文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）11-068-04中图分类号：TM621

★屠学伟（国核电力规划设计研究院有限公司，北京100095）

关键词：燃煤机组；智慧电厂；智能化技术；信息化技术；自动化技术

1　引言

自2021年四季度以来，火电核准装机速度明显加快。2022年8月政策层面提出：2022年-2023年每年开工煤电项目8000万千瓦，2024年保障投运煤电机组8000万千瓦。与此相对应，目前多省份发改系统已相继核准批复或开工多个火电项目。火力发电作为电力生产的主导军，伴随新形势下的国家政策、国内外的宏观环境及信息技术的迅猛发展，其建设已从自动化、数字化、信息化逐步向智能化、智慧化转变，火电板块发展迎来重要机遇期。

智慧电厂的建设，除了智能信息集成展示以及智能管理等层面的建设外，生产过程智能化的应用也必不可少。国电双维上海庙项目以“服务于发电生产过程，提高电厂智能化生产水平”为初衷，从整体上对智慧电厂进行了规划和设计。因此，本文将从智慧电厂整体设计框架开始，着重阐述上海庙项目智慧电厂所具备的关键技术和特征。

2　系统架构

智慧电厂的系统架构主要由基础数据层、智能平台层、智能业务层和人工智能层构成，如图1所示，为智慧电厂建设提供总体框架和技术保障。其一方面为业务应用提供规范化、标准化、易管理、可扩展的基础技术平台和运营管理环境；另一方面为跨部门跨应用的信息集成、数据整合、信息共享、统一展现提供支撑，也为智能化分析决策与数据挖掘提供有力支持。

图1 智慧电厂系统架构

3　数据架构

数据中心是智慧电厂的核心组成部分，如图2所示，它采用基于Hadoop的大数据平台，将Hadoop和实时数据库、关系数据库等相关产品深度融合，实现全数据的存储、分析、计算和自学习，为高级功能模块提供数据源。

厂级数据中心融合结构化数据（实时数据、关系数据）、半结构化数据和非结构化数据。实时数据由各种运营设备产生，经过采集并写入实时数据库；管理信息写入到关系型数据库；其他类型数据通过Kafka等技术写入Hadoop中，从而汇聚到智慧电厂管控中心。

图2 厂级数据中心构架图

4　硬件及网络架构

系统硬件主要由物理服务器、虚拟化服务器、存储设备、网络设备等组成，如图3所示，其中物理服务器主要用来支撑Hadoop分支；虚拟化服务器是业务系统与业务系统开发环境的硬件平台；存储设备主要是指盘柜，其主要作用是用于业务系统数据交换与实时数据缓存；网络设备用于所有硬件资源的连接与数据交换，承载整个智慧企业的数据、音频、视频等全业务类型的数据交换任务，并考虑未来网络平滑扩展升级和智能化应用的需要。

图3 硬件网络架构图

5　建设内容

5.1　基础建设

以泛在感知、三维可视化、数字孪生等能力建设为基础，以“两平台、三网络”和厂级大数据智能管控中心建设为支撑，打造涵盖智慧工程、智能生产、智慧管理、智能安全的智慧企业“生态圈”。

5.1.1　泛在感知能力建设

优先选用具备丰富传感装置的智能设备，在传统设备、线路上增设传感器，在重要生产区域增设智能视频监控。同时，利用智能机器人、无人机、智能头盔等智能工器具补充收集各类感知信息，形成泛在感知平台，为智能控制和决策提供依据。

用智能变送器、智能执行机构、采集一体机等智能测控单元，对发电过程实现全方位监测、控制；基于先进测量技术，实现入炉煤煤质、飞灰含碳量、风粉浓度、炉膛温度场、汽水平衡计量等参数的在线检测；基于机理模型和可测变量建立锅炉热量、锅炉蓄能、低压缸排汽焓等状态参数的软测量模型；增加基于5G、光纤网络传输的视频监控巡检设备；利用大数据、数据挖掘技术，对设备运行趋势进行动态智能预测；通过超高清视频监控终端、智能门禁、一卡通等设备对施工现场、生产现场进行实时防控；通过高清相机获取煤场的高清图像，基于二维图像的三维重构技术获取煤场的三维模型；建设输煤廊道、管廊高清云台相机和多重融合传感器，进行智慧巡检、无人巡检；打造智慧电站二维码移动信息载体系统。

5.1.2　基础信息网络建设

智慧电厂基础网络由生产控制网、管理信息网、工业无线网络等组成。基础网络承载整个生态系统的数据、音频、视频等全业务类型的数据交换任务，并考虑未来网络平滑扩展升级和智能化应用的需要。

（1）生产控制网络分为I/O通讯网、实时控制网和高级应用服务网。

（2）管理信息网采用接入层、汇聚层和核心层三层构架，主干网统一由主机房接入，然后敷设万兆光纤至各楼层，总体形成一个星形拓扑结构，为智慧电站提供安全可靠和高性能的通信网络。

（3）通过厂区部署宏基站+微基站的方式，实现电厂范围内5G网络全覆盖，作为无线覆盖的骨干网络；底层设备数据交互则由Wi-Fi承载。

5.1.3　智能工器具建设

通过具备5G通讯、视频、语音、热成像、移动应用等功能的智能工器具，结合物联网和移动平台，实现现场作业更安全、更高效、更便捷。智能工器具包含：智能巡点检设备、智能穿戴设备、智能防误（护）设备、三维可视化、AR/VR、人员定位、智能机器人、无人机、盘煤仪、智能移动测速仪等。

