智慧電廠關鍵技術發展現狀及發展趨勢

葉康利

[摘 ? ?要]發電廠作為能源系統的重要組成部分，信息技術和智能化程度都很高。融合大數據和云技術等現代信息技術的智慧電廠將是發電廠未來發展的重要方向。基于先進技術和設備的智慧電廠具有信息采集、匯總、分類、分析等功能，不僅可以實現生產現場無人化，還可以數據共享、遠程專家診斷等功能。本文探討了智慧電廠關鍵技術目前的發展現狀和智慧電廠未來的發展趨勢。

[關鍵詞]智慧電廠;信息化;智能化

[中圖分類號]TU855 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）05–00–03

Development Status and Development Trend of Key Technologies of Smart Power Plant

Ye Kang-li

[Abstract]As an important part of energy system， power plant has a high degree of information technology and intelligence.Smart power plants integrating modern information technologies such as big data and cloud technology will be an important direction for the future development of power plants.The intelligent power plant based on advanced technology and equipment has the functions of information collection， summary， classification and analysis.It can not only realize unmanned production site， but also can share data and remote expert diagnosis.This paper discusses the current development status of key technologies of smart power plant and the future development trend of smart power plant.

[Keywords]smart power plant; informatization; intellectualization

隨著經濟的發展，國家環保標準越來越嚴格，在節能、降耗、減排政策的驅動下，對發電企業管理模式和技術方面提出了更為嚴苛的要求，將傳統發電技術與互聯網技術、智慧智能發電措施相結合，構建節能減排的新發展模式，能夠有效地提升電廠核心競爭力。

智慧電廠是由先進信息化和智能化技術與電廠高度融合發展的產物。智慧電廠具有智能化、互聯化的特點，智慧電廠通過以太網、現場總線等網絡技術將電廠企業生產的各個過程進行銜接，使用云計算、大數據等先進技術進行數據的收集、分析、處理，數據高效集成，便于業務形態的聯合以及管理者做出相應的決策和措施。在智能化能源開發的背景下，智慧電廠很好地結合了智能發電技術，成為目前互聯網發展的重要組成部分。目前，智慧電廠相關技術還不成熟，國內的相關研究則以技術體系研究為主，部分關鍵技術的應用也已逐步深入，技術發展進步顯著。

1 ?智慧電廠組成

如圖1所示是智慧型電廠的主要組成，包括了智能設備層、智能控制層、智能生產監管層和智慧管理層，這四層構架構成智慧電廠的體系框架[1]，實現業務協同、統一管理。

智能設備層是智慧電廠的構成基礎，作為工業控制領域的基礎，智能設備層主要由數字智能儀表和智能設備組成。智能儀表支持豐富的設備數據類型，高精度的數據采集，大量的現場設備數據，使得智能DCS或自動化設備的改造得以實現，也為電廠生產經營管理決策提供了數據依據[2-3]。在目前智能化過渡階段，部分設備仍將繼續使用傳統儀表進行測量，以提供相對穩定可靠的數據監控服務。

智能控制層相當于整個電廠的中樞神經系統，在傳統的分布式控制系統（DCS）和現場總線系統（FCS）等現場控制技術的基礎上，通過互聯網技術實現系統間的互聯和控制[4]。同時，不同控制網絡之間，通過以太網實現信息互聯，確保電廠各部分實現信息互傳。現有的成熟技術可以實現發電廠現場系統運行和并網控制，可大大提高設備狀態管理水平和操作設備的安全性和可靠性，減少工作量，并降低運營成本。

智能生產監管層是一個基于所有控制網絡的面向生產管理和運行監測的信息控制系統。在該層中，實現數據收集、數據計算以及數據監視的功能，為全廠的生產及管理提供綜合優化服務，以便于管理者掌握全廠各個設備的運行質量和經濟效益。

智慧管理層通過大數據與互聯網技術，實現生產全過程的實時監測與控制，該層包括數據分析中心、人財物管理信息以及各個業務流程的一體化信息系統[5-6]。

2 ?智慧電廠的關鍵技術及應用

2.1 ?智能控制技術應用

風力發電、光伏發電等可再生能源發電技術還不成熟，且容易受到地域和季節等因素的影響，具有明顯的不確定性。如圖2所示，根據國家能源局發布2019年全國電力工業統計數據顯示，目前我國在役機組中燃煤機組占據了近60%的裝機容量，加上我國能源儲存結構具有富煤、貧油、少氣的特點，決定了未來很長一段時間內燃煤機組依然會是中國發電市場的主力軍。目前，燃煤機組依然長期占據著基荷機組的地位，在大規模調峰和調頻中扮演著重要角色。然而，數據顯示燃煤機組平均利用小時數在不斷下降，甚至很多機組長期處于低負荷運行狀態，經濟效益不理想[7]。智能燃燒優化控制技術是基于先進的智能算法和檢測技術，不斷優化各項參數，實現燃燒的智能控制，提升機組的發電效率，以取得更多的經濟效益。

目前廣泛使用的煤辨識和燃燒優化技術具體有以下幾個方面：首先，通過控制含氧量、煤的分布和節流閥的開度等，建立各自簡化的燃燒數字模型，對鍋爐的運行進行優化控制。此外，利用煤質在線監測技術，了解煤燃燒狀態參數，結合鍋爐運行參數，實現鍋爐效率的準確計算。并利用煤粉在線檢測，明確目前燃燒煤粉的床層燃燒情況，動態控制磨煤細度和出口溫度。調整和優化煤粉的具體粘結狀態，提高整體運行水平。最后，使用免疫遺傳算法優化模型，獲得最優的參數信息，優化和改善整個燃燒過程，提高鍋爐運行效率。

