智慧電廠的建設(shè)探析

葉 珍

(中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510063)

1 引言

在20世紀(jì)70年代，電廠進(jìn)入到電氣自動(dòng)化時(shí)代，此時(shí)的電廠已經(jīng)有了智慧電廠的雛形。電氣自動(dòng)化在火電廠的應(yīng)用有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)火電廠的全方位管控，對(duì)交流采樣施以全面的監(jiān)控與保護(hù)；同時(shí)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)采集、信息反饋的自動(dòng)化管理。主要優(yōu)勢體現(xiàn)在自動(dòng)控制、集中控制、就地控制、故障控制。

21世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的井噴式發(fā)展，電廠也隨之來到了數(shù)字化電廠階段。這個(gè)階段發(fā)揮重要作用的就是“數(shù)據(jù)”。電廠通過原始數(shù)據(jù)的積累，再與電廠DCS、SIS、ERP、MIS等系統(tǒng)集成，打造出一個(gè)數(shù)據(jù)之間存在清晰邏輯關(guān)系的龐大數(shù)據(jù)池。通過收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)分析自動(dòng)判斷是否需要對(duì)某個(gè)諸如開關(guān)等設(shè)備進(jìn)行啟停等操作，這個(gè)階段的電廠，已經(jīng)具有了一定程度的智慧。

目前的智慧電廠階段。由于電力需求的不斷增長，發(fā)電燃料成本也在不斷增加，發(fā)電量低，使得發(fā)電企業(yè)面臨著巨大的壓力。而如何扭轉(zhuǎn)此前的局面，改善經(jīng)營狀況，建設(shè)智慧電廠勢在必行。智慧電廠通過信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)全廠范圍各控制系統(tǒng)、控制設(shè)備等互聯(lián)互通；通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)電廠的三維虛擬可視化；綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、智能優(yōu)化控制、智能決策支持等智能化技術(shù)手段，最終實(shí)現(xiàn)電廠全生命周期內(nèi)的企業(yè)資產(chǎn)最優(yōu)分配、生產(chǎn)質(zhì)量最優(yōu)控制、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏。

2 智慧電廠的概述

智慧電廠也稱為智能發(fā)電站，主要是指電廠在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，再引入一些先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠及時(shí)地收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，科學(xué)合理地制定生產(chǎn)計(jì)劃，并自動(dòng)掌控生產(chǎn)程序，對(duì)于生產(chǎn)過程能夠?qū)崟r(shí)控制，以減少工作人員的干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)電力產(chǎn)生的智能化，該技術(shù)核心主要是將信息融合到智能發(fā)電技術(shù)之中。近幾年，在燃?xì)廨啓C(jī)電廠、水電廠、新能源電站都得到廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于電網(wǎng)負(fù)荷每天都在變，電廠通過智慧電廠引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，來量化電廠各方面的信息，以達(dá)到降低發(fā)電成本、設(shè)備故障的目的，從而提高生產(chǎn)能力，確保電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 智慧電廠的內(nèi)容

智慧電廠的建設(shè)內(nèi)容主要包括智慧工地、基建MIS，三維數(shù)字化移交等方面；智慧電廠的建設(shè)是在數(shù)字化電廠結(jié)構(gòu)內(nèi)容的基礎(chǔ)上不斷的進(jìn)行豐富及發(fā)展。比如：智慧工地方面主要是通過三維設(shè)計(jì)平臺(tái)及建設(shè)過程的管理、連接，使工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)項(xiàng)目的管理更科學(xué)合理；基建MIS 則是以計(jì)劃管理、進(jìn)度控制為主要，投資管理為重點(diǎn)、合同管理為基礎(chǔ)、成本控制為目標(biāo)的管理信息系統(tǒng)；而三維數(shù)字化移交就是將工程建設(shè)期數(shù)字化設(shè)計(jì)，采購、施工管理中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔進(jìn)行規(guī)范整理，并將各種業(yè)務(wù)編碼、信息聯(lián)合起來，形成一個(gè)整體移交給業(yè)主。由此可見，智慧電廠的建設(shè)，能夠最大限度地在線、控制、分析以及優(yōu)化電廠的運(yùn)行合管理，并通過信息化技術(shù)，提高電廠創(chuàng)造能力，進(jìn)而提升電廠全壽命周期管理水平，實(shí)現(xiàn)電廠各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化、信息化、智能化。

4 智慧電廠建設(shè)方案

智慧電廠的建設(shè)方案主要包括構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，構(gòu)建生產(chǎn)信息一體化管控平臺(tái)、三維數(shù)字化移交及三維可視化人員定位、智能終端等幾個(gè)方面，具體如下。

4.1 構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)

為了實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)對(duì)電廠整個(gè)生命周期的監(jiān)測與控制，必須要構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，以有效將電廠數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，如：電廠的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、采購、維護(hù)等各個(gè)時(shí)段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文件進(jìn)行整理；而全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)還包括電子檔案、工程數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)管理以及資產(chǎn)管理等系統(tǒng)，其中，數(shù)字化移交作為全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)，也是構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)，這些都需要各參建部門共同構(gòu)建。此外，電廠還需做好相關(guān)信息交互工作，將平臺(tái)各個(gè)數(shù)據(jù)相連接，并對(duì)各個(gè)不同文檔進(jìn)行編號(hào)，再統(tǒng)一由數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)統(tǒng)一存儲(chǔ)、分類、集成，再將生產(chǎn)信息發(fā)送給一體化管控平臺(tái)。

