数字化转型背景下的数字电厂应用场景思考

◆张钟平 王玉菲 于娜

数字化转型背景下的数字电厂应用场景思考

◆张钟平1王玉菲2于娜3

（1.华电电力科学研究院有限公司 浙江 310000；2.南京华盾电力信息安全测评有限公司 江苏 210000；3.中国华电集团有限公司 北京 100000）

以绿色低碳为方向的新一轮能源革命正在全球蓬勃兴起，面对可再生能源逐步替代化石能源，电力消费逐步替换其他能源消费的趋势，能源供应和消费的界限变得日益模糊，同时新一代信息技术的全方位渗透正深刻地影响着能源行业原有的生产方式、组织方式、商业模式、价值链分布和竞争格局，数字化转型将是能源企业高质量发展的内生动力。

数字化转型；数字电厂；数据

工业技术与信息技术的深度融合创新生产组织方式和运行方式，多能协同、就地分散、智能管控、高效低碳、经济适用已成为能源趋势。通过数字化构建数字电厂，目的是实现经营管理全过程实时感知、可视可控、精益高效，促进发展质量、效率和效益全面提升，以数字化提高电力精准服务、便捷服务、智能服务水平。

1 发展背景

1.1 发展需求

数字电厂是先进信息技术与传统电力生产深度融合产物，实现更加安全、高效、清洁、经济、可持续发展的生产目标。数字电厂建设能够促进运行、检修、安全和状态诊断等各个方面的创新，增强核心竞争力，是发电行业在新时代竞争浪潮中实现生存和发展的重要选择。

1.2 建设目标

数字电厂是在广泛采用现代数字信息处理技术和通信的基础上，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，创新设备运行、检修、安全和状态诊断，建设网源协同、安全可控、指标最优、成本最低、满足电力市场需求的数字电厂，提升发电企业内部管控水平、外部环境适应能力，增强区域内传统能源与可再生能源的互补能力，提高整体运营水平。

2 基于工业互联网的数字电厂

2.1 基于工业互联网的数字电厂规划与建设

为解决传统电厂在信息孤岛、数据质量、两化融合等问题[1]，如图1所示，通过企业级微服务平台搭建，构建起了电力企业智能化应用生态。围绕生产运行优化、故障诊断、优化检修、优化管理、智能决策、网络安全等主题，开展智能化应用集成。

图1 数字电厂主要规划

2.2 数字化应用效果

如图2所示，基于分布式组件的统一数据汇聚和分析计算平台，建设统一的应用服务发布，承载各智能化应用，实现了数据的预处理，提高了数据的质量，解决了数据找不到、用不了、缺数据的问题。在统一数据平台上，探索构建面向发电企业、科研院校、专业公司、软硬件厂商有条件开放的数字电厂生态圈。

图2 数字电厂统一数据平台

（1）优化控制实现机组自启停（APS）。实现机组自启停、快速启停机、自动巡航功能，依托工业互联网技术，实现全负荷运行寻优、智能巡检、优化检修、故障诊断、智能安防等功能。优化控制逻辑，升级必要的现场硬件，提高机组自动控制水平。

（2）以热力学模型和数学模型为核心，以快速稳定准确的非线性方程组求解器为支撑，根据设备特性和系统逻辑建立性能分析模型，并利用实时及历史运行数据对模型进行动态修正，基于修正完的准确模型进行设备和系统的经济性分析、诊断和预测，为业主优化运行方式和技术改进提供决策支持，实现不同工况下优化机组性能、降低燃料消耗，最终使电厂、机组和主要设备维持在较高的性能水平。

（3）基于大数据平台积累的多维度数据，构建基于大数据的数据仓库，借助平台数据治理能力，形成厂级数据资产，建立数据治理体系。通过数字电厂建设方案中的预警诊断功能可准确定位故障原因、快速主动维护，以此降低设备故障发生率。通过建立标准规范体系，建立数据共享机制，形成数据生态，在更大层面发挥数据价值。

（4）通过各信息系统集成，实现编码标准化、接口规范化、数据融合化，同时具有开放性、灵活性与安全性，在电厂运营期可根据实际管理需求扩展相关应用服务功能；合理规划数据平台的建设，在厂侧应用功能规划上可避免重复建设。

