摘 要：随着云计算、大数据、物联网等新一代信息技术和工业化的“深度融合”，各大发电集团、发电企业和电力相关企业都在致力于智慧化电厂理念的实际探索，智慧电厂创新方案百花齐放，但是大部分智慧电厂的落脚点都是在智慧监视层和智慧管理层。由于DCS系统存在的不开放性、局限性、网络安全高等特性，基本上没有在DCS系统上进行的智慧电厂建设的方案。本文主要结合DCS系统自身特性，在DCS系统上进行设备状态监测和故障诊断预警和智能控制等智慧电厂建设方案的探索。
关键词：深度融合；智慧电厂；DCS系统；状态监测和预警
背景
电力是我国国民经济发展的重要基础。随着我国经济转型不断深入，全社会总用电量增幅趋缓，过去几年火电机组装机增长过快导致全国发电机组装机大大超过实际用电需求。虽然火电机组新增装机量已明显下降，但是太阳能、风能、生物质发电等新能源发电厂仍在快速增长，火电机组实际利用小时数将不断探底。同时，煤炭价格长期居高不下，大用户直供电、竞价上网等新的售配电方式越发普及，使得火电厂运营压力空前加大。
近二十年来，随着传感器技术、通信技术以及数据库等技术的高速发展，火电厂在不同程度上实现了数字化。但是由于DCS系统自身存在的不开放和电厂网络安全的要求，使得DCS系统内部的数据无法通过先进的科技手段进行开发利用，DCS系统的数据成为“一潭死水”。本文的智慧电厂建设方案主要是通过对电厂DCS系统各类信息的数字化处理，借助于网络技术实现准确且可靠的信息交换和实时共享，并利用智能专家系统进行各种优化决策，为机组的运行和维护提供科学指导。
一、设备状态监测和故障诊断预警
机组运行状态监测是对机组实现状态监测与故障诊断的第一步，是对机组进行有效的故障诊断的前提。目前主流的状态监测技术以及相关软件主要是通过设备监测系统的筒单呈现和定时人工巡查的方式来对机组对象的运行状态进行监测，这样主要有两个缺点：一方面人工巡视检查方法局限性和滞后性较大，一般只能发现机组设备比较明显的故障，不能在异常或故障发生初期就及时发现并进行处置；另一方面这种方法更关注信号本身层面的监控，缺乏对全局问题的分析和判断，不能进行有效的机组设备状态监测。
另外，运行人员针对设备问题分析，主要采取的手段是将当前的设备状态数据与历史各个时期的设备状态进行比较和分析。随着电厂年限的增长，DCS系统历史数据库里积累了海量的历史数据，这种数据量极大且结构多样，具有“5V”特性，传统的数据库软件调取的时间和过程比较复杂，只能简单的调取数据，不能做出关联判断和分析。因此，迫切需要对历史数据的进行开发和利用，采用科技手段和方法将数据库包含的运行经验和设备状态等有价值的信息分析总结出来。同时利用运行状态知识、设备结构知识和经验规则知识等应用的知识，通过人工智能等技术来对故障信息进行学习和推理，从而辅助运行人员进行故障诊断。
二、智慧监盘系统的探索
建立智能监盘系统的目的是让机器代替运行人员监视设备运行参数、判断设备运行状态、识别可能的故障和执行设备调整操作，实现这个目标需要解决的关键问题是将运行人员和专业工程师的经验不断转化为数学模型传递给机器，让机器拥有人的知识和经验，能够进行初步的分析和判断。智慧监盘就是要用机器代替人完成简单的监盘工作，把人从大量简单繁琐的监盘工作中解脱出来，集中精力分析较复杂的运行监盘问题，将新的知识和经验转化为更高级的数学模型并传递给机器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆周而复始，机器将不断这样迭代下去，随着积累的知识越来越多，模型不断自学习完善，就能代替人完成更加复杂的工作。
2.1基于传统SIS系统的状态监测
