摘要: 2010年以后，随着中国“智慧中国”、“智慧城市”、“智慧园区”建设的蓬勃发展，智慧化建设逐渐从社会公共服务、市政建设向基础工业领域拓展。在“互联网 + ”时代发展的大背景下，云计算、大数据分析、移动互联网等优势技术不断进入人们视线，将先进科学技术与复杂电力能源系统进行有效结合，进而提升生产经营的管控力度，已成为电厂建设所追求的新兴目标，智慧电厂的概念也因此应运而生。对首次在工程中运用和实施的多能流管控系统架构进行了研究，分析和总结了工程设计特点，并对其具备的功能进行了展望。
关键词: 智慧电厂; 管控; 多能流
1、智慧电厂的架构
智慧电厂的架构应用一方面仍依赖于工艺系统中基础仪控测点提供数据的准确性及控制系统的可靠性; 另一方面离不开对全厂进行三维精细化的建模。在此基础上，通过大量智能设备和网络设备的应用对电厂人、机、料、环、法进行全面地管控，并能进入能源互联网实时进行分析和决策。智慧电厂的架构应包括智能感知层、智能控制层、智慧管控层，如图 1 所示。
图1 智慧电厂架构示意图
1.1 智能感知层
智能感知属于物联网范畴，是覆盖面更广、颗粒度更细、更精深的感知。对智慧电厂而言，智能感知的范畴包括生产领域和非生产领域。对生产领域的感知，现场总线技术在目前热工自动化领域的应用已日趋成熟，除可靠性要求较高的保护系统以及实时性要求较高的控制回路外，现场总线的适用范围可包含大部分的仪控和电气设备。采用现场总线技术除能获取采集的过程信息外，还能为控制系统提供丰富的设备状态、管理和诊断信息。
而借助于数字摄像头、无线定位传感器、、RFID射频芯片等新型传感器技术，智慧电厂将数字化和智能化延伸到了电厂的非生产领域。采集的数据范围包括: 实时视频信号、实时环境数据、实时安防数据、人员位置坐标、建构筑物数据、生产管理信息等。智能感知层的典型功能应用是可实现电厂人员的定位及智能巡检，即在三维虚拟电厂中预先设定巡检路线，巡检人员可借助手机 APP 对设备二维码进行扫码完成巡检记录。当班值长可在三维虚拟电厂中，查看全厂运维人员的行走轨迹并调出视频画面，当人员接近危险源区域会自动提醒该人员远离危险源，并在虚拟电厂中发出报警。
可看出，智能感知的目的是通过遍布全厂的智能仪控设备和传感器构建全厂物联网，可测量和感知、可识别与定位，最终形成信息、物理融合的一体化数据平台。
1.2智能控制层
智慧电厂在控制层面，除采用已具备成熟技术的厂级分散控制系统( 厂级 DCS)和机组无断点自启停控制系统( APS)。系统的智能化还体现在智能的运行优化、逼真的在线仿真、二三维联动监控等几个方面。
对建立的大数据平台运用模糊神经元等人工智能分析和自学习技术，从中发掘出有价值的信息，可以使数据平台从被动数据系统变成主动表达的智能数据系统，控制系统能实现对机组运行的优化控制。例如在燃煤电厂中，每层每路燃烧器的风煤配比一直是控制系统调节的重点和难题，但综合负荷需求、燃料状态并结合炉膛内部激光传感器获得实时数据，智能控制系统能运用优化算法对风门开度、风粉浓度和煤粉细度等输出最优控制。
传统电厂仿真功能由于仿真数据与电厂实际工艺系统热力特性差异较大，因此常用于培训使用，但智慧电厂通过在线仿真系统，可接受机组的实时运行数据，能对机组运行过程进行回放，对于已通过仿真验证适用的逻辑组态，可下载至控制系统，指导优化控制。
