智慧電廠的關(guān)鍵技術(shù)

智慧電廠關(guān)鍵技術(shù)一個人走更快，一群人走更遠！分享給好友一起討論吧~智慧電廠本質(zhì)是信息化及智能化技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域高度發(fā)展及深度融合，體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、先進測量及智能控制等技術(shù)系統(tǒng)化應(yīng)用，主要特征是泛在感知、自適應(yīng)、智能融合及互動化。智慧電廠也稱為智能電廠或智能電站，其技術(shù)核心是信息融合及智能發(fā)電技術(shù)，目前在水電、燃氣輪機電廠及新能源電站均有不同程度研究及應(yīng)用，智能核電概念也已提出，但范圍最廣、復雜程度最高常規(guī)燃煤火電廠智能化發(fā)展才是智慧電廠研究及應(yīng)用最重要領(lǐng)域，以下主要就常規(guī)火力發(fā)電廠智能化技術(shù)展開討論。智能制造本質(zhì)就是機器代人，通過人及智能化檢測、控制及執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)對人類專家替代，體現(xiàn)在生產(chǎn)制造過程柔性化、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)過程及管理決策智能化。在發(fā)電廠智能化技術(shù)系統(tǒng)性研究及應(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VPP（虛擬電廠）技術(shù)，可提高分布式發(fā)電可控性。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)共享及可視化輔助運維技術(shù)應(yīng)用方面。國內(nèi)在技術(shù)體系方面研究進展較快，部分關(guān)鍵技術(shù)已逐步進入應(yīng)用研究，自主研發(fā)技術(shù)進步顯著。一、智慧電廠研究方向隨著電力轉(zhuǎn)型發(fā)展及市場化改革需要，清潔、高效、安全、電網(wǎng)友好型智能發(fā)電技術(shù)是近階段重點研究方向，伴隨先進檢測及控制、人工智能、以及數(shù)據(jù)利用及信息可視化技術(shù)快速發(fā)展，在以下一些技術(shù)領(lǐng)域?qū)⑹紫全@得應(yīng)用性成果，推進火電廠智能化進程。1三維空間定位及可視化智能巡檢隨著計算機運算能力及軟件應(yīng)用水平提高，大范圍三維空間設(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及實際物理場景信息互動感受，將傳統(tǒng)運行人員操作界面在物理維度上延展，共享智能巡檢系統(tǒng)現(xiàn)場信息。基于WIFI或RFID無線自組網(wǎng)技術(shù)三維定位結(jié)合巡檢人員智能終端，借助圖像識別及無線通信技術(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)備智能巡檢及自動缺陷管理。借助設(shè)備及人員定位，還可同時實現(xiàn)智能安防及區(qū)域拒止等智能管理功能。在技術(shù)成熟時，借助各類型機器人應(yīng)用，可實現(xiàn)無人化智能巡檢方式。其中涉及關(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)場風險預(yù)警、數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)取?爐內(nèi)智能檢測及燃燒優(yōu)化控制基于光學圖像、光譜、激光、放射、電磁、以及聲學、化學各種先進檢測機理爐內(nèi)測量技術(shù)實用化研究進展較快，在爐內(nèi)溫度測量、煤粉分配、煤種辨識、參數(shù)分布、排放分析等方面為多目標全局閉環(huán)優(yōu)化控制創(chuàng)造了條件。同時隨著計算機技術(shù)快速發(fā)展，先進智能控制技術(shù)也逐步進入實用化階段，伴隨各類靈活可靠優(yōu)化控制平臺載體推廣應(yīng)用，電站控制參數(shù)智能優(yōu)化技術(shù)得到了快速發(fā)展，并推動了DCS（分散控制系統(tǒng)）功能改進及能力提升。聲波測溫技術(shù)原理圖通過系統(tǒng)性整合基于先進機理檢測技術(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)空間分布實時測量及自動調(diào)整、燃燒器煤種在線識別、風煤參數(shù)及布局自動配置、鍋爐效率在線軟測量、效率環(huán)保指標綜合尋優(yōu)、最優(yōu)目標預(yù)測控制等技術(shù)手段，最終達到安全環(huán)保約束條件下鍋爐燃燒效率實時閉環(huán)最優(yōu)控制。數(shù)字化煤場及燃料信息智能互動煤是燃煤電站主要成本輸入，煤場物理空間廣，采制及管理工作量大，同時用煤種類繁多，變化頻繁，配煤摻燒及適應(yīng)性調(diào)整操作繁瑣。利用圖像識別及信息可視化技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)字化煤場三維空間及時間動態(tài)4D信息管理，智能優(yōu)化煤場空間布局及運行計劃。采用數(shù)據(jù)利用技術(shù)實現(xiàn)鍋爐和煤場智能信息互動及自動燃料配置，及燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實時關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)煤種智能混燒。信息挖掘及遠程專家診斷預(yù)警發(fā)電廠機組故障分析及操作記錄文檔是寶貴信息資源，利用結(jié)構(gòu)化存儲及檢索調(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)機組運行實時、歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)故障診斷及實時預(yù)警。同時利用遠程專家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?qū)＜夜蚕砑皵?shù)據(jù)共享。