能源互联网背景下的智能电站建设研究

刘鲁京,苏 晖

(神华国华电力研究中心，北京，100025)

能源互联网背景下的智能电站建设研究

刘鲁京1,苏 晖1

(神华国华电力研究中心，北京，100025)

智能电站是构建“能源互联网”体系的关键因素，其全面感知、价值挖掘、融合应用、普适计算的特征可有效支撑能源互联网横向多源互补，纵向“源-网-荷-储”协调的发展思路，代表了“能源互联网”时代背景下电源技术发展的必然趋势。因此，智能电站如何规划、建设、发展，使之在能源互联网中发挥应有作用将是重要研究课题。本文从智能电站概念、关键技术等方面概述了能源互联网时代下智能电站的特征，重点研究智能电站的构建及其关键技术对能源互联网的影响，并在此基础上提出智能电站的发展趋势。

智能电站;能源互联网;大数据分析

0 引言

当前，世界能源消费以化石能源为主，化石能源的日趋枯竭以及环境污染已经成为威胁人类长久生存发展的两大核心问题。为此，世界各国都在努力探索新的能源供给与消费路径，力图推动一场以可再生能源和新能源发展为核心的能源产业革命，并逐渐形成发展能源互联网的共识。在此大背景下，传统的火力发电不仅承担着前所未有的社会舆论压力，更处于能源产业革命的风口浪尖上，将逐步面临如何持续生存的问题。

但新能源的革命与发展进程将是一个漫长的过程，以风能和太阳能为代表的新能源受能源品质、能源技术、能源价格等因素的影响，无法立刻形成大规模发电。且我国经过长期发展，煤炭、石油、天然气等一次能源的支柱地位短期内无法改变，我国电力发展仍然需要以火力发电作为基础电源，以提供优质、稳定的电能。

与此同时，随着信息革命时代的到来，以大数据、云计算、物联网等为代表的信息技术取得了长足的发展，能源互联网的提出也将促使传统的火力发电以灵活、高效、可靠的方式开辟新的能源利用途径。

本文将重点从互联网、大数据、云计算的角度研究智能电站的主要技术特征，进而着重探讨智能电站的生产运营对能源互联网的影响以及与能源互联网的关系，它在能源互联网体系中的定位与主要职责。最后结合我国相关能源政策和技术的发展方向，探索一条智能电站的发展方向和发展路径。

1 智能电站基本概念及特征

1.1 智能电站概念

我国发电行业经历数字化、信息化的发展阶段，已经基本实现了利用数据监控生产过程监控与企业现代化管理。但在电站生产过程中，不同类型的数据之间有着明显的界限，数据的综合利用率低下，无法将不同类型的数据进行关联，利用数据分析、整合挖掘潜在的关联关系，从而提供更准确、灵活、可靠生产运行方式。

随着信息技术的持续发展，电站由数字化、信息化向智能化转变的构想应运而生，在“能源互联网”概念提出后，建设智能电站的理念也逐渐清晰。

智能电站是建立在高速通信网络和计算机网络之上，以大数据分析技术为基础，利用先进的传感测量技术、自动控制技术、现场总线、云平台、系统化数据挖掘技术与物理电站高度融合，实现精细化管理、预防性检修、智能化监控，与能源互联网高度互联融合的新型电站。

智能电站在以下两个方面有着显著的创新：

1）理念上创新

提高效率、优化资源配置、全要素数据融合是智能电站的显著特点，其本质是网络互联、信息对称、数据驱动。以信息网络为纽带，实现电站与能源互联网的数据对接、能源资源快速调配将催化更广泛的技术与商业模式创新。

2）以数据为中心

智能电站支持全数据类型，并实现全方位、全时段的数据覆盖。“互联网+数据+发电”将呈现平台化、高集成、深关联、综合性的运营业态。

1.2 智能电站主要特征

根据智能电站的概念，可提炼为以下四个主要特征：

1）灵活性、可靠性极高的自动化控制

智能电站将人工智能控制理论方法广泛用于智能设备中，依靠智能设备，实现工控系统高灵活性、高可靠性的自动化控制，主动超前适应电网对负荷的要求，主动调节机组至边界条件附近运行，实现节能降耗。

2）新型信息—电力交互网

智能电站将不仅仅承担发电和调峰的角色，而将以信息—电力一体化架构实现电站与电网的信息共享和数据流双向交互。通过实现电站、电网统一协调控制，奠定智能电站的基础，达到全面感知，自动预判的效果。