在操作台上实现操作的二维画面和对应三维模型的联动，达到用透视的眼光，观察设备运行状态，并在需要时调出现场视频画面，已成为智慧电厂运行人员的希望。一种可行的技术解决方案为: 电厂三维模型接入全厂一体化数据平台，并与生产监视系统( SIS) 、全厂视频监控系统( CCTV) 进行数据关联，通过数据接口将 DCS 操作指令实时传输至一体化数据平台。此外，在操作台上的双屏应分别接至DCS 操作员站和一体化数据平台操作员站。二三维联动监控的实施方案如图 2 所示。
图2、二三维联动监控示意图
1.3 智慧管控层
智慧电厂管控层的根本目的是实现电厂的智能运营，主要体现在智能运维、智能诊断、智能安防、智能决策4个方面。
1) 智能运维: 将基于时间周期或者使用频率的传统设备检修方式，改进为以大数据为基础，实现以设备可靠性为中心的维护策略。通过制定基于设备健康状态的检修实施计划，能最大限度地防止设备过修或欠修，进而再对电厂备件库存进行优化管理。
2) 智能诊断: 结合专家规则推理及建立辨识模型，辨识电厂中关键设备在稳态、变工况和异常情况下的性能，给出控制参数调整方案。对异常数据的相关性分析，形成卡涩、粘滞、堵塞或泄漏故障的辨识模型，制定故障云策略库，进而达到能辨识某台设备的某个元件出现了问题，以及应该采取何种措施去处理。
3) 智能安防: 将全厂火灾报警和消防控制系统、门禁一卡通系统、电厂周界防范及电子巡更系统、安保数字视频监视系统进行整合。改变以往各系统之间功能上不关联互助、信息不共享互换的孤岛状态，各系统之间可根据报警级别预定义多种应急预案，依据触发条件实现如消防联动、安防联动、应急处置等功能。
4 ) 智能决策: 其一可通过对大数据的分析并结合专家系统诊断结论，对厂内设备、系统进行状态评估、风险评估，给出预知保养方案，并能对设备和系统能耗进行建模分析，找出具有节能空间的设备进行优化改造; 其二能在大数据平台上开发出机组可用性模型、发电成本模型、负荷需求预测模型等，辅助电厂制定生产计划及报价决策，指导电厂的经营驾驶。
二、多能流管控系统功能展望
多能流管控系统能在供能侧实现:
1) 多能流数据采集及监控，包括实时数据采集和处理、事件和告警处理、网络拓扑着色等，主要用于实现完整的、高性能的、稳态实时数据采集和监控功能，是后续所有预警、控制等功能的基础。
2) 多能流的状态感知是多能流管控系统的核心功能，通过对多能流的状态与量测维护、网络拓扑分析、参数辨识与估计等，能实现机
组在多种运行模式下多能分配的效率评估。
3) 多能流的优化调度是智慧园区及能源互联微网的发展需求，通过协同可调控的分布式资源，实现不同能源类型的耦合互补与最优流动，达到能源使用效率的提升。同时，根据用户负荷预测的结果，利用不同类型的储能设备，能对能源站内部资源进行实时调度，达到削峰填谷的目的。
多能流管控系统为用能侧提供的优势功能在于节点能价，即通过最优潮流算法，推导多能流模型中节点电价、热价，引导园区用户对用电用热进行选择。
3 总结
综上所述，在此情况下，企业管理者很难保证数据中心设备资产能够物尽其用。因此，需要企业有统一的规划平台，全面实施数字化、信息化、智能化管理，管控一体化，进而衍进到智慧管理的境界。可以说，智慧电厂的建设将是“智慧园区、智慧城市”中必不可少的一环，其成功营运将会具有划时代的意义。
参考文献：
[1]田宁．智慧电厂顶层设计的研究［D］．秦皇岛:燕山大学，2016．
[2]李彦斌，陈文姣，杨静． 智慧型电厂［J］．中国电力企业管理，2012( 5) : 47－49．
论文作者:周世杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/11
标签：电厂论文; 智慧论文; 数据论文; 智能论文; 设备论文; 系统论文; 实时论文; 《电力设备》2017年第32期论文;