基于大數據分析應用的智能電廠概念及框架研究

高一康

摘 要：電廠是電力生產中的重要環節，自國家電網公司2009年發布智能電網發展計劃以來，關于智能電廠的探索和研究層出不窮，不同的業務人員對智能電廠有著不同的理解和描述。國家能源集團國華電力公司自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?，F基于國華電力公司燃煤電廠生產和管理的特點，從大數據分析應用的角度對智能電廠的概念、特征、價值目標、系統結構、各功能層級主要特點等內容進行了描述，可為實現發電機組的清潔、高效、安全和穩定運行，提升電廠的價值創造能力提供決策參考。

關鍵詞：智能電廠;大數據;生產;管理;決策

0 引言

《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》（國發〔2015〕40號）提出了十一項重點行動，其中關于“互聯網+”智慧能源部分指出要推進能源生產智能化。《國家發展改革委 國家能源局關于促進智能電網發展的指導意見》（發改運行〔2015〕1518號）提出了十項主要任務，包括“建立健全網源協調發展和運營機制，全面提升電源側智能化水平”。我國的資源稟賦決定了煤炭的主導地位，煤電必然在很長一段時期內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電的探索和研究工作，至今已有成效。云計算、大數據等新技術的應用，可以提升電廠在生產、管理及決策過程中的效率，有效指導生產經營活動，最終實現價值創造[1-2]。

1 智能電廠的設計思路

1.1? ? 以大數據提升電廠價值創造能力

智能電廠應以大數據挖掘為核心要求，以提升電廠的智能化水平，實現減員增效、精細化運行、預防性檢修、智能化安全管控為目標[3-4]。因此，可將智能電廠定義為基于大數據分析應用，綜合智能設備、現場總線、云平臺、系統化的數據挖掘及價值分析應用能力，可進一步推進實現生產高度自動化、管理高度集約化、信息互聯互通的新型電廠。數據挖掘及價值分析過程如圖1所示。電廠內部和外部的所有數據資源眾多，包括基建、生產、經營、辦公類內部數據，以及供應商、設備商、電網、社會環境等上下游外部數據，需要進行統一的數據采集，通過各種針對性的計算模型，在“數據集市”對數據進行分析與處理，最終以數據服務產品的形式滿足各級人員的需求，實現生產經營管理的智能化。

1.2? ? 以云模式共享數據資源指導業務實踐

智能電廠應建立統一的企業智能化平臺，實現“一平臺、多站點、云服務”的部署模式，如圖2所示，集約共享業務服務與管理成果。下屬電廠以站點方式應用，同時具有較高的可擴展性。下屬電廠各業務系統根據實時性及其重要程度在電廠本地及統一云端按需部署，優化配置;以業務為本，以數據為源，滿足本部各職能部門與電廠不同層面的管理需求，提高業務效率，實現價值創造。

2 智能電廠總體框架與功能設計

2.1? ? 總體框架

按照火力發電廠的工藝特點、信息流向及管理流程，筆者認為智能電廠總體框架應當具有三個層次，分別是數字化與過程自動化層、數據整合與業務智能層、數據建模與決策分析層，通俗地說，即智能生產、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現的價值目標。

在智能生產層，通過自動化設備、數字化采集，使得電廠的生產過程透明化，機組一鍵啟停已成為普遍特征，最終目的是要實現所有設備與智能系統互聯，管理人員可以全面感知現場的生產狀況，減少監盤人員數量，降低誤操作率，甚至達到無人值守的狀態。

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節，推進管理制度化、制度表單化、表單電腦化建設，在各項資源優化配置和規范的運營秩序下，對各類數據進行標準化集成，打通各個管理系統，以期實現系統的深度集成和融合應用，最終實現業務更加智能高效。

在智能決策層，通過建立數據模型對數據進行挖掘加工，得到各類有效的、直觀的數據，輔助各級管理者做出即時有效的決策，以求實現對現場設備狀況的預知預判，及時優化運行方式，達到價值創造的目標。

同時，需充分利用新一代信息技術，構建基于云架構的企業智能化平臺，實現IT資源的高效利用;實現數據的標準化貫通，消除信息孤島;實現應用快速部署，滿足業務實際需要;實現高可靠、高可用的信息系統和網絡環境，持續運維，支持“互聯網+”模式下的企業發展。

2.2? ? 功能設計

根據數據流在生產業務中的價值增值走向，從最基本的發電基礎設施到各級人員的管理決策，智能電廠功能設計涵蓋若干模塊，每個模塊是智能電廠各類業務的一個大的歸類。

2.2.1? ? 數字化與過程自動化層

基于智能化設備的數字化采集與自動化控制。通過RFID技術，利用二維碼等介質對發電基礎設施進行靜態數據的采集;通過現場總線、電氣控制、分散控制、優化控制等手段對設備進行自動化控制，同時采集設備動態運行數據。利用貫穿基建生產全過程的各類編碼，實現發電基礎設施與信息化基礎設施的數據流傳遞，進而使數據進入整合與業務智能層。本層的目的是建立物理信息系統，貫通設備、自動化和信息化基礎設施，實現智能生產。

2.2.2? ? 數據整合與業務智能層

基于面向服務的體系架構，對信息系統進行標準化集成，對智能電廠從基建到生產的全壽命周期進行設計。在基建期包括智能設計管理、智能采購、智能建設過程控制，通過數字化移交，將基建期數據轉入生產運營期全壽命周期資產管理;核心業務管理涵蓋經營部門的人、財、物、燃料等的管理，生產運營管理涵蓋生產調度、技術管理、安健環管理、班組建設等內容;營銷支持模塊主要是對市場營銷環境的分析與營銷策略規劃等。本層的目的是對電廠生產運營產生的大量數據進行整理、分析，形成高價值的數據資源和標準化的業務流程。