智慧電廠的關(guān)鍵技術(shù)

1、智慧電廠的關(guān)鍵技術(shù)一個人走的更快，一群人走的更遠(yuǎn)！ 分享給好友一起討論吧智慧電廠的本質(zhì)是信息化與智能化技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的高度 發(fā)展與深度融合，體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、先進(jìn)測 量與智能控制等技術(shù)的系統(tǒng)化應(yīng)用，主要特征是泛在感知、自適應(yīng)、智能融合與互動化。智慧電廠也稱為智能電廠或智能電站，具技術(shù)核心是信息融合與智能發(fā)電技術(shù)，目前在水電、燃?xì)廨啓C電廠及新能源電站均有不同程度的研究 與應(yīng)用， 智能核電概念也已提由，但范圍最廣、復(fù)雜程度最高的常規(guī)燃煤火電廠的智能化發(fā)展才是智慧電廠研究與 應(yīng)用的最重要領(lǐng)域，以下主要就常規(guī)火力發(fā)電廠的智能化技術(shù)展開討論。智能制造的本質(zhì)就是機器代人，通過人與智 能化的檢測

2、、控制與執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)對人類專家的替代，體現(xiàn)在生產(chǎn)制造過程的柔性化、智能化和高度協(xié)同化，將數(shù)據(jù)挖掘、 遺傳算法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測控制等先進(jìn)的計算機 智能方法應(yīng)用于工程設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度、過程監(jiān)控、 故障診斷、運營管控等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程與管理決策的智能化。在發(fā)電廠智能化技術(shù)的系統(tǒng)性研究與應(yīng)用方面，國內(nèi)外都還處于起步階段，國外研究重點更傾向于新能源發(fā)電，如旨在有效運用分布式發(fā)電資源的VPP （虛擬電廠）技術(shù)可提高分布式發(fā)電的可控性。而對于常規(guī)火電廠，西門子、GE等部分制造廠商， 則將關(guān)注重點集中在區(qū)域數(shù)據(jù)共享與 可視化輔助運維技術(shù)的應(yīng)用方面。國內(nèi)在技術(shù)體系方面的研 究進(jìn)展較快， 部分關(guān)鍵技術(shù)已逐步進(jìn)入應(yīng)用

3、研究，自主研發(fā)的技術(shù)進(jìn)步顯著。一、智慧電廠的研究方向隨著電力轉(zhuǎn)型發(fā)展與市場化改革的需要，清潔、高效、安全、電網(wǎng)友好型的智能發(fā)電技術(shù)是近階段的重點研究方向， 伴隨先進(jìn)檢測與控制、人工智能、以及數(shù)據(jù)利用與信息可視化技術(shù)的快速發(fā)展，在以下的一些技術(shù)領(lǐng)域?qū)⑹紫全@得應(yīng) 用性成果， 推進(jìn)火電廠的智能化進(jìn)程。1三維空間定位與可視化智能巡檢隨著計算機運算能力與軟件應(yīng)用水平提高， 大范圍的三維空間設(shè)計建模成為可能。通過三維空間定位，實現(xiàn)設(shè)備、管道、儀表取樣點及隱蔽工程信息可視化。可體驗邏輯操作場景與實際物理場景信息互動的感受，將傳統(tǒng) 運行人員的操作界面在物理維度上延展，共享智能巡檢系統(tǒng)的現(xiàn)場信息?；赪IFI或

4、RFID無線自組網(wǎng)技術(shù)的三維 定位結(jié)合巡檢人員智能終端，借助圖像識別與無線通信技術(shù)，實時關(guān)聯(lián)缺陷管理數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的智能巡檢與自動缺陷管理。借助設(shè)備與人員定位，還可同時實現(xiàn)智能安防與區(qū)域拒止等智能管理功能。在技術(shù)成熟時，借助各類型機器人的應(yīng)用，可實現(xiàn)無人化的智能巡檢方式。其中涉及的關(guān)鍵性技術(shù)還包括設(shè)備參數(shù)自動識別、信息可視化記錄存取、異常數(shù)據(jù)實時歸檔、巡檢人員實時定位、現(xiàn)場風(fēng)險預(yù)警、 數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)取?爐內(nèi)智能檢測與燃燒優(yōu) 化控制基于光學(xué)圖像、光譜、 激光、 放射、電磁、以及聲學(xué)、 化學(xué)的各種先進(jìn)檢測機理的爐內(nèi)測量技術(shù)實用化研 究進(jìn)展較快， 在爐內(nèi)溫度測量、煤粉分配、 煤種辨識、 參

