要領(lǐng)域仍集中在燃煤火電廠智慧化發(fā)展方面。智慧發(fā)電屬于智能制造的一部分，本文就此展開了研究分析。

1 智慧電廠典型研究方向

1.1 三維空間定位與可視化智能巡查

當(dāng)前計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力和軟件應(yīng)用水平明顯提高，三維空間設(shè)計(jì)建模的實(shí)現(xiàn)可能性越來越高。利用三維空間定位方式，能夠提高設(shè)備、儀表以及隱蔽工程等方面信息可視化。以WIFI無線自組網(wǎng)技術(shù)三維定位為基礎(chǔ)，與巡檢人員的智能終端相結(jié)合，利用無線通信技術(shù)以及圖像識(shí)別等技術(shù)，能夠提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡檢水平，針對(duì)存在的缺陷展開自動(dòng)化管理。另外，通過設(shè)備與人員定位等方式，還能夠?qū)崿F(xiàn)智能安防等智能管理功能。尤其在技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展過程中，可以應(yīng)該各類機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)無人化智能巡檢。其中，所包含的關(guān)鍵技術(shù)還有設(shè)備參數(shù)自動(dòng)識(shí)別、異常數(shù)據(jù)歸檔、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等。

1.2 爐內(nèi)智能檢測(cè)與燃燒優(yōu)化控制

以光譜、激光、電磁等為基礎(chǔ)的先進(jìn)檢測(cè)機(jī)理爐內(nèi)測(cè)量技術(shù)迅猛發(fā)展，能夠?yàn)闋t內(nèi)煤粉分配、參數(shù)分布、排放分析等全局閉環(huán)優(yōu)化控制創(chuàng)造條件。尤其隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，智能控制技術(shù)實(shí)用性越來越高，在各類優(yōu)化控制平臺(tái)載體推廣應(yīng)用過程中，電站控制參數(shù)智能化技術(shù)迅猛發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，DCS功能得到優(yōu)化和改進(jìn)。通過對(duì)先進(jìn)機(jī)理檢測(cè)技術(shù)、燃燒器煤種在線識(shí)別、最優(yōu)目標(biāo)預(yù)測(cè)控制等技術(shù)手段的整合，能夠在保證安全環(huán)保情況下使鍋爐燃燒效率得到實(shí)時(shí)閉環(huán)最優(yōu)控制，生產(chǎn)水平有了明顯提升。

1.3 數(shù)字化煤場(chǎng)與燃料信息智能互動(dòng)

在燃煤電站中，原煤屬于一項(xiàng)主要生產(chǎn)成本，煤場(chǎng)空間面積大，采集與管理工作任務(wù)繁重，涉及到多種不同煤炭種類，配煤摻燒以及適應(yīng)性調(diào)整等工作操作難度非常大。圖像識(shí)別和信息可視化等技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)煤場(chǎng)空間的4D信息管理，使煤場(chǎng)空間布局以及運(yùn)行計(jì)劃得到優(yōu)化和改善，通過數(shù)據(jù)利用技術(shù)等，提高鍋爐與煤場(chǎng)信息互動(dòng)和交流有效性，提高煤種混燒智能化水平。

1.4 信息挖掘與遠(yuǎn)程專家診斷預(yù)警

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中會(huì)有故障和問題出現(xiàn)，通過對(duì)這些故障分析和操作的記錄，可以作為一項(xiàng)寶貴的信息資源，與結(jié)構(gòu)化儲(chǔ)存以及檢索等技術(shù)相結(jié)合，具有非常高利用價(jià)值。另外，利用這些信息資源，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的分析診斷，提高故障診斷有效性，有問題出現(xiàn)時(shí)可以在線報(bào)警。通過遠(yuǎn)程專家AR互動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)，還能夠跨區(qū)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享，在現(xiàn)有的技術(shù)監(jiān)督遠(yuǎn)程平臺(tái)、知識(shí)信息管理平臺(tái)等技術(shù)支撐下，與先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)、全局風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警設(shè)置等技術(shù)相結(jié)合，能夠從區(qū)域或者集團(tuán)角度出發(fā)，提高設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理水平。

