基于大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的智能電廠概念及框架研究

高一康

摘 要：電廠是電力生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，自國家電網(wǎng)公司2009年發(fā)布智能電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃以來，關(guān)于智能電廠的探索和研究層出不窮，不同的業(yè)務(wù)人員對智能電廠有著不同的理解和描述。國家能源集團(tuán)國華電力公司自2013年起致力于對智能電廠的探索和研究工作，至今已有成效。現(xiàn)基于國華電力公司燃煤電廠生產(chǎn)和管理的特點(diǎn)，從大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的角度對智能電廠的概念、特征、價值目標(biāo)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各功能層級主要特點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行了描述，可為實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的清潔、高效、安全和穩(wěn)定運(yùn)行，提升電廠的價值創(chuàng)造能力提供決策參考。

關(guān)鍵詞：智能電廠;大數(shù)據(jù);生產(chǎn);管理;決策

0 引言

《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》（國發(fā)〔2015〕40號）提出了十一項(xiàng)重點(diǎn)行動，其中關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源部分指出要推進(jìn)能源生產(chǎn)智能化。《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改運(yùn)行〔2015〕1518號）提出了十項(xiàng)主要任務(wù)，包括“建立健全網(wǎng)源協(xié)調(diào)發(fā)展和運(yùn)營機(jī)制，全面提升電源側(cè)智能化水平”。我國的資源稟賦決定了煤炭的主導(dǎo)地位，煤電必然在很長一段時期內(nèi)仍將是電能供給的重要組成，國華電力公司下屬各電廠也以煤電為主。如何提升燃煤電廠的價值創(chuàng)造能力一直是國華電力公司的重要研究方向，因此，自2013年起，國華電力公司開啟了對燃煤電廠智能發(fā)電的探索和研究工作，至今已有成效。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用，可以提升電廠在生產(chǎn)、管理及決策過程中的效率，有效指導(dǎo)生產(chǎn)經(jīng)營活動，最終實(shí)現(xiàn)價值創(chuàng)造[1-2]。

1 智能電廠的設(shè)計(jì)思路

1.1? ? 以大數(shù)據(jù)提升電廠價值創(chuàng)造能力

智能電廠應(yīng)以大數(shù)據(jù)挖掘?yàn)楹诵囊螅蕴嵘姀S的智能化水平，實(shí)現(xiàn)減員增效、精細(xì)化運(yùn)行、預(yù)防性檢修、智能化安全管控為目標(biāo)[3-4]。因此，可將智能電廠定義為基于大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，綜合智能設(shè)備、現(xiàn)場總線、云平臺、系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)挖掘及價值分析應(yīng)用能力，可進(jìn)一步推進(jìn)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高度自動化、管理高度集約化、信息互聯(lián)互通的新型電廠。數(shù)據(jù)挖掘及價值分析過程如圖1所示。電廠內(nèi)部和外部的所有數(shù)據(jù)資源眾多，包括基建、生產(chǎn)、經(jīng)營、辦公類內(nèi)部數(shù)據(jù)，以及供應(yīng)商、設(shè)備商、電網(wǎng)、社會環(huán)境等上下游外部數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集，通過各種針對性的計(jì)算模型，在“數(shù)據(jù)集市”對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，最終以數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品的形式滿足各級人員的需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營管理的智能化。

1.2? ? 以云模式共享數(shù)據(jù)資源指導(dǎo)業(yè)務(wù)實(shí)踐

智能電廠應(yīng)建立統(tǒng)一的企業(yè)智能化平臺，實(shí)現(xiàn)“一平臺、多站點(diǎn)、云服務(wù)”的部署模式，如圖2所示，集約共享業(yè)務(wù)服務(wù)與管理成果。下屬電廠以站點(diǎn)方式應(yīng)用，同時具有較高的可擴(kuò)展性。下屬電廠各業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時性及其重要程度在電廠本地及統(tǒng)一云端按需部署，優(yōu)化配置;以業(yè)務(wù)為本，以數(shù)據(jù)為源，滿足本部各職能部門與電廠不同層面的管理需求，提高業(yè)務(wù)效率，實(shí)現(xiàn)價值創(chuàng)造。

2 智能電廠總體框架與功能設(shè)計(jì)

