关于瓦斯发电数字化管理平台的研究与应用

熊鹏辉 田少国 田涛 陈龙

摘 要： 为提升瓦斯发电站管理自动化水平，基于当前瓦斯发电管控的主要问题，设计了一套适用于瓦斯发电站的数字化管理平台，并详细阐述了该平台的设计目标、关键技术、技术构架等内容，最后进行了系统实施和应用验证。该平台利用物联网、大数据分析和人工智能等先进技术，实现了对瓦斯发电站关键数据的实时监测、智能分析和决策支持。

关键词： 瓦斯发电站 数字化管理 技术架构 环保

中图分类号： TM73文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）03-0001-04

Research and Application of a Digital Management Platform for Gas Power Generation

XIONG Penghui TIAN Shaoguo TIAN Tao CHEN Long

Shaanxi Coalbed Methane Development Co.， Ltd.， Xian， Shaanxi Province， 710000 China

Abstract： In order to improve the automation level of the management of gas power stations， this article designs a digital management platform suitable for gas power stations based on the main issues of the current control of gas power generation， elaborates the design objectives， key technologies and technical architecture of the platform， and finally carries out system implementation and application verification. This platform utilizes advanced technologies such as the Internet of Things， big data analysis and artificial intelligence to achieve the real-time monitoring， intel‐ligent analysis and decision support of the key data of gas power plants. This study provides important theoretical and practical guidance for the digital transformation of the gas power generation industry， and has practical applica‐tion value and promotion significance.

Key Words： Gas power station； Digital management； Technical architecture； Environment protection

近年来，瓦斯发电作为一种环保高效的能源生产方式，在能源行业中日益受到重视。然而，传统的瓦斯发电站在运营管理中普遍存在着信息化程度低、决策依赖经验等问题，导致运营效率和安全性无法得到充分提升。为了解决以上问题，研究和应用瓦斯发电数字化管理平台变得迫切而重要。本文旨在对瓦斯发电数字化管理平台进行深入研究，并将其应用于实际项目中。通过引入现代信息技术和管理理念，构建一个可靠、高效的瓦斯发电数字化管理平台，以提升瓦斯发电站的运营管理水平，优化发电效率，降低安全风险，减少环境污染。

1 瓦斯发电管控主要问题分析

1.1 管控系统信息化程度低

瓦斯发电行业相对传统，一些发电站设备和管控系统无法适应现代信息化需求。缺乏更新换代的资金和技术支持，导致信息化程度低。同时，一些瓦斯发电企业对信息化技术的认识和了解较少，缺乏推动信息化改革的意识和能力，存在对信息化投入成本高、技术实施复杂等担忧。

1.2 瓦斯发电站不同部门间的管理系统多为独立运行

在瓦斯发电站建设初期，各个部门可能是分别建设各自的管理系统，没有进行系统整合和统一规划，导致各系统独立运行。不同部门的管理系统可能面向不同的业务需求，具有各自独特的功能和特点。为了满足特定部门的需求，开发和采用独立的管理系统更为方便和高效。

1.3 缺乏辅助决策与智能分析系统

当前，瓦斯发电站管控多是依靠经验进行决策判断，缺乏对获取到的信息进行智能分析，不能给瓦斯发电站管理层以及上级管理部门提供可靠的决策支持。

2 智慧瓦斯电厂

2.1 智慧瓦斯电厂的定义

智慧瓦斯电厂是一种基于数字化管理平台、物联网和人工智能等技术手段的先进瓦斯发电站，旨在通过整合多种先进技术手段，优化瓦斯发电站的生产运营流程，实现精细化管理，提高生产效率和能源利用效率。智慧瓦斯电厂的建设需要依赖于各类信息系统和设备的支持，如制造执行系统（MES）、监控和数据采集系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）等，以及传感器、智能仪表等设备。

而瓦斯发电数字化管理平台则是对上述信息系统和设备进行综合管理和优化的平台，旨在实现对瓦斯发电站的全局性监测和管控，并提供精准的数据分析和决策支持。瓦斯发电数字化管理平台涵盖了智慧瓦斯电厂所需的各项功能，如设备监测与维护、生产过程控制、短期调度和计划、能源消耗统计和优化、安全管理等方面。

因此，智慧瓦斯电厂和瓦斯发电数字化管理平台是相辅相成的。智慧瓦斯电厂依靠各种信息系统和设备来提高生产效率和运营效益，而瓦斯发电数字化管理平台则对这些信息系统和设备进行有效的统一管理和优化，确保整个瓦斯发电站的生产运营处于最佳状态。二者的协同作用，可以实现瓦斯发电站的数字化转型和智能化升级，提高生产效率、降低成本，并为未来可持续发展奠定基础。

2.2 智慧瓦斯电厂的优势

2.2.1 设备监控方式

相较于传统瓦斯电厂通过 DCS 就地控制室监控的方式，智慧瓦斯电厂可以借助互联网技术实现远程监控和管理。管理人员可以通过手机、平板电脑等终端设备随时随地监测设备状态，不再局限于现场操作，从而提高响应速度，避免延误处理故障的时间。