1.5 網(wǎng)源協(xié)調(diào)結(jié)合與電力市場(chǎng)輔助決策

將智能發(fā)電與智能電網(wǎng)體系相互連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)源方面的協(xié)調(diào)與互動(dòng)，同時(shí)還能制定最佳策略。電力市場(chǎng)運(yùn)行過程中，發(fā)電廠的效益直接關(guān)系到機(jī)組的調(diào)峰和調(diào)頻，從效益優(yōu)化和功能優(yōu)化角度出發(fā)，能夠幫助發(fā)電廠在競(jìng)價(jià)上網(wǎng)決策方面獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益。

整個(gè)系統(tǒng)中將調(diào)頻調(diào)峰能力預(yù)測(cè)、節(jié)能調(diào)度、APS快速啟停等發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，能夠更好地實(shí)現(xiàn)AGC指令節(jié)能分配等方面技術(shù)目標(biāo)。

1.6 沉浸式仿真培訓(xùn)與AR輔助檢修維護(hù)

隨著VR技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在培訓(xùn)作業(yè)中可以逐漸開展虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的培訓(xùn)方式，使技術(shù)人員在培訓(xùn)過程中有更為深刻的感受和體會(huì)，為之后設(shè)備檢修與維護(hù)等工作的開展打下良好基礎(chǔ)，在保證各縣操作規(guī)范性的同時(shí)提高整個(gè)檢修維護(hù)工作效率。另外，在計(jì)算機(jī)具備足夠運(yùn)算能力情況下，利用設(shè)備虛擬拆解等方式進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)于檢修質(zhì)量的提高和培訓(xùn)效果的改善有著非常重要的價(jià)值和作用。

2 智能發(fā)電技術(shù)的典型應(yīng)用

2.1 智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)

智慧電廠的建設(shè)主要是為了充分利用各類智能優(yōu)化技術(shù)以及高效節(jié)能控制策略等，提高機(jī)組整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。尤其是在國家節(jié)能減排政策力度不斷增大情況下，國內(nèi)很多新的燃煤機(jī)組從工藝改進(jìn)角度出發(fā)提升機(jī)組發(fā)電效率已經(jīng)很難再有大的突破。當(dāng)前風(fēng)電、水電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電容量不斷增大，但是在大量調(diào)峰需求方面仍需要通過煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)，尤其在一些經(jīng)濟(jì)相對(duì)較為發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，在特高壓電方面外來電占有非常大比例，燃煤機(jī)組平均利用小時(shí)數(shù)不斷下降，很多機(jī)組長時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，很難取得理想的運(yùn)行效益。智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)主要是起到高效節(jié)能作用，在實(shí)際應(yīng)用中能夠充分發(fā)揮其價(jià)值和作用，與先進(jìn)的智能算法和檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，在控制投資成本前提下，使整個(gè)機(jī)組取得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的煤種辨識(shí)燃燒優(yōu)化方案具體有以下幾種：第一，通過控制氧量、煤量分配以及風(fēng)門開度等方式，建立相應(yīng)的燃燒簡化數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組鍋爐效率的優(yōu)化控制；第二，利用對(duì)煤質(zhì)的在線檢測(cè)，了解當(dāng)前燃燒煤種狀況，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐效率的準(zhǔn)確計(jì)算；第三，利用煤質(zhì)在線檢測(cè)，明確各層燃燒器當(dāng)前所燃燒的煤種，對(duì)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度和出口溫度展開動(dòng)態(tài)性控制，結(jié)合具體的煤種對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提高整體運(yùn)行水平；第四，利用免疫遺傳等算法優(yōu)化模型，獲取最大參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)燃燒過程的優(yōu)化和完善，提高鍋爐運(yùn)行有效性。

2.2 基于智能終端和機(jī)器人應(yīng)用的智能巡檢、運(yùn)維系統(tǒng)

