智慧电厂与智能发电典型研究方向及关键技术综述

许承顺

国投甘肃小三峡发电有限公司，甘肃兰州 730030

智慧电厂指的是发电领域中信息化与智能化技术的有效融合，包含大数据、可视化以及智能控制等技术。智慧电厂和智能发电技术迅猛发展，已经逐渐成为能源互联网技术发展过程中一项重要组成。智慧电厂也可以叫做智能电厂和智能电站，以信息融合和智能发电技术等作为技术核心，当前在新能源电站、水电等方面有着非常广泛应用，虽然已经出现智能核电概念，但是当前智慧电厂的研究和应用主要领域仍集中在燃煤火电厂智慧化发展方面。智慧发电属于智能制造的一部分，本文就此展开了研究分析。

1 智慧电厂典型研究方向

1.1 三维空间定位与可视化智能巡查

当前计算机运算能力和软件应用水平明显提高，三维空间设计建模的实现可能性越来越高。利用三维空间定位方式，能够提高设备、仪表以及隐蔽工程等方面信息可视化。以WIFI无线自组网技术三维定位为基础，与巡检人员的智能终端相结合，利用无线通信技术以及图像识别等技术，能够提高现场设备巡检水平，针对存在的缺陷展开自动化管理。另外，通过设备与人员定位等方式，还能够实现智能安防等智能管理功能。尤其在技术进一步发展过程中，可以应该各类机器人等，实现无人化智能巡检。其中，所包含的关键技术还有设备参数自动识别、异常数据归档、风险预警等。

1.2 炉内智能检测与燃烧优化控制

以光谱、激光、电磁等为基础的先进检测机理炉内测量技术迅猛发展，能够为炉内煤粉分配、参数分布、排放分析等全局闭环优化控制创造条件。尤其随着计算机技术的发展进步，智能控制技术实用性越来越高，在各类优化控制平台载体推广应用过程中，电站控制参数智能化技术迅猛发展，在此基础上，DCS功能得到优化和改进。通过对先进机理检测技术、燃烧器煤种在线识别、最优目标预测控制等技术手段的整合，能够在保证安全环保情况下使锅炉燃烧效率得到实时闭环最优控制，生产水平有了明显提升。

1.3 数字化煤场与燃料信息智能互动

在燃煤电站中，原煤属于一项主要生产成本，煤场空间面积大，采集与管理工作任务繁重，涉及到多种不同煤炭种类，配煤掺烧以及适应性调整等工作操作难度非常大。图像识别和信息可视化等技术的应用，能够实现对整个煤场空间的4D信息管理，使煤场空间布局以及运行计划得到优化和改善，通过数据利用技术等，提高锅炉与煤场信息互动和交流有效性，提高煤种混烧智能化水平。

1.4 信息挖掘与远程专家诊断预警

发电机组运行过程中会有故障和问题出现，通过对这些故障分析和操作的记录，可以作为一项宝贵的信息资源，与结构化储存以及检索等技术相结合，具有非常高利用价值。另外，利用这些信息资源，还能够实现对机组运行过程中实时数据、历史数据的分析诊断，提高故障诊断有效性，有问题出现时可以在线报警。通过远程专家AR互动平台系统，还能够跨区域实现数据和资源的共享，在现有的技术监督远程平台、知识信息管理平台等技术支撑下，与先进的数据挖掘与风险预测技术、全局风险预警设置等技术相结合，能够从区域或者集团角度出发，提高设备运行状态管理水平。

1.5 网源协调结合与电力市场辅助决策

将智能发电与智能电网体系相互连接，不仅可以实现网源方面的协调与互动，同时还能制定最佳策略。电力市场运行过程中，发电厂的效益直接关系到机组的调峰和调频，从效益优化和功能优化角度出发，能够帮助发电厂在竞价上网决策方面获取更多的经济效益。

整个系统中将调频调峰能力预测、节能调度、APS快速启停等发电技术相结合，能够更好地实现AGC指令节能分配等方面技术目标。

1.6 沉浸式仿真培训与AR辅助检修维护

随着VR技术的发展进步，在培训作业中可以逐渐开展虚拟现实与增强现实相结合的培训方式，使技术人员在培训过程中有更为深刻的感受和体会，为之后设备检修与维护等工作的开展打下良好基础，在保证各县操作规范性的同时提高整个检修维护工作效率。另外，在计算机具备足够运算能力情况下，利用设备虚拟拆解等方式进行培训，对于检修质量的提高和培训效果的改善有着非常重要的价值和作用。