4.2 構(gòu)建生產(chǎn)信息一體化管控平臺(tái)

在建立全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)后，還需構(gòu)建生產(chǎn)信息一體化管控平臺(tái)，通過MIS、SIS一體化，能夠?qū)崟r(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，并實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行分析，以提高設(shè)備的可靠性。通過建立生產(chǎn)信息一體化平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)電廠知識(shí)、財(cái)務(wù)信息的一體化，從而使電廠各項(xiàng)業(yè)務(wù)都能達(dá)到協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，為電廠奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，促進(jìn)電廠的健康發(fā)展。

4.3 三維數(shù)字化移交

數(shù)字化移交作為智慧電廠建設(shè)的基礎(chǔ)措施，在智慧電廠基建過程中，由于其工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、采購、運(yùn)輸、預(yù)制、施工、安裝、調(diào)試、移交以及運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)環(huán)節(jié)缺乏信息溝通和共享機(jī)制(圖1)，大多還是靠人工制度來完成，也正因?yàn)樗鼈冎g信息交互的及時(shí)和準(zhǔn)確，對(duì)整個(gè)工程的進(jìn)展、質(zhì)量都具有極大的影響力。而通過三維數(shù)字化移交，能夠建立統(tǒng)一的展現(xiàn)平臺(tái)，并利用三維可視化技術(shù)，可以將真實(shí)線路等信息展示出來，從而實(shí)現(xiàn)線路建設(shè)效果，使工作人員可以直觀三維場景中的地形、設(shè)備設(shè)施，進(jìn)而將三維設(shè)備模型、施工信息、設(shè)計(jì)參數(shù)等信息統(tǒng)一的數(shù)據(jù)與展現(xiàn)平臺(tái)，隨工作一同進(jìn)行移交。由此可見，三維數(shù)字化的應(yīng)用，不僅是以先進(jìn)的信息技術(shù)幫助工程本體的移交管理，同時(shí)，還是提高電廠管理水平的重點(diǎn)平臺(tái)，為智慧電廠的建設(shè)提供扎實(shí)的信息化技術(shù)。

圖1 三維數(shù)字化移交

4.4 三維可視化人員定位

在三維場景中，可利用三維可視化人員定位平臺(tái)，對(duì)整個(gè)電廠人員進(jìn)行定位展示時(shí)，并利用人員定位基站以及所佩戴的定位標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)區(qū)域人員活動(dòng)軌跡的監(jiān)控與管控，再運(yùn)用三維模型從不同視角對(duì)廠區(qū)進(jìn)行智能巡檢展示，當(dāng)出現(xiàn)有人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，畫面便會(huì)實(shí)時(shí)顯示出人員距離危險(xiǎn)區(qū)的距離信息，一旦達(dá)到警戎區(qū)域時(shí)，三維畫面便會(huì)發(fā)出警告，并對(duì)人員進(jìn)行提醒。此外，借助三維可視化人員定位系統(tǒng)，進(jìn)行工作人員監(jiān)控的三維可視化，以便工作人員對(duì)故障進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)高度智能管控一體化平臺(tái)。

4.5 智能終端與設(shè)備

智慧電廠的建設(shè)是在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，而取得數(shù)據(jù)的途徑便是現(xiàn)場的測量儀表和設(shè)備終端，一般來說，智慧電廠都會(huì)采用大批先進(jìn)的測量傳感技術(shù)，并將主輔機(jī)的參數(shù)、狀態(tài)、環(huán)境因素等信息通過現(xiàn)場總線的形式以數(shù)字信息為載體輸送到智能控制層，從而為智能診斷、控制與優(yōu)化提供有力的數(shù)據(jù)。而對(duì)于燃機(jī)電廠設(shè)備需采集的參數(shù)如：燃機(jī)的壓力，流量，振動(dòng)參數(shù)以及進(jìn)氣、天然氣、燃機(jī)排煙、燃燒等溫度，智能終端則可采用手持式工業(yè)PDA，智能可視安全帽來補(bǔ)充儀表測量外的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)，而對(duì)于一些存在高危險(xiǎn)區(qū)，比如：帶有危險(xiǎn)氣體的區(qū)域，或是高壓帶電區(qū)域，可通過工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行巡視工作，并配置紅外溫感探測設(shè)備，以便對(duì)電氣出現(xiàn)的熱故障進(jìn)行監(jiān)測。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智慧電廠也受到了電力企業(yè)的重視。通過對(duì)智慧電廠的建設(shè)，從中引入一些先進(jìn)的信息化技術(shù)及大數(shù)據(jù)作為技術(shù)保障，并科學(xué)合理地構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)集成平臺(tái)以及一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)，促使電廠企業(yè)朝著智慧電廠方向發(fā)展，從而形成電力生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化及集約化，以便能更好地滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求，進(jìn)一步推動(dòng)智慧電廠企業(yè)的高速發(fā)展。