浅谈基于工业互联网的发电行业数字化方案

王利 陈逸麟

摘要：随着新一代信息技术的发展，传统发电行业的生产经营方式发生了重大变革，电厂全面进入数字化时代。详细分析了基于工业互联网平台的数字化电厂解决方案，为构建数字化电厂提供参考，并思考数字化的发展方向。

关键词：工业互联网 数字化 大数据 云计算

随着信息技术和人类生产生活交汇融合，互联网快速普及，数字经济飞速发展，各行业数据体量呈几何倍数增长。电力工业作为社会发展的“动力之源”，正面临空前未有的机遇和挑战。深度利用信息化技术，建设数字化电厂，实现两化融合，已然成为电力行业首要考虑的目标和方向。同时，云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术与工业生产技术深度融合，诞生出工业级互联网，即工业互联网。

1 数字化电厂与工业互联网

1.1数字化电厂

数字化电厂的概念始于二十世纪末期，随着国内信息化技术浪潮和互联网技术的发展而逐渐引入的，可以從不同的角度可以给出不同的论述。在DL/T701-2012《火力发电厂热工自动化术语》中，数字化电厂指电厂各级控制和管理系统（包括现场设备等基础单元）均进入数字化后称为数字化电厂[1]。数字化电厂是电厂数字化达到一定程度后的状态。从电厂全寿命周期理论的角度，数字化电厂应包括项目前期、设计、建设、运营、退役等各个过程的数字化。综上所述，数字化电厂不是一成不变的概念，而是一个随着技术进步不断丰富其内涵的动态理论概念。

从电厂生产和管理流程及实现的目标出发，可将其整个活动划分为四层体系架构，即现场采集层、过程控制层、生产管控层、决策管理层。现场采集层包括现场总线设备，智能检测仪表与执行机构 ，以及其它先进检测设备（如在线分析仪表，视频与安防系统，机器人等），该层主要功能为生产过程的数据采集。过程控制层是电厂控制的核心，主要包括生产过程数据的集中处理，自启停控制技术等。

归纳概括数字化电厂的特点主要包括信息化、数字化、可视化、模型化、标准化，另外还要充分考虑系统的安全体系。

1.2工业互联网

工业互联网是新一代通信信息技术与工业技术深度融合的结晶，通过连接机器、物、人、信息系统的基础网络环境，实现工业数据的全面感知、动态传输、实时分析，形成科学决策与智能控制，提高生产资源配置效率。工业互联网平台是工业互联网的核心要素，是链接工业要素的纽带，是工业资源配置的核心力量。

工业互联网平台是面向工业数字化、网络化、智能化需求，构建基于巨量数据采集、聚合、分析的服务体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台，实现工业技术、经验、知识模型化、软件化、复用化，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态。

工业互联网的核心在于数据全面互联进而形成智能驱动力，数据、网络、安全是工业互联网两个视角的共性基础和支撑。

“数据”是工业智能化的基础驱动力，包括数据采集互换、汇集处理、分析建模、优化决策和控制反馈等功能应用，通过巨量数据的采集交换、数据异构处理、大数据计算分析，进而形成企业运营的管理决策以及设备运转的控制指令，驱动从机器设备、运营管理到商业活动的智能和优化。

“网络”是工业互联网互联及工业数据传递互换的支撑基础，包括基础网络的互联体系、标准标识的解析体系和应用服务支撑体系，表现为通过泛在互联的网络基础设施、健全适用的标识解析体系、集中通用的应用支撑体系。

“安全”是网络与数据在工业应用中的安全保障体系，包括设备安全体系、网络安全体系、数据安全体系、控制安全体系、应用安全体系和安全管理体系，表现为通过涵盖整个工业系统的安全管理体系，实现对工业生产系统和商业系统的全方位保护。

2 数字化电厂解决方案

工业互联网平台被称为新时代工业体系的“操作系统”。基于工业互联网平台的数字化电厂解决方案是工业互联网在发电行业的 “开花结果”，实现应用场景具体化。

数字化电厂解决方案包括数据采集层、平台层、应用服务层三大部分。数据采集层包括接入设备，网关，实现现场各类数据的汇集与本地应用。平台层即PaaS层集成基础环境，数据清洗，大数据分析等。应用服务层即SaaS层主要包括智能辅助决策、运营优化服务等。数字化电厂平台架构图见图1。

借助工业互联网平台，数字化电厂方案解决了传统生产经营模式下的不利因素，提高了生产效率。

在设备维护场景中，工业互联网平台结合设备历史数据与实时运行数据，构建数字模型，及时监控设备运行状态，并实现设备预测性维护。

在能耗管理场景中，基于现场能耗数据的采集与分析，对设备、生产线、物料能效使用进行合理规划，提高能源使用效率，实现节能减排。

在生产管控一体化场景中，基于工业互联网平台进行业务管理系统和生产执行系统集成，实现企业管理和现场生产的协同优化。

在企业决策管理场景中，工业互联网平台通过对企业内部数据的全面感知和综合分析，有效支撑企业智能决策。

3 发展方向

目前发电行业处于数字化电厂的快速普及和高速发展阶段，下一阶段是智能化电厂，最终目标是智慧电厂。数字化电厂是核心，实现各类基础数据的汇集，打通信息孤岛，为后续升级发展打下坚实基础。智能电厂在数字化电厂的基础上进行智能化融合，利用工业互联网、大数据、工业机器人、虚拟现实等新技术，实现高效的管控一体化并为生产经营提供辅助决策；同时智慧电厂在智能电厂的基础上，利用人工智能、机器深度学习等技术，深度挖掘企业生厂力，大幅度提高企业效率，更快更准的预测企业的生产经营情况。数字化、智能化、智慧化是电厂发展的三个不同阶段，三者相互关联，相互影响，相辅相成。

4 结论

构建数字化电厂，是一项长期、充满挑战的系统工程。为了建设数字化电厂，本文从工业互联网出发，阐述了工业互联网、数字化电厂的概念，以及两者之间的关联。讨论了基于工业互联网平台的数字化电厂设计方案。随着社会的发展，科学技术的创新，数字化电厂将愈来愈智能化、智慧化。

参考文献：

[1] 危元华，任晓东，李智，等.数字化电厂的概念及方案研究[J].电力建设，2013 （4）：52-54.

（作者单位：国电南京自动化股份有限公司1

江苏南京热电工程设计院有限公司2）