大數(shù)據(jù)在智能電廠中的應(yīng)用

司永強

[摘? ? 要]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷完善發(fā)展，智能與環(huán)保兩方面已經(jīng)成為發(fā)電廠的發(fā)展重點。智能電廠是現(xiàn)階段結(jié)合云平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)的新型發(fā)展模式，大數(shù)據(jù)可用于收集詳細(xì)的數(shù)據(jù)，支持電廠高效運行和管理，為電廠的建設(shè)提供全方位的安全性。文章對大數(shù)據(jù)在智能電廠中的應(yīng)用研究，希望可以為相關(guān)工作人員提供參考價值。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù);智能電廠;應(yīng)用研究;電力企業(yè)

[中圖分類號]TM62 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]With the continuous improvement and development of modern science and technology， intelligence and environmental protection have become the development focus of power plants. Smart power plant is a new development model that combines cloud platform and big data technology at this stage. Big data can be used to collect detailed data， support efficient operation and management of power plants， and provide comprehensive safety for the construction of power plants. It is hoped that the application research of big data in smart power plants can provide reference value for relevant staff.

[Keywords]big data; smart power plant; application research; power enterprise

在信息時代下，大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)在一定程度上推動著電力行業(yè)的發(fā)展。我國根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，提出智能發(fā)電廠。在我國現(xiàn)代數(shù)字化供電工業(yè)的發(fā)展中，運用智能控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)，可以更好地保證電廠穩(wěn)定供電。本文研究大數(shù)據(jù)在我國智能電廠領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 智能電廠的定義

現(xiàn)階段，智能電廠的概念經(jīng)常在我國電力企業(yè)的發(fā)展中被提及。通過與我國能源自動化學(xué)會能源自動化專業(yè)委員會等有關(guān)專業(yè)團(tuán)體組織共同討論，并基于對我國智能電廠最新技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行研究。智能電廠最新技術(shù)主要是基于互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代數(shù)字信息處理。無線通信技術(shù)在工業(yè)中得到廣泛運行，將智能傳感器與電廠電源、智能管理、控制解決方案等技術(shù)有效結(jié)合起來，以實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。從概念上講，智能電廠被認(rèn)為是一種適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，滿足人們?nèi)找嬖黾拥碾娏π枨蟮囊环N新型設(shè)備。智能電廠采用先進(jìn)的信息和控制技術(shù)，具有明顯的時代特性。

2 相關(guān)概念

2.1 數(shù)字化電廠

數(shù)字化電廠指的是一種能夠快速、準(zhǔn)確、全面地收集各種資訊的發(fā)電廠，廣泛應(yīng)用于當(dāng)前各類發(fā)電廠的研發(fā)生產(chǎn)與運營管理中。其主要優(yōu)勢就是能夠?qū)崿F(xiàn)對于電廠設(shè)備和對象的數(shù)字化，主要包括電廠的3D模型和電廠材料，以及各種電廠設(shè)備和工藝材料的各種屬性，可以將設(shè)備具有的參數(shù)和資料進(jìn)行傳輸并交接到后續(xù)生產(chǎn)與管理各個環(huán)節(jié)。另外發(fā)電廠采取數(shù)字形式進(jìn)行實時監(jiān)測和顯示，相關(guān)交易由HOUR處理。在電廠的生產(chǎn)、運行和管理過程中，各種設(shè)備和系統(tǒng)的處理和運行采用數(shù)字化的方式，其在商業(yè)決策中也許可以從細(xì)節(jié)得到體現(xiàn)。因此，數(shù)字化技術(shù)本身就是一種貫穿整個工業(yè)生產(chǎn)流程和整個控制系統(tǒng)的模式，它也是基于現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)進(jìn)行升級和發(fā)展的新型風(fēng)力發(fā)電模式。

