1引言
能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，人口多、經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，因此我國(guó)的能源消費(fèi)總量連續(xù)多年處于世界領(lǐng)先地位。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)是多煤、少氣、貧油，而且風(fēng)、光、水資源、消費(fèi)分布不平衡，相應(yīng)的發(fā)電能源也以煤為主，2017年煤炭電裝裝機(jī)總量為10.2億千瓦，占裝機(jī)總量的58%，發(fā)電量占比67%。但是為了實(shí)施《巴黎協(xié)定》，在全球“放棄煤炭”的大勢(shì)下，中國(guó)也積極行動(dòng)，推進(jìn)能源供應(yīng)方改革，提高能源轉(zhuǎn)換效率，減輕環(huán)境污染。2016年國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、國(guó)家能源局、工業(yè)信息化部共同發(fā)表《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，促進(jìn)能源和信息的深度融合，清潔高效地推進(jìn)煤炭電力生產(chǎn)，智能發(fā)電站的概念也是通過國(guó)家能源轉(zhuǎn)換提出的能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的。
近年來，隨著云端運(yùn)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互連、3D可視化等技術(shù)的發(fā)展，在節(jié)能、降耗、減排政策要求和集約化、高效管理需求驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)一些發(fā)電企業(yè)在智能發(fā)電站領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)探索和嘗試，但從目前國(guó)內(nèi)智能發(fā)電站的建設(shè)和應(yīng)用情況來看，其應(yīng)用更側(cè)重于智能信息集成展示，對(duì)提高節(jié)約能源、提高效率的作用不強(qiáng)，偏離了智能生產(chǎn)的初衷。同時(shí)，許多項(xiàng)目計(jì)劃和實(shí)施往往是局部信息化系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)的簡(jiǎn)單積累，缺乏系統(tǒng)之間的緊密聯(lián)系。因此，本文將從智能發(fā)電站的內(nèi)涵出發(fā)，利用數(shù)字孿生理念，提出智能發(fā)電站的總體框架，結(jié)合智能發(fā)電站的應(yīng)用實(shí)際和信息技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)論述智能發(fā)電站的系統(tǒng)布局模型。
2智能發(fā)電站的概念和發(fā)展
智能發(fā)電站的概念在提出時(shí)沒有具體的項(xiàng)目支持，只是對(duì)未來發(fā)展前景的憧憬和要求。近年來，很多學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，很多發(fā)電企業(yè)進(jìn)行了具體的實(shí)踐探索，雖然還不是真正智力發(fā)電站的具體著陸，但逐步完善了智能發(fā)電站的內(nèi)涵，產(chǎn)業(yè)共識(shí)智能電站建設(shè)目標(biāo)初步形成。
2.1智能電站的研究與探索
目前，業(yè)界對(duì)智能發(fā)電站的解釋并不統(tǒng)一，我國(guó)相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)也沒有嚴(yán)格定義和制定發(fā)展智能發(fā)電站的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但在新一輪“第三工業(yè)革命”的刺激下，世界各國(guó)在國(guó)家“網(wǎng)絡(luò)”工作的地圖下，對(duì)智能發(fā)電站的概念和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)展自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)發(fā)表的《智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要》提出了以現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)、智能檢測(cè)、執(zhí)行、控制、決策技術(shù)等為基礎(chǔ)的智能發(fā)展模式智能發(fā)電站的定義。使發(fā)電廠更加高效、安全、環(huán)保。該文件還提出了智能發(fā)電站的四層體系結(jié)構(gòu)：智能設(shè)備層、智能控制層、智能生產(chǎn)監(jiān)管層和智能管理層。我認(rèn)為智能發(fā)電站是具有自身最優(yōu)化、自適應(yīng)、自我恢復(fù)、自我學(xué)習(xí)、自組織等特點(diǎn)的智能發(fā)電運(yùn)行控制和管理模式，改進(jìn)和優(yōu)化《智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要》提議的4層架構(gòu)。根據(jù)智能設(shè)備層、智能控制層和集成管理決策層劃分體系結(jié)構(gòu)。參考產(chǎn)業(yè)4.0參考體系結(jié)構(gòu)模型(RAMI4.0)和美國(guó)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(IIC)參考體系結(jié)構(gòu)，從生命周期、系統(tǒng)級(jí)別和智能功能的三維角度提出智能發(fā)電站系統(tǒng)參考體系結(jié)構(gòu)建議。
