大型燃机智慧电厂建设

王树春 李祥苓 王伟同

[摘    要]智慧电厂是一个国家电力工业发展的标志，智慧电厂建设是一种数字化和智能化结合来确保电厂安全、生产、经营的综合性先进技术，可以推动不同产业发展升级。其拥有的主要技术特点：包括智能图像传输、信息技术融合、智能管理计划、智能算法、智能分析决策、管控系统一体化、全方位寿命和长周期智能管理。主要介绍智能电厂优点、内部各个模块概念及实现方法。

[关键词]燃机;智慧电厂;建设

[中图分类号]F426.61 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]Smart power plant is a symbol of the development of power industry in a country. The construction of smart gas turbine power plant is a kind of comprehensive advanced technology combining digitization and intelligence to ensure the safety， production and operation of power plant， which can promote the development and upgrading of different industries. It has six main technical features： its products have six main technical features： including intelligent image transmission， information technology integration， intelligent management plan， intelligent algorithm， intelligent analysis and decision-making， management and control system integration， all-round life and long-term intelligent management. This paper mainly introduces the advantages of intelligent power plant， the concept and Implementation method of each internal module.

[Keywords]gas turbine; smart power plant; build

1 大型智慧电厂系统构架

智慧电厂主要是在传统的物理和数字化火力发电厂技术的支撑下，通过自身构建先进的控制系统和安全高效的网络平台、数据库存储与分析的平台和信息共享的平台以及互联网技术，把相关的制造、设计、施工、运行、保养、管理和决策等各个方面都互动了起来。用先进的管理思想和信息技术，使电厂的建设、管理、运行和日常维修更加精益求优，实现了环境友好、可持续发展的科学发展目标，并且具有多点感知、全面的互联、智能分析等优势（图1）。

2 建设大型智慧电厂目标

智慧型内燃机火力发电厂以如何实现火力发电企业工作在全过程管理中的各种数字化、自动化、信息化、标准化过程管理功能为主要工程技术理论基础，以管控系统一体化、云计算、物联网为技术平台，集成了各种智能过程传感与系统执行、智能过程控制与系统优化、智能财务管理与智慧战略决策等各种管理技术，是一种完整的、具有自动化学习、自动化适应、自趋优、自动化修复、自动化组织的新型现代智能火力发电厂的工作过程运行和管理控制系统管理技术模型，实现了更加安全、高效、清洁、低碳、灵活运作的企业生产经营宗旨。

（1）挖掘机组节能减排潜力，降低机组整体煤耗，污染物排放达标，使得机组运行更加高效环保。

（2）提高了发电机组的调频负荷自动响应速度和自动调频系统功率自动控制能力，满足了对智慧城市电网调频AGC和一次性自动调频的功能要求，机组灵活性运行水平明显提升。

（3）全面提升机组自动化和智能化水平，实现减员增效和人性化管控，短期达到“少人值守”目标，最终实现“无人值守”。

（4）机组的各个主要参数的控制产品质量得到了大幅提高，增强了机组正常运行时的安全性与稳定性，为机组安全、高效、环保運行提供保障。

（5）提升管理，计算分析火电厂总成本、总收益、机组启停曲线、盈亏平衡曲线及发电市场价格，给发电厂或发电集团的生产及售电与竞价策略提供重要参考依据。

3 一体化智慧平台

组建一个集存储、计算、管理、展示和决策于一体的数据和运算平台，通过数据和服务两个基本点融合在一起，形成了一个可灵活扩展的体系，提供多源异构数据的超融合接口。

4 运行全面数字化

数字化控制监视系统从整体结构上可以划分可成为3个层次，第一层主要是负责厂区内各级工业信息系统管理层，即管理设备和管理人员。第二层主要是负责工业生产的全过程自动控制层，主要是逻辑判断和自动处理机构。第三层分别是现场质量检测、监控和工业智能设备层，即各个系统的检测和反馈测点。

现场智能设备层是现场数字化控制处理系统的一个重要基础组成部分，包括现场测量仪表、执行机构、电动阀门、电气马达控制器等就地采集数据的基础部分，并将所有信号汇集到总线，通过总线来通信到控制处理系统，设备中大量整定和维修的信息经由数字化从现场总线处理网络发送到控制处理系统，从而使得设备正常运行和维修安全可靠。

现场总线技术，其根本出发点就在于让所有的燃气电厂生产工艺和流程与现场各种设备的信息都实现了数字化，特别重要的是对基层管理阶段各级的信息都可以及时、准确地掌握，是真正具有传统意义的智慧型燃气电厂的技术基石。

5 智慧管理

智慧管理中心：以企业数据信息的共享服务为主要依托，通过企业所有者和个人的智慧管理系统所采用的大量数据分析处理、预测和控制、自动决策、流程优化等科学技术手段实现对全厂企业生产和运营活动的智慧管理。移动端发布模块：以企业微信或App的方式将智能电站的应用发布到移动终端上，为管理者提供及时的生产现场信息访问能力。运行同步绩效精细化管理的考评模块：该系统是一种适用于电厂同步强化考核的管理工具，它以量化管理的思想模式为设计核心、以采集到实时的大数据资料为依托，在各种经济指标、安全技术指标、环境指标等方面针对同步强化电厂的运行者进行了实时考核得分和绩效评定的专项体系，以此方式来鼓舞和激励机组运行人员，保障了监盘、操作、调节的工作质量，提升了机组在生产运行期间的安全及经济效益。

6 智慧安全

智慧安全是一个集预案、视频、图像、语音、地理位置等多种信息于一体，以建立电厂安全管理子系统专网和电站信息中心为主要技术基础，各个子系统有机交互为主要特点的电厂智慧安全管理子系统和基础设施，将分散式的各类安全管理子系统（如门禁监测系统、视频监控系统、人员定位系统、电子围栏等）之间进行有机互连，在线上即时通讯，可视化的三维场景式监控画面下，综合处理各种厂区的业务，从而真正做到了智慧厂区之间的协调联动、安全防范。