2.2 智能電廠

目前我國智能化電廠主要依靠數(shù)字化發(fā)電企業(yè)的技術(shù)，包括移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以盡量降低人為因素對企業(yè)生產(chǎn)運營的影響，提高發(fā)電企業(yè)的工作自動化和智能化。

（1）在其未來的發(fā)展方向模式上，根據(jù)我國電力市場變化的動態(tài)和趨勢，制定合理的產(chǎn)品和計劃，然后利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠的人性化的發(fā)電廠。智能電廠的特點包括信息化、智能化、數(shù)字化和可視化。

（2）由于電廠數(shù)據(jù)的多樣性、不準(zhǔn)確和不完整，大數(shù)據(jù)智能電廠數(shù)據(jù)的特點是數(shù)據(jù)來源于電廠設(shè)備和電廠運行狀況。而且數(shù)據(jù)量巨大，涉及范圍廣，等等。

（3）在數(shù)字電廠與智能制造相結(jié)合后，對智能電廠進(jìn)行升級和完善，可以促使其工作效率更快、性能更加穩(wěn)定可靠。

3 智能電廠的優(yōu)點

3.1 更安全

智能電廠最明顯的優(yōu)勢在于其高度的安全性。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的運用，可以充分適應(yīng)和順應(yīng)智能電廠和智能電廠的建設(shè)和運行要求。進(jìn)一步提高其對物理或網(wǎng)絡(luò)攻擊的抵抗能力，最大限度地減少損失。并通過智能控制系統(tǒng)立即解決發(fā)電廠故障，減少人為干預(yù)和影響。因此，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電廠可以對電廠設(shè)備進(jìn)行檢測、診斷和自我修復(fù)，確保電廠設(shè)備和系統(tǒng)的安全運行，防止發(fā)生嚴(yán)重事故和經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 更環(huán)保

目前，電廠的生態(tài)功能備受關(guān)注，這也是環(huán)境保護(hù)的一個關(guān)鍵要素。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電廠可以建立有效、全面的監(jiān)測預(yù)警機(jī)制，分析煤炭中污染物的成分和含量，實時改變煤炭等物質(zhì)的燃燒數(shù)據(jù)，簡化污染物的控制。煤量超過設(shè)定值時，會在煤炭燃燒前自動啟動預(yù)處理措施，以有效減少污染物濃度的產(chǎn)生和擴(kuò)散。除燃煤和風(fēng)力發(fā)電，智能化的發(fā)電廠還能夠高效地回收燃燒熱能，增加小區(qū)塊的發(fā)電容量，為發(fā)電廠實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

采用云計算等大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電廠系統(tǒng)可對廢氣和垃圾中的廢水污染物進(jìn)行檢測和分析，在一個標(biāo)準(zhǔn)污染物排放范圍內(nèi)跟蹤其檢測效率，并將所有被檢測得到的參數(shù)數(shù)據(jù)自動上傳至云平臺予以審批。電廠排放透明監(jiān)測是社會監(jiān)測，是電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)在環(huán)保領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的保障。

3.3 更人性化

智能電廠的人性化是特別突出的一個優(yōu)點，發(fā)電廠可以配備多種數(shù)字設(shè)施、信息與可視化、AR監(jiān)測與數(shù)據(jù)監(jiān)測。在發(fā)電廠的生產(chǎn)地區(qū)使用機(jī)械工具會自動將采取人為干預(yù)措施的風(fēng)險降低到最小，從而有效確保相關(guān)工作人員的財產(chǎn)和人身安全。智能電廠系統(tǒng)可以通過利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)實時地對電廠全體工作人員進(jìn)行監(jiān)測，避免人為因素影響到發(fā)電效率和服務(wù)質(zhì)量，及時消除電廠中的各種隱患。該程序有助于保證發(fā)電廠良好的工作環(huán)境，為其采取人性化的發(fā)電及管理模式奠定重要的基礎(chǔ)。