在廠內(nèi)知識信息管理、技術(shù)監(jiān)督遠程數(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)挖掘及風險預(yù)測、實時風險預(yù)警設(shè)置、全局風險預(yù)警設(shè)置等技術(shù)手段，實現(xiàn)區(qū)域或集團層面設(shè)備狀態(tài)智能管控系統(tǒng)。網(wǎng)源協(xié)調(diào)結(jié)合及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)互動及策略最優(yōu)。電力市場實施后，機組調(diào)峰調(diào)頻功能都及發(fā)電廠效益相關(guān)，通過功能優(yōu)化及效益尋優(yōu)，使機組在競價上網(wǎng)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)及APS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、深度低頻負荷快速提升、兼顧機組經(jīng)濟性混合調(diào)頻技術(shù)、AGC指令節(jié)能分配、輔助服務(wù)及電量效益尋優(yōu)等技術(shù)目標。沉浸式仿真培訓及AR輔助檢修維護在VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)發(fā)展逐漸成熟前提下，可以逐步開展虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實在培訓及作業(yè)中應(yīng)用研究，提升專業(yè)人員培訓感受，提高設(shè)備檢修維護工作效率及操作規(guī)范性。設(shè)備虛擬拆解培訓及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)備細節(jié)及流暢互動情況下，對改善培訓及檢修質(zhì)量所帶來效益是非常值得期待。二、智能發(fā)電技術(shù)典型應(yīng)用基于高效節(jié)能目標智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)利用高效節(jié)能控制策略及智能優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)機組經(jīng)濟運行是智慧電廠建設(shè)首要目標。隨著風電、光伏等新能源發(fā)電容量實質(zhì)性增長，大量調(diào)峰需求均需由煤電機組來承擔，特別是在東部沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(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6000h下降到了4000h左右，大量機組處于非額定設(shè)計工況低負荷運行，難以保持最優(yōu)經(jīng)濟運行狀態(tài)。而基于高效節(jié)能目標智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)正可發(fā)揮其優(yōu)勢，利用先進檢測技術(shù)及智能算法，在投資增加不多前提下達到提升運行經(jīng)濟性目標。目前較為典型基于煤種辨識燃燒優(yōu)化方案可通過以下技術(shù)路線實現(xiàn)。（1）通過煤質(zhì)在線檢測獲得當前燃燒煤種情況，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NOX含量等參數(shù)為輸出，利用鍋爐燃燒簡化數(shù)學模型，通過模糊算法進行智能建模，獲取機組燃燒優(yōu)化模型。（3）采用免疫遺傳、非線性規(guī)劃等算法對優(yōu)化模型進行智能尋優(yōu)，獲取最優(yōu)參數(shù)從而對機組進行燃燒閉環(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)切換磨煤機煤粉細度和出口溫度等重要參數(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?；谏疃日{(diào)頻及深度調(diào)峰網(wǎng)源協(xié)調(diào)靈活性發(fā)電技術(shù)網(wǎng)源協(xié)同特性決定了電網(wǎng)安全可靠必須以電源穩(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)及靈活性發(fā)電技術(shù)研究應(yīng)用，提高發(fā)電供給側(cè)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度能力和靈活性。在電網(wǎng)負荷及頻率控制環(huán)節(jié)，發(fā)電機組AGC及一次調(diào)頻控制是電源為電網(wǎng)提供主要輔助服務(wù)功能。針對各種類型及容量發(fā)電機組，研究及改善AGC調(diào)節(jié)性能及一次調(diào)頻動作能力，是智慧電廠順應(yīng)市場化服務(wù)重要需求，通過面向鍋爐、汽輪機以及輔助系統(tǒng)各種蓄能利用及平衡技術(shù)，提高機組負荷響應(yīng)能力，實現(xiàn)快速可控負荷及頻率控制策略。同時采用機組群協(xié)同控制技術(shù)，使電源控制性能及電網(wǎng)控制目標合理匹配，集團或區(qū)域發(fā)電廠綜合效益達到全局最優(yōu)。發(fā)電機組深度調(diào)頻及負荷快速控制技術(shù)可有效提高區(qū)域電網(wǎng)運行容錯性能及自愈能力。目前較為成熟負荷快速控制技術(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，減少負荷損失。在電源點出線發(fā)生故障時，F(xiàn)CB功能可以快速切除機組負載，保持機組帶廠用電運行，為迅速并網(wǎng)恢復線路運行提供保障，但該技術(shù)受機組設(shè)備能力及運行方式限制，僅有少量應(yīng)用。另一項利用機組快速減負荷功能提高電網(wǎng)故障運行方式下局部線路輸送限額技術(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)快速減負荷能力，使機組在線路故障時出力上限得到拓展。在大容量輸電線路故障閉鎖或大容量電源點故障跳閘情況下，如何利用現(xiàn)有機組調(diào)節(jié)余量，快速升負荷支援電網(wǎng)控制技術(shù)正在開展相關(guān)研究，這項技術(shù)實現(xiàn)將最終為負荷快速控制技術(shù)帶來對稱調(diào)節(jié)能力。隨著運行機組負荷率不斷下降，電網(wǎng)越來越需要機組具備深度靈活調(diào)峰能力。