智能门禁实时联动。将所有工作票的工作区域与门禁系统相互结合，在获得工作票允许后，工作任务中所有涉及的门禁都会由工作负责人和班组成员自动获得授权该工作区域的门禁实时进出权限，并按照工作计划时间设置权限时效性理。通过设置区域硬隔离，实现生产现场与办公、生活区域有效隔离，并将不同功能区域分别设置隔离区，人员或厂内车辆只能够通过一卡通或人脸识别以及智能IC卡进行出入。还能够实现人员和车辆在区域内的实时定位。

智能自动化车辆。通过实时地对入厂的车辆注册和记录，可以确保所有车辆的合法行驶，监测系统可以准确地识别出所有车牌的内容、汽车颜色、型号等基本资料，对未进行登记的车辆实现限制驶入规定区域，并进行报警提示，并能够实时显示车辆使用人员和所在区域，有效监督车辆的速度和行驶轨迹。

7 智慧检修

主要包含生产管理移动应用、发电设备状态检修管理系统、主要设备及其辅机的故障预警、机组运行寿命管理系统、机器人与其他智能装置的巡检等系统。结合与智慧运行、智慧管理交互信息，综合分析，给出发电设备的维护周期、更换时间和采购计划，实现发电主要设备的智能化、合理化和数字化管控。

生产经营管理移动化应用模块。完成缺陷管理、智能工作票、智能设备巡检、智能维护检修、设备安全预警和生产管理的移动应用等功能，实现对人员安全和设备操纵的主动化安全管控。可以有效保障巡点检及工程中的缺陷业务资料的真实性、实时性、准确度，将工作票的就地启用及服务期间终结、操作票装置信息识别和实时监测、实时评估等各项管控技术措施推广到市场运营中;并且还具有可以扩充为人员定位、电子围栏等多种功能，在具体实现本质安全要求的前提下提高工作效率。

机组主要部件和设备的智能早期预警模块。对机组主要部件和设备的数据进行挖掘，得出反映设备正常状态的重要特征指标及其动态变化规律。当特征指标发生偏离时可发出预警;根据特征指标的动态变化规律，建立设备正常状态的自学习和自判断，减少预警的误判和漏判。同时建立设备预警后的故障分析处理知识积累，为预警后的智能判断建立基础知识库。

重要辅机设备状态监控模块。重要对辅机设备的实时数据进行分析和处理，采用了统计归纳、神经网络及其他支持的向量机等多种智能化算法，挖掘其与设备的振动、转速、负载和工作温度等之间的各种内在关系，自动发送并给予有针对性的运行指导及处理意见。采用了数据挖掘技术中的故障分类及数值预测的方法，从故障预测和性能预测两个研究方向，对重点辅机系统进行状态评价，结合风险维修理论，实现定量评估，自动判定风险评级，优化辅机的检修。机器人巡检：采用云化智能机器人实现全厂生产环境的智能巡检，与传统的人工作业相比，机器人巡检具有更高效、更全面等特点。巡检对于危险繁重的区域，全面物资保护管理、全面设备寿命管理、倾斜风险预警、故障诊断等都会使得电厂运行维护工作强度大幅降低、电厂的检修工作更加精简和优化，检修朝着可靠性的方向发展。

8 智慧运行

机组普遍存在制粉系统、脱硫、水位控制等仍需大量人工操作干预的生产过程控制。该控制模块充分借鉴了运行管理人员智慧生命活动的规律，应用了专家控制、自主学习、数据挖掘等创新技术，实现了人工取代过程控制，减少80%以上运行管理人员进行控制和干预的工作，大幅减轻了运行管理人员的劳动强度和错误操纵风险，同时还可以优化控制系统的性能，是建设“少人值守”智能电站的基础。

智慧监盘。以广泛梳理火电机组运行监盘工作经验为基础，重点关注监盘工作的普遍痛点和盲点，智能辅助运行监盘人员全面掌握机组、系统、设备运行情况。

一键启停与自动巡航。大幅减少启/停机操作量，变负荷启停设备操作量，重要辅机投/停、并/退、定时切换操作量，需人工调整工作量。

智能冷端变频控制模块。根据环境参数、负荷需求和冷端系统运行状态，实现循环水泵精准变频节能优化控制;并在机组升降负荷需求的动态过程中，利用冷端的变频背压调节能力，充分利用循环水系统的蓄能，辅助机组进一步提高灵活调峰能力。

初级智慧人工模块。充分借鉴了运行系统中人工智慧活动规律，应用专家自主控制、自学习等新型技术，实现了用人工代替过程控制，减少80%以上运行系统中人工控制干预的工作，平常重復性定期工作交由智慧模块进行巡行，大幅降低了运行系统中人工的劳动强度和错误操作风险，同时还可以优化控制的性能，是建设“少人值守”智能电站的基础。

9 结束语

智慧电厂建设示范工程整体规划及硬件平台在智慧电厂建设初期一步到位，具体智能化应用模块将根据电厂需求和规划，分阶段完成实施。第一阶段以两年为期限搭建一体化智慧平台建设，智慧安全中心、智慧运行中心、智慧管理中心、智慧检修中心、智慧燃料中心，智能模块开发及应用，以建成“初级智慧电厂”目标。第二阶段以两到三年为期限在“初级智慧电厂”的基础上，深化开发和应用智能模块，示范工程建成理想的“绿色智慧电厂”。

参考文献

[1] 宫平.电厂继电保护故障诊断与现场处理方案探讨[J].建筑工程技术与设计，2018（29）：3968.