3.4 更高效

與傳統(tǒng)的電廠、數(shù)字化的電廠相比，智能化的工業(yè)更加經(jīng)濟(jì)，也更有效。大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠澄清電力生產(chǎn)過程，提高電廠發(fā)電可持續(xù)運行的管理，還能夠根據(jù)實際工作情況和電廠自身發(fā)展策略及時進(jìn)行調(diào)整，如生產(chǎn)規(guī)模計劃，管理和控制解決方案。智能化的電廠可以以市場導(dǎo)向型企業(yè)為主，結(jié)合自己的電廠資金儲備來指導(dǎo)自己的電廠進(jìn)行生產(chǎn)運行和銷售活動，降低各項費用，提高經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)的生產(chǎn)效率。

4 大數(shù)據(jù)在電廠智能化中的應(yīng)用展望

在發(fā)電領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以跨越多個應(yīng)用領(lǐng)域。例如，診斷和預(yù)測設(shè)備故障、選擇微位置以及優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)的性能。實踐表明，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以使電力企業(yè)受益。通過良好的分析和預(yù)測，未來大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電廠中的應(yīng)用可以集中在以下研究領(lǐng)域。

4.1 電廠設(shè)備資產(chǎn)管理

在日常的電廠資產(chǎn)管理、設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行、維護(hù)、檢修、歷史錯誤和缺陷以及數(shù)據(jù)隔離方面，優(yōu)化整個資產(chǎn)管理流程。

（1）在使用大數(shù)據(jù)管理設(shè)備資產(chǎn)時，要對工廠的全生命周期進(jìn)行數(shù)字化，實行數(shù)據(jù)集中管理，以確保工廠的長期使用、安全、環(huán)保和可靠性。

（2）以設(shè)備和系統(tǒng)的長期效益最大化為出發(fā)點，與經(jīng)濟(jì)效果同步，確保模塊安全、環(huán)保、可靠運行，專業(yè)分析物理建模和統(tǒng)計分析相結(jié)合，旨在提高盈利能力并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。以電廠鍋爐過熱器、過熱器和水冷壁等高溫受熱面生命周期管理為例，火電廠受熱面生命周期管理的經(jīng)典方法主要限于運行數(shù)據(jù)分析，剩余部件壽命由溫升的幅度和持續(xù)時間決定。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，完成受熱面設(shè)計、當(dāng)前運行信息、設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、管壁磨損、故障記錄等信息的采集;從物理建模和統(tǒng)計分析的角度，充分分析上述因素對受熱面部件使用壽命的影響，以便更準(zhǔn)確地預(yù)測受熱面金屬的剩余使用壽命。

（3）根據(jù)以上信息仔細(xì)規(guī)劃管道的檢查、維護(hù)和更換。優(yōu)化操作以充分利用熱表面上剩余的金屬壽命，同時降低熱表面上管道破裂的可能性。

4.2 對機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運行與控制

傳統(tǒng)的電廠優(yōu)化技術(shù)通常以汽輪機(jī)熱量需求、鍋爐熱效率或電廠煤耗等單一指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，通過物理指標(biāo)來確定最經(jīng)濟(jì)的運行方式。從生產(chǎn)或測試數(shù)據(jù)創(chuàng)建的模型，并得出最佳性能的結(jié)論和建議。從裝置的經(jīng)濟(jì)運行來看，運行參數(shù)對裝置整體性能的影響是不夠的。

（1）根據(jù)裝置的實際特點，新蒸汽壓力等運行參數(shù)必須滿足裝置安全運行的基本要求。

（2）設(shè)備的實際操作必須兼容。由于系統(tǒng)在實際過程中時常對負(fù)載下降或系統(tǒng)穩(wěn)定性的下降做出反應(yīng)，并以最大效率運行，因此必須找到更復(fù)雜的優(yōu)化解決方案。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析盈利能力和穩(wěn)定性，進(jìn)行優(yōu)化管理。