2.2.2 数据管理

智慧瓦斯电厂通过传感器和监测设备实时采集各种设备和系统的数据，包括温度、压力、流量等运行参数。这些数据可以被集中管理，并存储在数据中心或云平台中，方便后续的数据分析和处理。智慧瓦斯电厂通过数据可视化技术，将采集到的数据转化为直观的图表、报表或仪表盘形式，使管理人员能够直观地了解设备状态、运行情况和能耗信息。通过实时监控，可以快速发现异常情况，并采取相应的措施。借助大数据技术和分析算法，对采集到的数据进行深度分析和挖掘。通过构建数据模型和应用机器学习算法，可以发现设备运行中的潜在问题、趋势和规律。

2.2.3 报警与故障

智慧瓦斯电厂的智能化控制系统可以实时感知电厂各个环节的数据，并通过数据分析和处理，快速发现设备异常情况，如水温、缸温、轴承温度超标，及时进行报警。智能化控制系统具备故障自动诊断功能，可以根据异常数据和设备运行状态，提供一个基于规则和机器学习模型的自动故障诊断和分析服务，帮助管理人员快速定位问题。智能化控制系统还会将采集到的数据进行深入分析，包括历史趋势、维修周期、设备共性问题等，提供更全面、准确、智能的故障诊断结果，以便管理人员与检修人员进行更加精细的维护操作。

2.2.4 检修管理

智慧瓦斯电厂通过综合考虑设备的维修需求、生产计划、人力资源等因素，利用优化算法进行智能化的维修调度和排程，可以最大程度地提高维修效率和资源利用率，减少停机时间，保证生产计划的顺利执行。通过借助物联网和远程监控技术，可以实时监测设备运行状态，掌握设备的健康状况和维修需求。同时，远程支持团队可以通过远程协助和指导，帮助现场维修人员进行故障诊断和维修操作，提高问题解决的速度和准确性。

智慧瓦斯电厂通过信息化系统对备件和维修资源进行统一管理和控制。系统可以实时监测设备维修历史和备件库存情况，根据需求进行自动化的备件采购和库存补充。有助于避免备件过量或短缺的情况发生，提高备件的使用效率和降低库存成本。

2.2.5 设备信息管理

智慧瓦斯电厂采用二维码标识和智能化平台手机App的方式进行设备信息管理，相较于传统的资料存档和查阅方式，具有以下优势。

（1）电子化资料永久保存：通过将设备信息电子化，可以避免传统纸质资料的损坏、遗失或磨损等问题。电子化资料可以长期保存，并且可以进行数据备份和灾备措施，提高信息的可靠性和安全性。

（2）方便快捷的查询方式：通过智能化平台手机App扫描二维码，可以轻松查询设备的所有信息，大大节约查询时间和人力成本。

（3）技术能力提升支持：通过智能化平台手机App的使用，新员工可以更快地了解设备信息和工作流程。有助于个人技术能力的提升，加快适应新环境，并且降低培训成本和时间。

2.2.6 组态实时监控

智慧瓦斯电厂通过组态实时图监控技术能够实现对生产过程的实时监测和控制，提高瓦斯发电的效率和安全性。通过图形化的界面，操作人员可以直观地看到瓦斯电厂的整个流程和设备状态，如燃料输送系统、发电机等，能够更加准确地了解生产情况。组态实时监控能够实时采集瓦斯电厂各种参数和状态数据，包括燃气浓度、温度、压力、流量等，保证操作人员能够及时获得重要信息。通过设置特定阈值和条件，组态实时监控能够对异常数据进行判断并触发报警，如超温、高压、低水位等，及时提醒操作人员注意。智慧瓦斯电厂的组态实时监控还支持远程访问和操作，能够实现在外地对设备和系统的监控和控制，提高生产管理的便捷性和灵活性[1-2]。

3 数字化管理平台设计

3.1 预期设计目标

瓦斯电厂数字化管理平台的设计目标为确保各个子系统之间的相互连通，解决原有的信息孤岛问题，并实现集中监控和资源共享。为了达到这一目标，可以采取以下措施。

3.1.1 数据集成与共享

通过建立统一的数据接口和通信协议，将各个子系统中的数据进行集成，实现数据的共享和交互。从而实现不同子系统之间数据的无缝对接，方便信息的互通与管理。

3.1.2 统一监控与控制平台

设计一个统一的监控与控制平台，将各个子系统的监测点、传感器、仪表等设备连接到该平台上。通过该平台，可以实现对不同子系统的集中监控和控制，方便操作人员对整个瓦斯发电站进行综合管理和运行调度。

3.1.3 实时数据传输与处理

建立高效可靠的数据传输网络，确保各个子系统的数据能够实时传输到监控平台，并进行实时处理和分析。通过实时数据传输与处理，能够使管理人员及时发现设备异常、故障等问题，并采取相应的措施进行处理和修复。

3.1.4 告警与预测功能

在管理平台中加入告警与预测功能，通过对各个子系统的数据进行分析和比对，及时发现潜在的故障风险，并提前预警，以避免事故的发生。同时，基于历史数据和智能算法，可以进行设备运行状态的预测，提供预防性维护的建议，优化设备的使用寿命和运行效率。