2.1? ? 總體框架

按照火力發(fā)電廠的工藝特點(diǎn)、信息流向及管理流程，筆者認(rèn)為智能電廠總體框架應(yīng)當(dāng)具有三個層次，分別是數(shù)字化與過程自動化層、數(shù)據(jù)整合與業(yè)務(wù)智能層、數(shù)據(jù)建模與決策分析層，通俗地說，即智能生產(chǎn)、智能管理和智能決策，如圖3所示，每個層級具有各自的核心特征和期望實(shí)現(xiàn)的價值目標(biāo)。

在智能生產(chǎn)層，通過自動化設(shè)備、數(shù)字化采集，使得電廠的生產(chǎn)過程透明化，機(jī)組一鍵啟停已成為普遍特征，最終目的是要實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備與智能系統(tǒng)互聯(lián)，管理人員可以全面感知現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況，減少監(jiān)盤人員數(shù)量，降低誤操作率，甚至達(dá)到無人值守的狀態(tài)。

在智能管理層，通過研究臺塑“三化”的管理模式，理清管理上的冗余環(huán)節(jié)，推進(jìn)管理制度化、制度表單化、表單電腦化建設(shè)，在各項(xiàng)資源優(yōu)化配置和規(guī)范的運(yùn)營秩序下，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化集成，打通各個管理系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的深度集成和融合應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)更加智能高效。

在智能決策層，通過建立數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘加工，得到各類有效的、直觀的數(shù)據(jù)，輔助各級管理者做出即時有效的決策，以求實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備狀況的預(yù)知預(yù)判，及時優(yōu)化運(yùn)行方式，達(dá)到價值創(chuàng)造的目標(biāo)。

同時，需充分利用新一代信息技術(shù)，構(gòu)建基于云架構(gòu)的企業(yè)智能化平臺，實(shí)現(xiàn)IT資源的高效利用;實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化貫通，消除信息孤島;實(shí)現(xiàn)應(yīng)用快速部署，滿足業(yè)務(wù)實(shí)際需要;實(shí)現(xiàn)高可靠、高可用的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，持續(xù)運(yùn)維，支持“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的企業(yè)發(fā)展。

2.2? ? 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)流在生產(chǎn)業(yè)務(wù)中的價值增值走向，從最基本的發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施到各級人員的管理決策，智能電廠功能設(shè)計(jì)涵蓋若干模塊，每個模塊是智能電廠各類業(yè)務(wù)的一個大的歸類。

2.2.1? ? 數(shù)字化與過程自動化層

基于智能化設(shè)備的數(shù)字化采集與自動化控制。通過RFID技術(shù)，利用二維碼等介質(zhì)對發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集;通過現(xiàn)場總線、電氣控制、分散控制、優(yōu)化控制等手段對設(shè)備進(jìn)行自動化控制，同時采集設(shè)備動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)。利用貫穿基建生產(chǎn)全過程的各類編碼，實(shí)現(xiàn)發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施與信息化基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)流傳遞，進(jìn)而使數(shù)據(jù)進(jìn)入整合與業(yè)務(wù)智能層。本層的目的是建立物理信息系統(tǒng)，貫通設(shè)備、自動化和信息化基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。

2.2.2? ? 數(shù)據(jù)整合與業(yè)務(wù)智能層

基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)，對信息系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化集成，對智能電廠從基建到生產(chǎn)的全壽命周期進(jìn)行設(shè)計(jì)。在基建期包括智能設(shè)計(jì)管理、智能采購、智能建設(shè)過程控制，通過數(shù)字化移交，將基建期數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入生產(chǎn)運(yùn)營期全壽命周期資產(chǎn)管理;核心業(yè)務(wù)管理涵蓋經(jīng)營部門的人、財(cái)、物、燃料等的管理，生產(chǎn)運(yùn)營管理涵蓋生產(chǎn)調(diào)度、技術(shù)管理、安健環(huán)管理、班組建設(shè)等內(nèi)容;營銷支持模塊主要是對市場營銷環(huán)境的分析與營銷策略規(guī)劃等。本層的目的是對電廠生產(chǎn)運(yùn)營產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，形成高價值的數(shù)據(jù)資源和標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)流程。