5、數(shù)分布、排放分析等方面為多目標(biāo)全局閉環(huán)優(yōu)化控制創(chuàng)造 了條件。同時隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，先進(jìn)智能控制技術(shù)也逐步進(jìn)入實用化階段，伴隨各類靈活可靠的優(yōu)化控制平臺載體的推廣應(yīng)用，電站控制參數(shù)的智能優(yōu)化技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并推動了 DCS （分散控制系統(tǒng)）的功能 改進(jìn)與能力提升。聲波測溫技術(shù)原理圖通過系統(tǒng)性整合基于先進(jìn)機理的檢測技術(shù)、智能控制算法、 軟測量及智能尋優(yōu)技術(shù)，實現(xiàn)燃煤鍋爐爐內(nèi)溫度、氧量、一氧化碳濃度等燃燒參數(shù)空間分布的實時測量與自動調(diào)整、 燃燒器煤種在線識別、風(fēng)煤參數(shù)與布局自動配置、鍋爐效率在線軟測量、效率環(huán)保指標(biāo)綜合尋優(yōu)、最優(yōu)目標(biāo)預(yù)測控制等技術(shù)手段，最終達(dá)到安全環(huán)保約束條件下鍋爐燃燒

6、效 率的實時閉環(huán)最優(yōu)控制。3數(shù)字化煤場與燃料信息智能互動煤是燃煤電站的主要成本輸入，煤場物理空間廣，采制與管理工作量大，同時用煤種類繁多，變化頻繁，配煤摻燒與適應(yīng)性調(diào)整操作繁瑣。利用圖像識別與信息可視化技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)字化煤場三維空間與時間動態(tài)的4D信息管理，智能優(yōu)化煤場空間布局與運行計劃。采用數(shù)據(jù)利用技術(shù)實現(xiàn)鍋爐和煤場的智能信息互動與自動燃料配置，與燃燒優(yōu)化 控制系統(tǒng)實時關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)煤種的智能混燒。4信息挖掘與遠(yuǎn)程專家診斷預(yù)警發(fā)電廠機組故障分析與操作記錄文檔是寶貴的信息資源，利用結(jié)構(gòu)化存儲與檢索調(diào)用技術(shù)可以形成可用資源，結(jié)合語義識別等數(shù)據(jù)利用技術(shù)，關(guān)聯(lián)機組運行的實時、歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)故障診斷與實時預(yù)

7、警。同時利用遠(yuǎn)程專家 AR （增強現(xiàn)實）互動平臺系統(tǒng)，引入云平臺數(shù)據(jù)挖掘資源，可便捷實現(xiàn)跨地域的專家共享與數(shù)據(jù)共享。在廠內(nèi)知識信息管 理、技術(shù)監(jiān)督遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)平臺、專家網(wǎng)絡(luò)移動式互動共享平臺等技術(shù)載體支撐下，利用數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險預(yù)測、實時風(fēng)險預(yù)警設(shè)置、全局風(fēng)險預(yù)警設(shè)置等技術(shù)手段，實現(xiàn)區(qū)域或 集團(tuán)層面的設(shè)備狀態(tài)智能管控系統(tǒng)。5網(wǎng)源協(xié)調(diào)結(jié)合與電力市場輔助決策智能發(fā)電銜接智能電網(wǎng)體系，實現(xiàn)網(wǎng)源協(xié)調(diào)互動與策略最優(yōu)。電力市場實施后，機組調(diào)峰調(diào)頻功能都與發(fā)電廠效益相關(guān)，通過功能優(yōu)化與效益尋優(yōu)，使機組在競價上網(wǎng)的決 策中實現(xiàn)利益最大化系統(tǒng)整合調(diào)頻調(diào)峰能力預(yù)測、調(diào)頻調(diào)峰策略配置、節(jié)能調(diào)度、競價上網(wǎng)效益尋優(yōu)與 APS