2.2 ?智能預警技術應用

智能檢測技術通過將三維建模與先進的檢測技術和定位技術相結合，實現發電廠三維可視化。該技術不僅可以監測發電廠生產現場的各種細節，還可以提高發電廠檢測的智能化程度[8]。智能預警技術是將智能檢測技術與大數據相結合，通過對實時參數的計算分析，及時發現電廠運行中存在的隱患和故障，并激活報警系統，能夠有效地減少機組設備的故障以及其他潛在風險。

運用智能預警技術可以在線監控所有系統和設備的情況，不僅可以監視各種工作流程，還可以在事故發生前檢測到異常問題并報告。發現異常問題時，能夠提供異常趨勢和相關參數，協助處理異常問題，提升設備的安全性和可靠性。比如利用在線監控系統進行鍋爐設備的監控，可以清晰及時地反映出鍋爐內部的運行情況，確保鍋爐系統能夠正常運作。

2.3 ?智能巡檢技術應用

隨著定位技術、傳感器技術、機器人技術和圖像識別技術等先進技術不斷發展創新，在智慧電廠建設中，廣泛地應用智能機器人替代人力進行電廠巡檢工作是不可能避免的發展趨勢。智能巡檢技術通過WIFI或RFID無線自組網技術實現三維定位，結合智能終端、圖像識別分析和無線通信技術，實時關聯缺陷管理數據庫，實現現場設備的智能檢測和自動缺陷管理[9]。當技術成熟時，電廠將實現“生產現場無人化”，各類機器人的應用可以實現無人值守的智能巡檢。涉及的關鍵技術包括自動識別設備參數、信息可視化和記錄訪問、實時存檔異常數據，實時定位檢查人員，現場風險預警和數據加密傳輸等。

3 ?智慧電廠的發展方向

3.1 ?生產管理智慧化

對于智慧電廠而言，其可以全方位分析生產過程中的各項數據，從而明確現場狀態，并對相關的機械設備、物料等情況進行預測.同時，在充分考量電網用電需求基礎上，及時調整與改進自身的運行狀態，從而保證管理決策的科學性與準確性，為高效管理提供可靠的參考依據。隨著智慧型電廠的逐漸發展，其將擁有顯著的功能，包括自主分析、決策及協調等。

智慧電廠管理層和互聯控制層，二者間的數據、信息互通主要是借助以太網實現的，在具體實現過程中對網絡技術、計算機技術等有著較強的依賴性，一旦傳輸中出現問題，則會對電廠造成直接的影響，嚴重情況下，甚至會出現安全事故。因此，為了保證信息安全，電廠要充分結合自身的實際情況，制定針對性的信息安全方案，如：分層保護、數據加密等。同時，電廠要了解自身設備、網絡的具體情況，一旦出現異常情況，要及時識別與消除，并利用有效手段進行防范;此外，對于不同的信息異常問題，也要給予高度關注，從而提高電廠信息可靠性。

3.2 ?電廠互聯控制

電廠互聯控制是智慧電廠發展的一個重要發向，互聯控制包含了設備管理、人員管理和環境檢測這3個方面。電廠互聯控制以智能化的主動安防為出發點，通過監測設備抓取設備、人員和環境的信息，利用圖像識別技術等技術對環境參數、設備運行情況和人員行為進行自動識別和分析，從而進行有效地管理。例如，引入智能穿戴設備，與門禁和人臉識別設備相結合，在智慧電廠三維模型中顯示人員的信息，從開票一直到現場作業，對整個過程進行安全控制如圖3所示。

傳統電廠的設備管理主要涉及缺陷、檢修以及維護這幾個方面。智慧電廠的設備管理模式是在傳統電廠的基礎上，加上了智慧化的管理手段，比如智慧檢測、智慧診斷、智慧維修和智慧作業等。傳統電廠設備管理模式是封閉在自己內部的管理系統，未來智慧電廠發展趨勢必然是開放式的設備管理體系，這就需要以“設備+互聯網”方式將封閉的系統開放化，形成設備云平臺，進行設備的全生命周期管理。

3.3 ?數據云平臺

使用遠程專家AR（增強現實）互動平臺系統引入數據挖掘云平臺資源，實現跨區域專家共享和數據共享。在廠級知識信息管理、遠程數據監督平臺、專家共享平臺等技術載體支撐下，利用數據挖掘、風險預測、實時風險預警設置和全局風險預警設置等技術手段，可以實現設備狀態區域化智能控制系統。在訓練操作中，可逐漸開基于VR技術的培訓，利用設備虛擬拆解等方式進行培訓，使技術人員在培訓過程中有更為深刻的感受和體會。這將為之后設備檢修與維護等工作的開展打下良好基礎，在保證操作規范性的同時提高整個檢修維護工作效率。

4 ?結語

在智能化與信息化不斷發展的背景下，智慧電廠的發展也在不斷推進，融合先進技術與傳統電力系統的智慧電廠將是未來的重要發展方向。智能控制、智能預警、智能巡檢等相關技術日趨完善，進一步推動智慧電廠的建設步。大數據技術、AR技術等新興技術將不可表面地使用在未來智慧電廠中，使得電廠的管理、運行更加智慧化。

參考文獻

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