5.1.4　厂级大数据中心建设

以5G通信、云计算、大数据、移动互联、智能感知为基础，通过物联网技术的应用，全方位监测、识别和多维感知电力生产和管理过程，对实时数据进行采集、处理、分析和融合，与业务流程深度集成，建立基于“互联网+”和云技术的厂级大数据中心，实现状态监测、故障诊断、运行保障、生产数据分析等功能，为智能控制和决策提供依据。

5.2　两平台建设

以互联网、物联网、工业互联网建设为基础，以大数据、云计算和人工智能为技术手段，选用自主可控的设备、技术、产品，打造涵盖生产、经营、发展、党建等各领域，具有“自分析、自诊断、自管理、自趋优、自恢复、自学习、自提升”为特征的智慧电厂，遵从基础设施层、平台层、应用层和交互层的架构，建立智能发电平台和智慧管理平台，构建管控一体化系统。系统架构如图4所示。

图4 两平台系统架构图

5.2.1　智能发电平台

智能发电平台以DCS为基础，扩展感知信息，融合先进控制技术与数据分析技术，形成智能发电控制系统（ICS），打造开放的智能发电生态系统，实现发电过程的智能控制与运行、智能监测、智能安全，达到减员增效、高效环保、灵活调节和主动安全管控的目标。

5.2.2　智慧管理平台

智慧管理平台融合管理信息网和工业无线网，以大数据平台为基础支撑，充分利用5G通信、云大物移智先进信息技术，构建“全面、融合、智能、安全、柔性”的智慧电站信息化生态网络架构体系，实现各支撑平台间的融合，建设覆盖电厂工程、安全、运行、设备、应急、经营、营销、燃料、物资、风险、党建、行政管理等业务的管理体系，实现对全厂设备资产数字化、可视化、智能化的监控与管理，以及生产经营各环节的智能预测、智能分析、智能诊断、智能决策。

5.3　智能应用模块建设

智能应用模块将智能生产与智慧决策技术相融合，使智慧电厂建设能够达到高效环保运行、灵活调节、少人值守，具体内容如下：

（1）智慧工程：综合运用技术手段，围绕基建工程，打造全面协同、闭环管理、智能决策的“智慧生态圈”，实现安全智能管控、施工智能管控、造价管控、物资管控等功能。

（2）智能安全：采用先进的技术手段，进行“物防、人防、技防”全面智能化，夯实安全基础，保障安全生产。

（3）智能运行：实现生产过程的智能监视、智能分析、智能对标与考核评价，保证机组高效环保运行，助力少人运行，同时有效降低供电煤耗。

（4）智能设备：建立核心编码体系，依托三维建模构建设备健康状态预测模型，实现设备从采购、安装、调试、运行、检修、改造到退役的全生命周期管理。

（5）应急管理：建设业务上全面覆盖、数据上互通共享、流程上相互衔接、管理上协调一致的应急指挥管理系统，实现对应急事件的智能化处置。

（6）智慧经营：基于大数据平台，实现企业生产、经营和管理的关键指标智能跟踪、智能监控、智能分析，提供智能分析、决策支持。

（7）智慧营销：采用信息化手段，对电力交易海量数据进行清洗与分析，为市场主体提供负荷预测、价格预测和收益预测等辅助决策信息。

（8）智慧燃料：基于大数据平台、算法模型、智能设备实现燃料计划预测、采购、验收监管、数字化煤场、采制化一体、燃料价值链管理等功能，实现燃料的精准化管理与全过程闭环管控。

（9）智慧物资：借助人工智能、数据挖掘等手段推进物资管理的规范化、精细化、智能化。

（10）风险管控：收集、集成公司智慧企业相关业务数据，对企业战略、市场、财务、运营和法律五大风险的关键业务数据和核心指标监控、对比、分析，实施风险识别、评估、监控等风险管理在线作业。

（11）智慧党建：运用信息化新技术，打造新平台、新模式、新形态，全面提升党建工作科学化、智能化管理水平。

（12）一体化管理：利用智慧电厂生态系统与大数据架构，建设涵盖智慧企业建设所需的行政管理相关内容，构建一体化管理平台。

6　结束语

智慧电厂是第四次工业革命大背景下发电技术的转型，它实施以先进传感检测技术、智能控制技术、故障预警为核心的智慧电厂建设，是目前形势下电力企业适应市场经济、降低发电成本、提高经济效益的一项有力措施。本文提到的方案是针对电站项目做的一个典型规划方案，希望能起到抛砖引玉的作用，各发电企业可根据自身建设情况，规划适当项目。

随着能源革命的到来，电站智慧化建设将是一个明确的发展方向，也是一个科技创新以及科技成果转化为生产力的过程。未来数年，电站智慧化建设将是主要投资方向，其是适应国家绿色发展经济的战略需求。传统电厂智慧化改造将是必经之路。

作者简介：

屠学伟（1983-），男，山东聊城人，主任工程师，硕士，现就职于国核电力规划设计研究院有限公司，主要从事火电机组、智慧能源仪控方面的设计与研究工作。

参考文献：

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[2] 刘吉臻, 等. 智能发电厂的架构及特征[J]. 中国电机工程学报, 2017, 22 (20) : 6460 - 6470.

[3] 国务院办公厅. 能源发展战略行动计划（2014-2020年）[EB/OL]．2014 - 11 - 19．

[4] 刘吉臻. 智能发电: 第四次工业革命的大趋势[N]. 中国能源报, 2016 - 07 - 25.

[5] 屠学伟, 郑亚锋. 智慧电厂建设探讨[J]. 自动化博览, 2019, 1: 29 - 31.

[6] 国电电力发展股份有限公司. 国电电力火电智慧企业建设规范[S]. 2019.

摘自《自动化博览》2023年11月刊