3）平台化、云服务的信息网络架构

利用电站一体化平台，数据就源输入，多次使用，实现数据采集、存储、分析、展示一体化管理，推动电站各业务间数据有序流动。通过云服务的模式。

4）全面智能化的管控方式

利用大数据分析、云计算、机器学习等智能学习方法作为智能电站的技术支撑，对智能电站进行全寿命周期管理，整个过程将实现“自我学习、自我进化”的生命化特征。

2 智能电站总体框架

人们已经普遍认为，未来的能源互联网应该是能量与信息双层互联、双向流动的。信息网络与能源物理过程的深度融合，使得信息与物理过程相互紧密作用甚至改变相互之间的进程。基于以上认识，数据作为连接信息网络与物理过程的桥梁，将在智能电站中占据核心地位。以整合电站数据资源，对数据以云模式进行存储、建模和计算分析，是构建智能电站整体框架的基本思路，可将智能电站总体框架分为三层：

1）智能化设备与自动化控制层

在现有的电站设备层中，基本实现了利用数据对单元内设备进行监控，设置报警限值，以保障设备安全、稳定运行为首要目标，但利用数据感知设备状态的能力却非常有限，区域内设备之间存在的关联关系也难以追踪，这种形式通常以加强应急措施为主要解决方案，缺乏主动预测、分析的能力。

智能化设备与自动化控制层通过建立统一的编码体系，采用现场总线技术（FCS）、实时在线测量技术，采集、集成相关设备和系统上的数据，并利用人工智能算法，构建全面感知智能化自动控制体系。最终实现机组优化控制，提高机组效率和安全性。

2）数据整合与业务智能层

数据整合与业务智能层基于厂级监控系统之上，结合管理层信息系统的数据，利用统一的云平台串联起从基建工程到生产运营的数据，通过大数据分析技术获取潜在的、新颖的、有效的数据模型，发现数据之间的关联、共性和差异性，实现生产运营、营销、库存、财务、供应商的各种指标的结构、趋势、相关性分析。该层是下层控制层与上层决策层的桥梁，对控制层生产数据进行采集，通过数据挖掘与智能分析统计，将有效数据提供给决策分析层，同时将决策层所下达的控制信息，反馈到控制层。

3）数据建模与决策分析层

该层在智能电站中具有两个重要意义：首先是利用数据建模，剖析内部任意层面数据的内在联系，满足集团与电网的管理要求、调度要求，确保电站的运营安全稳定、利益最大化，提升电站的核心竞争力。其次是与能源互联网信息网络、能源网络高度融合，通过数据交互，发现在电力市场竞争中的发展规律与趋势，实现实时成本核算、主动超前感知能源互联网的调度要求。

图1 智能电站总体框架

3 智能电站与能源互联网的关系

传统的电力交互出发点是满足社会各类生产生活的需求，电网中负荷具有高度的灵活自由的波动变化，而为了保持电能的供需动态平衡，追随负荷的波动变化，往往在发电端实行严格管理，不能随意实现灵活快速的电源资源配置。这一方面是由于电能供需平衡的固有属性造成的，另一方面也源于信息交互不够发达，从而无法做到迅速调配发电端资源。

因此，在能源互联网中需要解决发电端资源配置的问题就具有了很大意义，大力发展智能电站，通过建立智能电站与电网信息交互、数据共享的基础平台，利用云计算、大数据分析技术提高对负荷波动变化的应对能力，细化负荷波动变化的预测计划，由电网统筹决策，智能电站协同调配，从而实现智能电站“即插即发”的高效供电方式。

智能电站作为能源互联网体系中电源侧的发展趋势，与能源互联网有着以下三方面关系：

1）大数据分析、云计算为代表的新型技术为解决信息采集、分析诸多不足提供了技术支撑。智能电站在以大数据分析为基础的理念下，可将信息采集和感知的范围从仅关注电站内设备层、监控层、管理层扩展到能源互联网，并实现普遍的交互，从而可以建立电能供给决策模型，为对内对外协调联动提供完整的分析决策平台。利用大数据分析技术、云计算技术，对大规模数据进行集成与深度挖掘，为发电、交易、服务提供不断创新的优化平台，解决了应用计算能力与速度不足的问题。