传统SIS系统上建立的状态监测主要进行数据模型的建立，构成一个封闭的静态的开环指导系统，运用sis 数据进行实时监控。具体来说存在几个缺点：1）封闭性，现有方法是用高级编程语言开发的设备故障诊断系统，模型是被封装在程序里的，用户无法在线查看模型的计算过程和中间计算结果；2）静态性，热力系统和动力设备的运行状态和参数变化规律是会随时间发生变化的，因此设备的状态监测和诊断模型也要不断调整，由于系统是封闭的，造成现场人员无法将最新的经验和知识传递给机器，因此机器的知识体系是静态不变的；3）无法实现闭环控制，现有技术是将设备状态监测和诊断系统放在厂级监控信息系统里，而《电力二次系统安全防护规定》要求厂级监控信息系统与DCS集散控制系统之间必须设置单向隔离网闸，也就是说数据只能从DCS向厂级监控信息系统传递，而不能反向传递。因此厂级监控信息系统里的设备状态监测和诊断结果不能写入DCS，也就不能实现闭环控制。
2.2基于DCS系统的智慧监盘系统架构
为了克服传统SIS系统上建立的状态监测系统存在的缺陷，同时考虑到DCS系统性能以及网络安全的要求，对在DCS系统上建立的智慧监盘系统进行探索和设计。
智慧监盘系统网络构建主要采用一台高性能服务器与DCS网络连接，采用OPC通讯协议从DCS系统OPC服务器读入数据和写入数据。高性能服务器可以使用高级语言进行机组相关模型的建立和开发。由于其是独立的一台服务器，可以在机组正常运行时及时调整模型，以便更加准确的监测设备的运行状态，做出经济性评价分析、耗差分析、故障诊断分析，给运行人员提供了非常有效的运行建议指导，智慧监盘系统将诊断结果和控制指令通过OPC通讯接口写入OPC服务器，控制器里的赋值逻辑将OPC服务器里的指令信号转接入控制器，从而实现设备闭环控制。
三、智慧监盘系统的模型设计
3.1智慧监盘模型的建立
要进行智慧监盘系统的建立，首先要进行的是对设备健康状态评分机制的智慧监盘模型的建立，DCS系统里的测点成千上万个，没有一个正确的评定机制，就无法准确进行全局的建立。为此想到的办法就是将单元机组里的各个系统和设备按工艺进行逐级分解，从机组级到专业级，到子系统级，再到设备级，将各个设备的多种指标评分综合成一个分数，实现机组当前状态直观、明确的定性或定量判断。
3.2智能监盘系统的设计
智能监盘系统在深入挖掘和分析海量历史运行数据基础上，建立各类参数的上万个预测模型和评价模型，按照厂类设备系统划分原则划分为若干个系统，如汽轮机油系统、风烟系统、制粉系统等。每个系统都设置有安全指标、经济指标、参数分析、故障预警、自动投入五大模块，根据设备健康状态评分机制，建立这五个模块的机组健康度实时量化评价体系，自动分析参数情况和对经济指标综合评价。同时每个模块都有自己单独的显示窗口，提前预警故障征兆。
运行人员可以在机组稳定运行监盘时只要关注机组或者系统健康度，整个监盘过程比较轻松。监盘模式悄然发生变化，由传统的人员监盘方式变成计算机为主运行人员为辅的监盘方式。运行人员不需要一直盯着画面看，也不用在海量的数据中进行筛选和判断。当某个系统出现健康度低的情况时，直接在五个模块内进行查找，每个模块设计引到菜单，运行人员可直接进入下一级画面，查找问题的根本原因。
当智能监盘系统运行稳定可靠后，可以投入其智能控制。通过DCS系统网络引入到控制器相应的逻辑进行闭环控制，从而实现预警、控制的联动机制，提高机组的智能化水平。
总结
智慧电厂建设的方案不论是在SIS上还是在其他平台上进行建设，最终归根结底都要落实到DCS系统上。由于之前许多先进的科技知识或者科技手段不成熟，无法满足DCS系统的国家标准和要求，因此不能在DCS系统上进行智慧电厂方案建设。随着DCS系统相关技术的突破，设备的性能稳定可靠，基于DCS系统上进行智慧电厂建设的方案，已经成为智慧电厂实现的快车道。我们应不断的应用DCS系统功能和先进算法，进行各类数据的建模，实现机组的智能控制，尽早并入快车道，推动公司的高质量发展。
论文作者:郭光强
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
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