2 智能发电技术的典型应用

2.1 智能燃烧优化控制技术

智慧电厂的建设主要是为了充分利用各类智能优化技术以及高效节能控制策略等，提高机组整体运行经济性。尤其是在国家节能减排政策力度不断增大情况下，国内很多新的燃煤机组从工艺改进角度出发提升机组发电效率已经很难再有大的突破。当前风电、水电、光伏发电等可再生能源发电容量不断增大，但是在大量调峰需求方面仍需要通过煤电机组实现，尤其在一些经济相对较为发达的沿海地区，在特高压电方面外来电占有非常大比例，燃煤机组平均利用小时数不断下降，很多机组长时间处于低负荷运行状态，很难取得理想的运行效益。智能燃烧优化控制技术主要是起到高效节能作用，在实际应用中能够充分发挥其价值和作用，与先进的智能算法和检测技术相结合，在控制投资成本前提下，使整个机组取得更多的经济效益。

当前应用较为广泛的煤种辨识燃烧优化方案具体有以下几种：第一，通过控制氧量、煤量分配以及风门开度等方式，建立相应的燃烧简化数字模型，实现对机组锅炉效率的优化控制；第二，利用对煤质的在线检测，了解当前燃烧煤种状况，以此为基础，结合锅炉各项运行参数实现对锅炉效率的准确计算；第三，利用煤质在线检测，明确各层燃烧器当前所燃烧的煤种，对磨煤机煤粉细度和出口温度展开动态性控制，结合具体的煤种对设备状态进行调整和优化，提高整体运行水平；第四，利用免疫遗传等算法优化模型，获取最大参数信息，实现对整个燃烧过程的优化和完善，提高锅炉运行有效性。

2.2 基于智能终端和机器人应用的智能巡检、运维系统

发电厂智能巡检系统融合有传感器技术、定位技术、图像识别技术、机器人等先进技术手段，提高发电厂设备检测有效性。智能巡检系统在结构方面包含有数据库服务器、图像识别等智能终端和管理系统。智能巡检过程中，巡检设备需要在移动和巡检的同时实现对各类数据的处理和交互，必须要有稳定的无线网络等作为支撑。系统在移动智能终端方面可以选择多种形式，比如，智能采集终端、巡检机器人等。智能巡检机器人可应用在全厂各个范围开阔平坦地带，能够实现对重要和危险设备的准确分析，部分空间智能机器人无法进入，可选择巡检人员使用智能采集终端完成检测。

智能巡检过程中，通过对实时数据和历史趋势的关联，能够使智能巡检互动性和预知性明显提升，巡检人员在完成现场设备各类状态和数据的收集后，能够为在线评估工作的开展提供数据方面支撑，针对设备存在的问题，安排相应的人员展开维修和保养工作，利用数据的发掘和设备的更新，提高整个决策有效性。

“智能运维平台”是在电站设备全生命周期内，利用传感监控、物联网、大数据分析、人工智能、虚拟控制等先进技术，对生产流程、设备状态、检修维护、风险防控，实现故障诊断、性能分析、状态分析、智能预警、自动派单、检修指导、检修培训、事故决策、应急处置、风险评估、健康评价、自动报表等高级功能应用，另具感知能力、记忆与思维能力、学习与自适应能力等特点，协助构建“远程集控、无人值守”的电站，最大限度地实现电站的安全、经济、高效、环保运行。

另外，为了使数据的安全性得到保证，系统还需要具备自动备份等功能，与发电厂生产管理系统相互对接，实现对数据和信息的相互连通。

2.3 智慧电厂工控系统信息安全技术

智慧电厂工业控制系统信息安全能够使设备和系统的可用性、完整性等得到有效保证，以此为基础，提高整个智慧电厂控制与管理系统运行安全水平，避免恶意代码或者黑客入侵等所造成的攻击和破坏，降低发电厂系统事故和各类安全事故发生率。

智慧电厂工业控制系统具备可管、可控、可知、可信等特点，其中，可管指对智能电厂信息安全管理机制进行优化，提高领导水平，健全各类防护管理制度；可控指提高网络边界安全防护水平，做好系统安全域的划分，保证各网络设备能够满足安全域保护要求；可知指利用的大数据信息安全事件实现对信息安全控制的深入发掘，及时发现存在的异常情况，健全安全态势感知体系；可信指根据当前国家信息安全等级保护方面要求，加强在主机、终端、数据等安全防护水平，使计算机环境安全得到保证。

3 结语

在电力市场转型和发展过程中，智能发电技术的发展主要集中在清洁、高效、安全等方面，尤其随着先进检测技术、人工智能、信息可视化技术的发展，智能发电技术将会产生更为重要的价值和作用，促进火电厂智能化。智能化技术的发展将会实现对电厂传统面貌的优化，发展为智能电网重要组成，促进社会的持续稳定发展。