2）智能电站以信息的感知为前提，以数据分析为基础，在构建智能电站时应围绕信息网络建设，强调与能源互联网的互联互通，突出应对负荷波动响应能力，从而可有效解决传统被动接收电网信息的单向信息传递模式。

3）在能源互联网体系的构建中，普遍存在着把不同的能源所产生的电能离散化，如将各种能源根据其特点供应给不同特性的负荷，通过信息技术将电能源与负荷进行整合。然而新能源其固有的不确定性和波动性，对电网安全产生了很大的挑战，能源互联网电源部署虽然是多元化的，但仍需以火力发电作为基础性和调节性电源。随着能源互联网与智能电站的信息交互能力的提升和交易机制的完善，可将传统以发电计划+备用容量方式向发电计划与用电计划叠加、负荷预测与发电预测叠加的方式转变，其灵活、快速的生产、消费一体化方式，仍需要智能电站的有力支撑。

4 智能电站发展展望

近年来，我国能源领域对于发展智能电站的重视程度和支持力度不断提升。在“十三五规划”中提出“能源发展八大重点工程”就包括建设高效智能电力系统和煤炭清洁高效利用这两项与智能电站建设相关的内容，鼓励在管控方法上按照互联网理念、运用先进的互联网信息技术，实现电力生产的智能化，这些政策大大加快了智能电站的发展。

具体而言，智能电站将在能源互联网体系、技术属性和电力市场中呈现以下发展趋势。

1）在能源互联网体系中，电源侧将逐渐呈现由智能电站（火力发电）为主体，多种能源共同存在的，集中式与分布式协调发展、相辅相成的结构。智能电站作为基础电源和调节性电源，为能源互联网提供可靠的、安全的、高品质的电能。

2）技术属性方面，先进的信息技术与智能化管控手段将在智能电站中不断的深化发展，这体现在两个方面：一方面是以智能设备为前提的智能化控制，有效整合生产运营的各类数据，实现安全、可靠、灵活的发电；另一方面是全面感知能源互联网需求，主动预测负荷波动，实现电能的信息化管理，网络化输送。

3）新一轮的电改政策出台，将对电力市场、能源互联网和智能电站都产生很大的影响。在新的电力市场环境下，智能电站的发展还需具有充分了解、把握市场的能力：a）利用智能设备、先进信息技术，主动调节适应电网电量的发电边界条件，实现降耗增效，调高发电品质与竞争力。b）主动感知电力市场的需求，通过与能源互联、售电公司网互联互通，通过大数据分析，建立售电模型分析，实现对于不同用户的最有资源配置方案。

5 结语

本文针对智能电站的概念，将智能电站归结为以大数据分析技术为基础的，结合先进信息技术和工控技术，实现智能电站精细化管理、预防性检修、智能化监控，与能源互联网高度互联融合的新型电站。提出了智能电站的主要特征及总体架构，得出了智能电站是未来能源互联网电源技术侧的代表的结论。在今后的工作中，将进一步从信息技术、智能控制技术、数据集成、交互与建模等方面进行深入研究。尤其基于是信息与能源交互、电站与能源互联网交互，开展能源互联网背景下的新一代电能响应技术研究。

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Research on the construction of intelligent power station in the context of energy Internet

Liu Lujing1,Su Hui1
(Guohua Electric Power Research Center,Beijing,100025)

Smart power plant is the key factor of building energy Internet system,it comprehensive perception,value mining,intergration of application,the characteristics of pervasive computing can effectively support the energy internet ,the development of vertical and horizontal coordination,represents the inevitable trend of power technology development in the background of energy Internet.Therefore,how to plan,build,develop and make it become an important research topic in the energy Internet.This paper summarizes the characteristics of smart power plant in the era of energy Internet from the concept of smart power plant,the key technology and so on,focus on the construction of smart power plant and the impact of key technologies on the energy Internet,and on the basis of this,the development trend of smart power plant is proposed.

Smart power plant, Energy Internet, Big Data Analysis

刘鲁京 (1988-)，男，硕士，2014年毕业于华北电力大学控制与计算机工程学院，工程师，神华国华（北京）电力研究院有限公司，主要研究方向为发电企业信息化。

苏晖 (1984-)，男 2005年毕业于河北工业大学电子信息工程专业，高级工程师，2012年获华北电力大学动力工程硕士学位。现工作于神华国华电力研究中心，从事热工及信息专业工作。