8、快速啟停等靈活發(fā)電技術(shù)， 實現(xiàn)機組 AGC （自動發(fā)電控制）深度調(diào)峰全程智能控制、 深度低頻負(fù)荷快速提升、兼顧機組經(jīng)濟性的混合調(diào)頻技術(shù)、AGC指令節(jié)能分配、輔助服務(wù)與電量效益尋優(yōu)等技術(shù)目 標(biāo)。6沉浸式仿真培訓(xùn)與 AR輔助檢修維護(hù)在VR （虛擬現(xiàn)實）技術(shù)發(fā)展逐漸成熟的前提下，可以逐步開展虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實在培訓(xùn)與作業(yè)中的應(yīng)用研究，提 升專業(yè)人員的培訓(xùn)感受，提高設(shè)備檢修維護(hù)工作效率與操作 規(guī)范性。設(shè)備虛擬拆解培訓(xùn)與檢修操作可視化輔助技術(shù)在計算機運算能力足夠支撐設(shè)備細(xì)節(jié)與流暢互動的情況下， 對改善培訓(xùn)與檢修質(zhì)量所帶來的效益是非常值得期待的。二、智能發(fā)電技術(shù)的典型應(yīng)用1基于高效節(jié)能目標(biāo)的智能燃燒優(yōu)化控

9、制技術(shù)利用高效節(jié)能控制策略與智能優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)機組的經(jīng)濟運行是智慧電廠建設(shè)的首要目標(biāo)。隨著風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電容量的實質(zhì)性增長，大量的調(diào)峰需求均需由煤電機組來承擔(dān)， 特別是在東部沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，特高壓區(qū)外來電占比很大，燃煤機組年平均利用小時數(shù)已從接近6000 h下降到了 4000 h左右，大量機組處于非額定設(shè)計工況低負(fù) 荷運行， 難以保持最優(yōu)的經(jīng)濟運行狀態(tài)。而基于高效節(jié) 能目標(biāo)的智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)正可發(fā)揮其優(yōu)勢，利用先進(jìn)的檢測技術(shù)與智能算法，在投資增加不多的前提下達(dá)到提升運行經(jīng)濟性的目標(biāo)。目前較為典型的基于煤種辨識的燃燒優(yōu)化方案可通過以下 技術(shù)路線實現(xiàn)。（1 ）通過煤質(zhì)在線檢測獲得當(dāng)前燃燒

10、煤種 的情況，根據(jù)煤種情況結(jié)合鍋爐參數(shù)，采用軟測量技術(shù)在線計算鍋爐效率。（2 ）以氧量、各類風(fēng)門開度以及煤量分配等參數(shù)為輸入， 鍋爐效率和 SCR （選擇性氧化還原） 入口 NO X含量等參 數(shù)為輸由，利用鍋爐燃燒簡化數(shù)學(xué)模型，通過模糊算法進(jìn)行智能建模， 獲取機組的燃燒優(yōu)化模型。（3 ）采用免疫 遺傳、非線性規(guī)劃等算法對優(yōu)化模型進(jìn)行智能尋優(yōu)，獲取 最優(yōu)的參數(shù)從而對機組進(jìn)行燃燒閉環(huán)優(yōu)化，不斷提高鍋爐效率。（4 ）通過煤質(zhì)在線檢測獲得各層燃燒器實時燃燒煤 種，動態(tài)切換磨煤機煤粉細(xì)度和由口溫度等重要參數(shù)，針對不同煤種調(diào)整設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)最經(jīng)濟運行。2基于深度調(diào)頻與深度調(diào)峰的網(wǎng)源協(xié)調(diào)靈活性發(fā)電技術(shù) 網(wǎng)源

11、的協(xié)同特性決定了電網(wǎng)的安全可靠必須以電源的穩(wěn)定 可控為基礎(chǔ)， 智慧電廠在利用智能化技術(shù)提升機組運行經(jīng) 濟性的同時， 也為在發(fā)電供給側(cè)加強電網(wǎng)友好型發(fā)電技術(shù) 研究提供平臺，通過網(wǎng)源協(xié)調(diào)與靈活性發(fā)電技術(shù)的研究應(yīng) 用，提高發(fā)電供給側(cè)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的能力和靈活性。在電網(wǎng)負(fù)荷與頻率控制環(huán)節(jié)，發(fā)電機組的AGC與一次調(diào)頻控制是電源為電網(wǎng)提供的主要輔助服務(wù)功能。針對各種類型與容量 的發(fā)電機組，研究與改善 AGC調(diào)節(jié)性能與一次調(diào)頻動作能力，是智慧電廠順應(yīng)市場化服務(wù)的重要需求，通過面向 鍋爐、汽輪機以及輔助系統(tǒng)的各種蓄能利用與平衡技術(shù)，提高機組負(fù)荷響應(yīng)能力，實現(xiàn)快速可控的負(fù)荷與頻率控制策略。同時采用機組群協(xié)同控制技