發(fā)電廠智能巡檢系統(tǒng)融合有傳感器技術(shù)、定位技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)手段，提高發(fā)電廠設(shè)備檢測(cè)有效性。智能巡檢系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面包含有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、圖像識(shí)別等智能終端和管理系統(tǒng)。智能巡檢過程中，巡檢設(shè)備需要在移動(dòng)和巡檢的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的處理和交互，必須要有穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)等作為支撐。系統(tǒng)在移動(dòng)智能終端方面可以選擇多種形式，比如，智能采集終端、巡檢機(jī)器人等。智能巡檢機(jī)器人可應(yīng)用在全廠各個(gè)范圍開闊平坦地帶，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)重要和危險(xiǎn)設(shè)備的準(zhǔn)確分析，部分空間智能機(jī)器人無法進(jìn)入，可選擇巡檢人員使用智能采集終端完成檢測(cè)。

智能巡檢過程中，通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)的關(guān)聯(lián)，能夠使智能巡檢互動(dòng)性和預(yù)知性明顯提升，巡檢人員在完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各類狀態(tài)和數(shù)據(jù)的收集后，能夠?yàn)樵诰€評(píng)估工作的開展提供數(shù)據(jù)方面支撐，針對(duì)設(shè)備存在的問題，安排相應(yīng)的人員展開維修和保養(yǎng)工作，利用數(shù)據(jù)的發(fā)掘和設(shè)備的更新，提高整個(gè)決策有效性。

“智能運(yùn)維平臺(tái)”是在電站設(shè)備全生命周期內(nèi)，利用傳感監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、虛擬控制等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)流程、設(shè)備狀態(tài)、檢修維護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)防控，實(shí)現(xiàn)故障診斷、性能分析、狀態(tài)分析、智能預(yù)警、自動(dòng)派單、檢修指導(dǎo)、檢修培訓(xùn)、事故決策、應(yīng)急處置、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、健康評(píng)價(jià)、自動(dòng)報(bào)表等高級(jí)功能應(yīng)用，另具感知能力、記憶與思維能力、學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力等特點(diǎn)，協(xié)助構(gòu)建“遠(yuǎn)程集控、無人值守”的電站，最大限度地實(shí)現(xiàn)電站的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保運(yùn)行。

另外，為了使數(shù)據(jù)的安全性得到保證，系統(tǒng)還需要具備自動(dòng)備份等功能，與發(fā)電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)相互對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和信息的相互連通。

2.3 智慧電廠工控系統(tǒng)信息安全技術(shù)

智慧電廠工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全能夠使設(shè)備和系統(tǒng)的可用性、完整性等得到有效保證，以此為基礎(chǔ)，提高整個(gè)智慧電廠控制與管理系統(tǒng)運(yùn)行安全水平，避免惡意代碼或者黑客入侵等所造成的攻擊和破壞，降低發(fā)電廠系統(tǒng)事故和各類安全事故發(fā)生率。

智慧電廠工業(yè)控制系統(tǒng)具備可管、可控、可知、可信等特點(diǎn)，其中，可管指對(duì)智能電廠信息安全管理機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，提高領(lǐng)導(dǎo)水平，健全各類防護(hù)管理制度；可控指提高網(wǎng)絡(luò)邊界安全防護(hù)水平，做好系統(tǒng)安全域的劃分，保證各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠滿足安全域保護(hù)要求；可知指利用的大數(shù)據(jù)信息安全事件實(shí)現(xiàn)對(duì)信息安全控制的深入發(fā)掘，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的異常情況，健全安全態(tài)勢(shì)感知體系；可信指根據(jù)當(dāng)前國家信息安全等級(jí)保護(hù)方面要求，加強(qiáng)在主機(jī)、終端、數(shù)據(jù)等安全防護(hù)水平，使計(jì)算機(jī)環(huán)境安全得到保證。

3 結(jié)語

在電力市場(chǎng)轉(zhuǎn)型和發(fā)展過程中，智能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展主要集中在清潔、高效、安全等方面，尤其隨著先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)、人工智能、信息可視化技術(shù)的發(fā)展，智能發(fā)電技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生更為重要的價(jià)值和作用，促進(jìn)火電廠智能化。智能化技術(shù)的發(fā)展將會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠傳統(tǒng)面貌的優(yōu)化，發(fā)展為智能電網(wǎng)重要組成，促進(jìn)社會(huì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。