4.3 基于大數(shù)據(jù)的在線故障診斷與狀態(tài)檢修

由于數(shù)據(jù)的不完整或者分析模型的不完整，在線故障診斷和電廠檢修技術(shù)發(fā)展較為緩慢。利用大數(shù)據(jù)平臺全面記錄SIS、維護(hù)管理、運營管理、物資管理、各種在線監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)實時數(shù)據(jù)。物理建模、關(guān)聯(lián)分析、統(tǒng)計分析，結(jié)合SIS控制的設(shè)備、主要電氣設(shè)備和系統(tǒng)環(huán)境的性能趨勢，分析設(shè)備設(shè)計數(shù)據(jù)，測試各控制系統(tǒng)的性能數(shù)據(jù)。

電廠分析動態(tài)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評估和預(yù)測，并將檢查數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、性能趨勢和專家診斷系統(tǒng)診斷集成到一個安全穩(wěn)定的集成設(shè)備管理系統(tǒng)中。電廠操作系統(tǒng)的核心硬件對可靠性和安全性進(jìn)行動態(tài)評估，然后依據(jù)及時的錯誤提示、故障診斷、主動技術(shù)支持對硬件進(jìn)行維護(hù)。

4.4 設(shè)備選型與技改

我國電廠的實際容量與其設(shè)計狀態(tài)還存在差距。造成這種情況的原因是裝置的選型和安裝不足、運行條件和裝置設(shè)計不合適，以及裝置的運行參數(shù)和設(shè)計參數(shù)存在差異。國內(nèi)大型電力供應(yīng)商已經(jīng)投產(chǎn)數(shù)百個火力發(fā)電廠和數(shù)千個風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為大數(shù)據(jù)分析創(chuàng)造充分的數(shù)據(jù)收集條件，搭建大數(shù)據(jù)平臺。

（1）收集設(shè)計數(shù)據(jù)、制造工藝數(shù)據(jù)、運行環(huán)境數(shù)據(jù)、實際運行數(shù)據(jù)、器件測試數(shù)據(jù)等綜合信息。

（2）使用機(jī)密信息來比較設(shè)計規(guī)范、實際測試結(jié)果、操作和維護(hù)信息以及設(shè)備改進(jìn)。

（3）統(tǒng)計分析可以作為優(yōu)化設(shè)備選擇，或作為制定有意義的設(shè)備升級計劃以改進(jìn)新設(shè)備或改變設(shè)備性能水平的基礎(chǔ)。

4.5 短期、超短期出電能力預(yù)測

隨著分布式能源和微網(wǎng)的出現(xiàn)，新風(fēng)電和光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量將繼續(xù)增長，電網(wǎng)吸收新能源的能力也將繼續(xù)增長。由于風(fēng)電場的未調(diào)節(jié)性能對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有一定的影響，準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)電場的性能不僅可以改善并網(wǎng)兩側(cè)系統(tǒng)的運行狀況，還可以提高性能。傳統(tǒng)的預(yù)測方法在考慮影響產(chǎn)出的因素時仍存在局限性，其預(yù)測精度無法得到保證。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以結(jié)合物理建模和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，添加和考慮額外的驅(qū)動因素，量化不同驅(qū)動因素和輸出之間的關(guān)系，構(gòu)建更完整的模型來預(yù)測性能，從而提升預(yù)測短期、超短期風(fēng)電出力的能力。

5 結(jié)束語

綜上所述，智能電廠是指我國電力企業(yè)先進(jìn)、現(xiàn)代化、智能化生產(chǎn)和開發(fā)方式，與目前普遍流行的數(shù)字化電廠相比，具有安全、環(huán)保、人性化、高效等特點。同時，基于目前我國眾多智慧能源供應(yīng)商在建造智能電廠方面的成功經(jīng)驗，將不斷完善智能電廠的建設(shè)管理體系，為全社會提供高效、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的生活和資源，并為我國清潔能源逐步向前發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會全面進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。

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