12、術(shù)，使電源控制性能與電網(wǎng)控制目標(biāo)合理匹配，集團(tuán)或區(qū)域發(fā)電廠綜合效益達(dá)到全局 最優(yōu)。發(fā)電機組的深度調(diào)頻與負(fù)荷快速控制技術(shù)可有效提高區(qū)域 電網(wǎng)運行的容錯性能與自愈能力。目前較為成熟的負(fù)荷快速 控制技術(shù)只有 RUN-BACK 技術(shù)，在電源重要輔機故障時保 障機組運行安全，減少負(fù)荷損失。在電源點由線發(fā)生故障時，F(xiàn)CB功能可以快速切除機組負(fù)載，保持機組帶廠用電運行，為迅速并網(wǎng)恢復(fù)線路運行提供保障，但該技術(shù)受機組設(shè)備能力與運行方式限制，僅有少量應(yīng)用。另一項利用機 組快速減負(fù)荷功能提高電網(wǎng)故障運行方式下局部線路輸送 限額的技術(shù)目前已有應(yīng)用案例，通過設(shè)計驗證機組在規(guī)定時限內(nèi)快速減負(fù)荷的能力，使機組在線路故障時

13、的生力上限 得到拓展。 在大容量輸電線路故障閉鎖或大容量電源點故 障跳閘的情況下，如何利用現(xiàn)有機組調(diào)節(jié)余量，快速升負(fù) 荷支援電網(wǎng)的控制技術(shù)正在開展相關(guān)研究，這項技術(shù)的實現(xiàn) 將最終為負(fù)荷快速控制技術(shù)帶來對稱的調(diào)節(jié)能力。隨著運行機組負(fù)荷率不斷下降，電網(wǎng)越來越需要機組具備深度靈活調(diào)峰的能力。如果機組能深度調(diào)峰至30%額定負(fù)荷甚至更低時，對機組而言可以減少調(diào)停次數(shù)，對電網(wǎng)而言則能增加 其備用容量，提升電網(wǎng)的安全性。但該方式對機組輔機的正常運行是一個嚴(yán)峻的考驗。 尤其針對超臨界機組而言，除常規(guī)亞臨界機組面臨的低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒、環(huán)保裝置低負(fù)荷投用等問題外，還帶來了諸如低負(fù)荷干態(tài)運行區(qū)間延伸、濕態(tài)協(xié)調(diào)運行方式

14、等一系列的問題。因此通過采用雙向解耦 與多變量智能控制策略，解決深度調(diào)峰過程中機組干態(tài)轉(zhuǎn)換時機與過程控制問題，可實現(xiàn)火電機組的深度調(diào)峰運行及控制過程優(yōu)化。同時通過磨組智能啟?？刂萍夹g(shù)實現(xiàn)火電機組AGC無斷點智能連續(xù)運行，可提高機組AGC深度調(diào)峰的工況適應(yīng)性與智能化水平，降低機組運行操作風(fēng) 險，改善機組 AGC運行可靠性與靈活性。3基于智能終端與機器人應(yīng)用的智能巡檢系統(tǒng)發(fā)電廠智能巡檢系統(tǒng)整合圖像識別、非接觸檢測、多傳感器 融合、導(dǎo)航定位、模式識別、機器人應(yīng)用等技術(shù)，實現(xiàn)對發(fā) 電廠設(shè)備的自主檢測。智能巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由以下部分組成：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、圖像識別及各種應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)和 移動智能終端。智能