3.1.5 可视化界面与操作

设计直观友好的可视化界面，将瓦斯发电站的相关信息、数据、状态等以图形化的方式展示出来，方便操作人员进行监控和操作。通过简单直观的操作界面，提高操作人员的工作效率和准确性。

3.2 关键技术

3.2.1 大数据采集与分析技术

建立完善的数据采集系统，对瓦斯发电站各个子系统、设备以及环境中的传感器和监测点进行数据采集。可以采用现场总线技术、物联网技术等手段，实时获取各个子系统的数据，并将其传输到数据存储设备或云平台。将采集到的大数据进行存储和管理，使用分布式数据库、数据仓库等技术，确保数据的高可靠性和高可扩展性。同时，采用合适的数据压缩和索引技术，优化数据存储和查询效率。对采集到的原始数据进行清洗和预处理，包括去除异常值、填补缺失值、数据格式转换等操作，确保数据的质量和准确性。利用数据分析和挖掘技术，对瓦斯发电站的大数据进行深入挖掘。采用统计分析、数据挖掘、机器学习等方法，从数据中发现隐藏的规律、趋势和异常情况[3-4]。

3.2.2 节能环保技术

智慧瓦斯电厂应用先进的节能与环保技术，如余热回收利用、瓦斯净化处理、废气排放治理等，降低资源消耗和环境污染。瓦斯电厂在发电过程中会产生大量的余热，通过烟气余热锅炉等设备进行余热回收利用，将烟气中的热能转化为蒸汽或热水，用于供暖、工艺用热等其他用途，提高能源利用效率；瓦斯电厂会产生含有二氧化碳、硫化物等有害气体的瓦斯，采用先进的净化设备进行脱硫、脱硝和除尘处理，将废气排放中的有害物质降低到国家标准以内，减少对大气环境的污染；如果余热无法完全回收利用，瓦斯电厂采用废热发电技术，通过废热锅炉和蒸汽涡轮机等设备将余热转化为电能，提高瓦斯发电厂的整体能源利用效率。

3.2.3 远程监控与通信技术

智慧瓦斯电厂的远程监控系统通过传感器、数据采集设备和监控终端实现对电厂各个环节的实时监测和数据采集。例如：通过温度、压力、流量等传感器获取关键设备（如燃气涡轮机、锅炉）的运行参数，同时采集电力输出、能耗数据等重要指标，并通过网络传输到监控中心，实现对电厂运行状态和设备性能的远程监控。智慧瓦斯电厂采用可靠的数据通信网络，如局域网（LAN）、广域网（WAN）和互联网等，实现电厂内部不同设备之间以及电厂与远程监控中心之间的数据传输和共享。常用的通信协议包括以太网、Modbus、OPC等，确保数据的安全传输和实时性。远程监控系统还可以通过远程操作与控制功能对电厂设备进行远程调试、参数设置和故障排除。运维人员可以通过监控终端对设备进行远程控制，提高电厂的响应速度和运行灵活性。

3.3 平台技术架构

本项目构建的瓦斯发电数字化管理平台技术架构图如图1所示。

4 实际应用案例

本项目研发的瓦斯发电数字化管理平台已正式落地并上线运行，该智慧化电厂也正式投入使用。本项目的智慧化电厂管理平台主要包括：一体化SIS/MIS管理系统、设备故障诊断与预警系统、基于互联网+的安全管理系统、手机App移动应用以及硬件支撑系统等功能模块，在PC端与可视化大屏联动，实现全厂自由导航、生产经营数据实时监控、生产运行实时监控，全厂人员定位及危险区域管理、智能巡检、生产异常及安全预警、设备故障诊断及智能培训、移动办公、设备预保养及维修管理、物资管理等全业务流程管控。

该平台的正式运行，可以减少85%的设备故障率，提高机组10%的有效利用小时数，大幅降低工作人员的劳动强度[5]。

5 结语

瓦斯发电是一种重要的能源生产方式，其具有环保、高效等优点，在能源领域中扮演着重要的角色。随着信息技术的不断进步，数字化管理平台正在逐渐应用于瓦斯发电行业中，并且取得了显著的成果。文章通过对现有瓦斯发电站运营中存在的问题和需求进行分析，设计了一套瓦斯发电数字化管理平台并进行了实际应用。在该平台中，引入了先进的信息技术，如物联网、人工智能、大数据等，以支持瓦斯发电站的管控和决策。

参考文献

[1]付华雯.论智慧瓦斯电厂的优越性[J].现代工业经济和信息化，2019，9（8）：49-50.

[2]麻磊.瓦斯发电站监测监控系统设计与应用[J].机械管理开发，2021，36（10）：259-260.

[3]郭志宝，孙大双.基于AHP方法的瓦斯发电项目综合效益评价体系权重构建：以汾西矿业为例[J].商业会计，2023（17）：48-51.

[4]黄克海.瓦斯发电提效装置监控系统设计[J].化工管理，2023（21）：132-136.

[5]祝彦.低浓度瓦斯利用技术现状综述与展望[J].能源技术与管理，2022，47（4）：32-34.