数字化智慧电站技术研究与示范

张令

[摘要]贯彻落实“一五五”战略，深化“双提升、双防范”和“三化一素”工作，以实现具有智能化、安全、经济、环保等特征的新型现代化电厂为目标。研究智慧型电站关键技术，并在大型火电厂应用示范，覆盖火电厂生产过程、运营管理等领域，包含生产环节控制算法优化、信息系統一体化、大数据应用等核心技术，形成涵盖监测与控制、一体化信息管理和智能决策支持的信息自动化体系架构。

[关键词]智慧电站；技术架构平台；电力市场；运营成本

互联网技术快速发展的今天，智能化、数字化电厂也成为大势所趋。数字化智慧电站是指以设备全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。数字化智慧电站的标志是全面采用DCS、SIS、MIS、仿真机和三维设计等技术，清楚掌握生产流程、提高生产过程的可控性、减少人工干预、及时准确地采集生产过程数据，从而科学地制订生产计划，构建高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化工厂。

国电宿迁将借助于先进的计算机技术、物联网、大数据、云计算、工业4.0等“互联网+”先进技术的应用，全面实现建设数字化智慧型电站的发展理念，本文主要是根据宿迁“数字化智慧型电站”各职能部门的配置及业务范围搭建国电宿迁热电有限公司的智慧型、数字化、大数据分析的管控平台。

国电宿迁数字化智慧电站管控平台采用集中管控模式，子系统均可独自运行，在管控平台上实现统一控制，各职能部门所需实现的功能通过三层数据网络进行分层数据传输、组态，最终在信息平台上得以体现。管控平台将各子系统打通，实现数据统一编码存储，便于一键调用。坚持方案总体原则，搭建大集中的过程控制系统层，集成生产实时数据和管理关系数据的数据层。

在数据中心建立的基础上，通过企业门户的建设，将各功能模块集成到企业的信息门户内，实现应用系统的统一人口，并实现内容、应用的整合展现，大数据的检索查询，结合安全防护体系，进行单点登陆和安全集成。

企业数据中心下辖生产管理、经营管理和智慧决策三块，采集生产和经营各类参数（利润、负荷、厂用电、水、汽等），以扁平化图形及数字展示日发电量、日供电煤耗、日入炉表单、日发电厂用电率等相关数据，与智慧决策模块内提供的设计参数和先进工艺对比，进行决策方式优化调整。可以按照不同区域以及设备划分，关键数据实时追踪、实时报警，建立决策库。根据不同情况提供不同的决策供判断和分析，并引入行业（煤、电等）市场行情参数，提出优化企业生产经营决策建议。

数据中心开发手机APP，实现第一时间的移动办公审批，并推送生产经营数据。为智慧电站网络安全考虑，采用EasyConnect深信服远程应用发布解决方案将智慧电站所有业务系统及应用轻松迁移至移动互联网上，可以通过手机、PAD等智能移动终端随时随地开展业务。平台连通网络传真机，实现移动传真办公，并支持一键转发至QQ、微信等，尽享移动业务带来的便利与效率。

针对国电宿迁热电有限公司的资产管理，其核心内容是企业资产（主要对象是企业设备）使用过程的维护、维修管理，核心目标是设备的最大化利用，提高企业效益及投资回报率。

国电宿迁热电有限公司信息管控平台系统是以设备为主线，制定统一标准的KKS编码、物资编码及固定资产编码，实现三码联动，全面贯穿设备管理的各个环节，通过以设备管理、检修维护管理、项目管理、采购管理、库存管理、合同管理、运行管理、对标管理等业务模块为核心，实现生产MIS与物资管理系统的共存、互联，将企业资产从“计划-采购-接收-验收-入库-库存管理-领用出库-安装使用-维修养护-替换报废”的全过程进行记录，并以“三码联动”规则充分全面地实现整个资产管理系统中各个业务之间的数据交互和数据共享，进而通过数据分析功能对企业的资产使用提供决策数据支持。

进入互联网时代后，除了原有的人与人的通信外，更大量的人与物（机器及数据中心）的通信，而且通信的时间长度、带宽需求也变得更长和更不确定。电厂整体网络主体架构采用EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）接入网技术，该技术已在中国移动、中国电信、中国联通等运营商领域广泛使用。