15、巡檢需要巡檢設(shè)備在移動中處理數(shù)據(jù)和 交互信息， 因此穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)也是必要的硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)可采用多種形式移動智能終端，包括手持工業(yè)巡檢儀、智能采集終端、智能巡檢機器人等。智能巡檢機器人可用于 全廠范圍開闊平坦地帶重要設(shè)備狀態(tài)巡檢，對于智能巡檢機 器人不方便進(jìn)入的狹窄空間，可由巡檢人員佩戴智能采集終端進(jìn)入巡檢。通過關(guān)聯(lián)實時數(shù)據(jù)與歷史趨勢可提高智能巡 檢的預(yù)知性與互動性，巡檢人員收集的現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)和 運行數(shù)據(jù)可為設(shè)備狀態(tài)檢修與在線評估提供有效數(shù)據(jù)支持， 及時安排相應(yīng)的檢修、維護(hù)和保養(yǎng)，并通過數(shù)據(jù)的積累和挖掘為設(shè)備更新、選型作輔助決策。為確保數(shù)據(jù)的安全性， 系統(tǒng)需要具有自動備份數(shù)據(jù)功能，備份用戶

16、注冊信息、設(shè)備臺帳信息、歷史缺陷數(shù)據(jù)等。通過與發(fā)電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)的各種接口，實現(xiàn)與實時歷史數(shù)據(jù)庫、 缺陷管理系統(tǒng)、 臺 賬管理系統(tǒng)等的互聯(lián)互通。4數(shù)據(jù)信息挖掘與遠(yuǎn)程專家診斷技術(shù)目前發(fā)電設(shè)備常規(guī)的監(jiān)測手段均采用絕對值報警，當(dāng)運行參 數(shù)超過設(shè)定值時產(chǎn)生報警提示，因此發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修仍基 本上停留于事后處理，這種單一的監(jiān)測手段難以及時發(fā)現(xiàn)設(shè) 備的早期征兆并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行跟蹤，大大增加了設(shè)備故 障最終導(dǎo)致被迫停機的概率。通過智能診斷技術(shù)為機組運行 提供預(yù)警信息，變被動檢修為主動檢修，變非計劃停機為計劃停機，避免設(shè)備問題或故障影響擴大，則能在節(jié)約生產(chǎn) 成本，提高發(fā)電企業(yè)的市場競爭力上發(fā)揮很大的潛能。通

17、過構(gòu)建集團(tuán)級發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程在線實時綜合數(shù)據(jù)處理平臺、建 立集中式的設(shè)備診斷和故障預(yù)警中心，可實現(xiàn)發(fā)電廠設(shè)備的 數(shù)據(jù)積累、信息挖掘與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)應(yīng)用。采用基于SBM （相似性原理）的建模技術(shù)，實時分析運行測點數(shù)據(jù)的內(nèi)在邏輯和相關(guān)性，建立與實際設(shè)備或部件相似的數(shù)學(xué)模 型矩陣和每個測點信號的期望值。采集的設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)與期望值實時比較，之間異度（差值）超生閾值范圍時開始記錄和辨識， 對其動態(tài)變化過程在線展示，當(dāng)達(dá)到顯 著異常時發(fā)生預(yù)警，并及時提醒維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。通過建立遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和專業(yè)分析隊伍對數(shù)據(jù)的深度挖掘 分析，讓集團(tuán)決策層及相關(guān)職能部門能夠借助實時信息平 臺，及時掌控各發(fā)電廠機組設(shè)備的

18、健康狀況，識別潛在的系統(tǒng)風(fēng)險， 為指揮日常生產(chǎn)活動和設(shè)備故障處理提供輔助 決策支持。 同時，系統(tǒng)形成的檢測診斷分析數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn) 數(shù)據(jù)共享學(xué)習(xí)與故障模型辨識，為發(fā)電機組設(shè)備問題提供預(yù) 警信息， 提由預(yù)防性檢修建議，減少設(shè)備異常擴大導(dǎo)致故障的風(fēng)險， 優(yōu)化設(shè)備健康狀況，可有效降低整個集團(tuán)公司的生產(chǎn)成本。5智慧電廠的工控系統(tǒng)信息安全技術(shù) 工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全是保證設(shè)備和系統(tǒng)中信息的保密 性、完整性、可用性，以及真實性、可核查性、不可否認(rèn)性 和可靠性等。工控信息安全技術(shù)的主要目的是為了保障智慧電廠控制與管理系統(tǒng)的運行安全，防范黑客及惡意代碼等對 發(fā)電廠控制與管理系統(tǒng)的惡意破壞和攻擊，以及實現(xiàn)非授權(quán) 人員和系統(tǒng)無法訪問或修改發(fā)電廠控制與管理系統(tǒng)功能和 數(shù)據(jù)，防止發(fā)電廠控制與