如果機組能深度調(diào)峰至30%額定負荷甚至更低時，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)安全性。但該方式對機組輔機正常運行是一個嚴峻考驗。尤其針對超臨界機組而言，除常規(guī)亞臨界機組面臨低負荷穩(wěn)定燃燒、環(huán)保裝置低負荷投用等問題外，還帶來了諸如低負荷干態(tài)運行區(qū)間延伸、濕態(tài)協(xié)調(diào)運行方式等一系列問題。因此通過采用雙向解耦及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)換時機及過程控制問題，可實現(xiàn)火電機組深度調(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)峰工況適應(yīng)性及智能化水平，降低機組運行操作風險，改善機組AGC運行可靠性及靈活性?；谥悄芙K端及機器人應(yīng)用智能巡檢系統(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)定無線網(wǎng)絡(luò)也是必要硬件基礎(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入狹窄空間，可由巡檢人員佩戴智能采集終端進入巡檢。通過關(guān)聯(lián)實時數(shù)據(jù)及歷史趨勢可提高智能巡檢預(yù)知性及互動性，巡檢人員收集現(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)檢修及在線評估提供有效數(shù)據(jù)支持，及時安排相應(yīng)檢修、維護和保養(yǎng)，并通過數(shù)據(jù)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)安全性，系統(tǒng)需要具有自動備份數(shù)據(jù)功能，備份用戶注冊信息、設(shè)備臺帳信息、歷史缺陷數(shù)據(jù)等。通過及發(fā)電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)各種接口，實現(xiàn)及實時歷史數(shù)據(jù)庫、缺陷管理系統(tǒng)、臺賬管理系統(tǒng)等互聯(lián)互通。4數(shù)據(jù)信息挖掘及遠程專家診斷技術(shù)目前發(fā)電設(shè)備常規(guī)監(jiān)測手段均采用絕對值報警，當運行參數(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，這種單一監(jiān)測手段難以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期征兆并對其發(fā)展趨勢進行跟蹤，大大增加了設(shè)備故障最終導致被迫停機概率。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)市場競爭力上發(fā)揮很大潛能。通過構(gòu)建集團級發(fā)電設(shè)備遠程在線實時綜合數(shù)據(jù)處理平臺、建立集中式設(shè)備診斷和故障預(yù)警中心，可實現(xiàn)發(fā)電廠設(shè)備數(shù)據(jù)積累、信息挖掘及遠程診斷技術(shù)應(yīng)用。采用基于SBM（相似性原理）建模技術(shù)，實時分析運行測點數(shù)據(jù)內(nèi)在邏輯和相關(guān)性，建立及實際設(shè)備或部件相似數(shù)學模型矩陣和每個測點信號期望值。采集設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)及期望值實時比較，之間異度（差值）超出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，當達到顯著異常時發(fā)出預(yù)警，并及時提醒維護人員進行設(shè)備維護。通過建立遠程診斷系統(tǒng)和專業(yè)分析隊伍對數(shù)據(jù)深度挖掘分析，讓集團決策層及相關(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)備健康狀況，識別潛在系統(tǒng)風險，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)形成檢測診斷分析數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享學習及故障模型辨識，為發(fā)電機組設(shè)備問題提供預(yù)警信息，提出預(yù)防性檢修建議，減少設(shè)備異常擴大導致故障風險，優(yōu)化設(shè)備健康狀況，可有效降低整個集團公司生產(chǎn)成本。5智慧電廠工控系統(tǒng)信息安全技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全是保證設(shè)備和系統(tǒng)中信息保密性、完整性、可用性，以及真實性、可核查性、不可否認性和可靠性等。工控信息安全技術(shù)主要目是為了保障智慧電廠控制及管理系統(tǒng)運行安全，防范黑客及惡意代碼等對發(fā)電廠控制及管理系統(tǒng)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)電廠控制及管理系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)，防止發(fā)電廠控制及管理系統(tǒng)癱瘓和失控，和由此導致發(fā)電廠系統(tǒng)事故或電力安全事故。智慧電廠工控信息系統(tǒng)安全規(guī)劃主動適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新電改等新形勢業(yè)務(wù)發(fā)展以及新一代信息化應(yīng)用需求，基于“可管、可控、可知、可信”總體防護策略，全面提升信息安全監(jiān)管預(yù)警、邊界防護、系統(tǒng)保障和數(shù)據(jù)保護能力?！翱晒堋笔侵附∪悄茈姀S信息安全管理機制，加強組織領(lǐng)導，建立健全安全防護管理制度，推進網(wǎng)絡(luò)安全人才培訓體系建設(shè)，強化內(nèi)部安全專業(yè)隊伍建設(shè)，常態(tài)化開展風險評估和內(nèi)控達標治理工作?！翱煽亍笔侵讣訌娋W(wǎng)絡(luò)邊界安全防控，實施“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認證”防護原則，分區(qū)部署、運行和管理各類電力系統(tǒng)，同時按照