（5）基于大数据平台的强大算力，打通了生产数据和运营系统的边际，挖掘大量燃料趋势价格和单位燃料耗量等生产数据，建立发电平均成本和边际成本计算模型，核算边际成本和平均成本等报价方式的成本收益，为电力市场的中长期和现货交易提供计算依据。

3 基于工业互联网的安全可控新能源集控系统

3.1 数字化规划和建设

采用“区域、场站、机组”三层架构，实现了新能源风光场站“远程监控、无人值班、少人值守、状态检修”的生产运营模式，通过在集控中心侧搭建了基于时序数据库的数据中心，将数据作为生产的核心资产，利用集控中心数据，系统提供生产统计功能，为多种数据对标分析提供智能化统计模板。平台在运行人员操作层实现监控操作的统一，在管理控制层实现指标控制的统一，并以此为基础为领导决策提供了可靠的参考。新能源远程集控系统促使各新能源企业内部从单一、被动的生产管理模式向全方面控制生产、经营、安全、规划等模式发生转变，如图3所示。

图3 新能源集控系统

3.2 集控系统主要功能

（1）数据采集。通过跨平台数据采集软件，采集风力发电机、逆变器，光伏电站等设备的实时数据，并通过算法加密后上传。

（2）数据传输。将采集的数据通过正向网闸等设备传输到消息总线。控制命令通过反向网闸下行传输，同时控制数据采用算法进行加密[2]。

（3）通信总线。利用开源消息中间件和数据转发中心等进行数据认证和分发。

（4）存储和计算。利用实时数据库和关系型数据仓库，并建立各种指标计算模型，利用相应计算程序统计计算结果，为上层应用提供数据支持[3]，通过调度平台来管理各种计算程序。

（5）控制区应用功能。基于底层开发的应用，包括生产监视、实时报警，自有报表等功能。

（6）数据智能化应用功能。利用大数据和数据挖掘技术，进行复杂机理建模与指标统计计算，并支撑发电评价、性能评价、故障分析、生产报表等应用[4]。

3.3 应用效果

（1）系统实现了新能源电站生产管控的数字化和生产运营的智能化，可对多个新能源场站进行数字化远程集中监控以及区域新能源场站的统一指挥、统一管理，保证新能源场站的安全稳定运行。

（2）基于国产化芯片服务器打造私有云化环境、国产自主可控的基础软件和自研应用软件，建立新能源集控系统的安全防控体系，实现全方位的安全保障，最终形成基于工业互联网的安全可控新能源集控系统整体解决方案。

（3）安全可控新能源集控系统，避免外部网络攻击、控制命令篡改等网络安全事件，有效节省工控安全事件处理成本，实现区域新能源集控的自动化、智能化，实现新能源场站“无人值班、少人值守”的目标，在降本增效方面产生显著成效[5]。

4 结束语

在数字化浪潮下，发电企业必须积极拥抱数字化发展的时代趋势，抢抓能源技术革命新机遇、打造高质量发展新引擎的战略高度，把加快数字化、智慧化发展作为全产业提质增效的重要推动，促进企业一体化运营核心业务、综合能源服务等新业务、数字经济新生业务合理布局，不断提升智能生产、智慧管理、智慧运营水平，以数字化、智慧化赋能高质量发展，实现产品创新、员工赋能、用户服务、生态协作能力全面发展，为助力构建新发展格局作出新的更大贡献。

[1]孙剑，任治豪. 中天合创安全生产调度信息管理系统初步设计与应用[J]. 数字技术与应用，2015（8）：184-184.

[2]孙悠子. 基于Android的常熟公安入户访查系统的设计与实现[J]. 江苏：苏州大学，2017：TN929.53.

[3]林健，林超斌. 基于KDD的区域经济DSS设计[C]//第十一届全国计算机模拟与信息技术会议，烟台，中国优选法统筹法与经济数学研究会，2007.

[4]张强. 基于大数据和集中监控技术下的风机状态分析与检修[J]. 中国新技术新产品，2019（22）：35-36.

[5]徐进，丁显. 以精益化运营推动新能源产业高质量发[J].中国电力企业管理，2018（19）：84-86.