EPON是几个最佳的技术和网络结构的结合，以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率目前可达到1Gbit/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流。另外，EPON也提供较为完善运行维护和管理（OAM）功能。EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性，而且EPON还可以轻松实现带宽10Gbit/s的平滑升级。和传统的以太网相比，EPON主要增加了两部分功能：位于媒体接人控制（MAC）层之下的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议（MPCP）。仿真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来像是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识（LLID）以取代2个字节的前导来实现的。

具体到电厂的实际业务可以用一个核心、分散部署、多层防护来概括，结合EPON技术本身的技术优势以及特性，实现物理层、业务层、逻辑层等多个数据链的统一整合，整体系统从整体性、灵活性、经济性上达到了目前技术条件下最好的平衡。

一个核心是指智能电厂核心网络设备及中枢网络链路，采用高性能的交换机/路由器作为整个网络的核心设备，核心设备本身具有良好的性能及扩展性，可通过更换业务背板及插槽支持更高的网络速率及更先进的功能，在保护原有投资的基础之上最大限度满足了作为整个网络核心节点的性能需求，为智慧电站的实现打下坚实的基础。直接与核心设备进行连接的是其他中枢网络，如VPN专线、公司及集团专线等。在核心网络的周围，各个子系统进行分散部署，通过ODN及ONU设备与OLT进行连接，所有子系统，包括门禁、视频监控、一卡通、办公网络及电话等都可以做到独立运行并由核心设备统一分配管理，兼顾了各系统的可用性和管理便捷度。使用EPON接入网技术，各级系统在进行业务扩展、增设子系统的时候，都可以充分利用EPON技术的特性，通过简单地增加一些ONU和尾纤材料，可以随意灵活吧按照需求调整系统承载能力或者接入新需求。

网络信息安全是数字化智慧电站的重中之重，在现有的网络架构下，优选的信息安全节约方案应该兼顾成本、效率、性能等几个方面，不应该影响正常的业务进行，也不应该成为整体网络的瓶颈，同时能充分保证信息安全。所以在原有生产网络的横向隔离、纵向加密的主流思想下，智慧电站在EPON网络架构下进行了充分的调研，并结合自己的实际业务特点和控制点分布进行了针对性的优化，做到了核心防火、分级加密，下层系统绝不会因为自身的异常影响到上层设备，同时各级网络设备.VIAN进行了技术隔离，所有设备通过中心交换设备进行中转，做到了信息可控，各子系统的业务数据完全整合人中心节点，最大化进行了数据共享和资源共享。

在已有的网络架构上，结合自身业务需求充分利用先进的理念和网络技术进行了业务流的数据整合。对生产区域进行分散部署无线热点纳入集控统一管理，可以容纳多种智慧电站手持设备，生产业务数据可及时地自动传人系统，效率和及时性有了质的飞跃，安全性和数据准确性的参照等级远高于传统电厂的数据中转途径甚至是各种人工手段。对于过于分散控制点数据采集，灵活运用移动通信网络，通过各大运营商的数据网进行传输，不仅解决了以往这部分数据点无法与系统连接的弊端而且还做到了成本低、扩展性好。

为了进一步保障智慧电站的数据安全，在重要、核心节点上采用了冗余架构，所有在线核心设备做到热备份，所有数据做到冗余保护，同时考虑核心数据使用远程容灾、异地备份等解决方案，增强智慧电站整体架构的健壮性，一旦有需要可以做到硬件设备热切及时，系统中断时数小、可用率高，数据恢复有保障。同时在远景规划上，所有硬件设备都应该做到有极佳的扩展延续性，可平滑过渡到更新的网络技术。

在国电宿迁数字化智慧电站管控平台建设过程中，需要全厂各部门、各岗位的人员全员参与。该平台整合了电力生产大区和管理大区的各类业务，形成“生产大区智能化、管理大区智慧化”一体化解决平台，该平台协助国电宿迁电厂完成大数据的挖掘与分析，建设企业内部的私有云环境，实现企业横向、纵向的关键指标对标，对企业发展提供辅助决策依据。同时帮助国电宿迁电厂将分散的业务形式有机融合，形成真正的管控一体化体系。