在相關(guān)學(xué)者研究中，智能發(fā)電廠隨著先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)大了發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行管理，提高了發(fā)電廠的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平，其中智能發(fā)電廠的核心技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)是研究的重點(diǎn)。
2.2智能發(fā)電站實(shí)踐
專家學(xué)者推進(jìn)理論研究，各發(fā)電企業(yè)也緊跟工業(yè)化、信息化融合潮流，大力推進(jìn)智能發(fā)電廠建設(shè)，部分信息工程公司也以智能發(fā)電廠的需求為中心開展了資訊系統(tǒng)平臺(tái)研究和示范工作，推進(jìn)了智能發(fā)電廠建設(shè)。
以每臺(tái)發(fā)電機(jī)3D可視化故障診斷系統(tǒng)、3D數(shù)字檔案等5個(gè)功能模塊為中心推進(jìn)。計(jì)劃了8個(gè)功能模塊：三維數(shù)字檔案和可視化立體設(shè)備模型、鍋爐CT、智能管理中心。主要采用三維模擬、人員市場(chǎng)定位、在線診斷等技術(shù)，提高電廠的安全運(yùn)行能力。根據(jù)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、工廠級(jí)監(jiān)控資訊系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)四層結(jié)構(gòu)，制定數(shù)字電站計(jì)劃。
從部分實(shí)施和已經(jīng)投入運(yùn)行的發(fā)電站的實(shí)際情況來看，目前正在推進(jìn)的智能發(fā)電站更側(cè)重于信息集成展示和智能管理等，尤其關(guān)注三維展示、人員市場(chǎng)定位等多種技術(shù)。依靠三維模型、市場(chǎng)定位技術(shù)提高信息化水平，提高現(xiàn)場(chǎng)控制水平。在生產(chǎn)過程中智能化的應(yīng)用很少。特別是利用智能發(fā)電站建設(shè)推進(jìn)管理模式變化的情況很少，實(shí)際上沒有提高質(zhì)量，提高效率。(威廉莎士比亞，哈姆雷特)
2.3智能發(fā)電站的內(nèi)涵
從目前對(duì)智能發(fā)電廠的研究和推進(jìn)情況來看，研究人員對(duì)于智能發(fā)電廠的定義描述不同，體系結(jié)構(gòu)上也有一些不同的理論觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)方式上更有差異，但對(duì)智能發(fā)電廠的核心要求已經(jīng)有了初步的共識(shí)。也就是說，通過智能化、數(shù)字化、信息化，綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)資源。充分發(fā)揮智能系統(tǒng)強(qiáng)大的分析處理能力，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理流程，提高生產(chǎn)管理水平，掌握生產(chǎn)管理趨勢(shì)，形成一系列智能生產(chǎn)管理模式，提高能源利用效率。智能發(fā)電站完全符合電廠自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。從近幾十年發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷史角度來看，發(fā)電廠自動(dòng)化從現(xiàn)有儀表控制、分布式控制系統(tǒng)控制、工廠級(jí)監(jiān)控資訊系統(tǒng)應(yīng)用到電腦技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)控制發(fā)電廠、自動(dòng)化發(fā)電廠、數(shù)字發(fā)電廠、發(fā)電廠的生產(chǎn)率水平逐步提高。進(jìn)入數(shù)字時(shí)代后，“網(wǎng)絡(luò)”、“大數(shù)據(jù)”、“人工智能”等新的信息技術(shù)等將進(jìn)一步提高發(fā)電廠的自動(dòng)化水平，使發(fā)電廠智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“本質(zhì)安全、高效清潔、人機(jī)合作、智能決策”的發(fā)電廠價(jià)值目標(biāo)。如此智能的發(fā)電站是一個(gè)全面、整體、多維的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)。與管理學(xué)理論一起，智能發(fā)電站可以分為智能設(shè)備層、智能控制層、智能管理層和智能決策層四個(gè)層面。智能設(shè)備層和智能控制層側(cè)重于具有全面意識(shí)和協(xié)作最優(yōu)化功能的執(zhí)行。智能監(jiān)管層和智能決策層側(cè)重于具有預(yù)測(cè)警報(bào)和科學(xué)決策功能的管理，如下圖所示。
總的來說，智能發(fā)電站是以數(shù)字發(fā)電站為基礎(chǔ)，利用下一代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、測(cè)試和控制技術(shù)，加強(qiáng)信息化與智能化的融合，明確生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程，科學(xué)制定生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程的可控性，減少人工干預(yù)的智能新型發(fā)電站。
3數(shù)字孿生的研究與應(yīng)用
近年來，隨著智能化進(jìn)程的加快，為了實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的相互作用和融合，出現(xiàn)了“數(shù)字孿生”的概念，不斷地快速發(fā)展，對(duì)許多行業(yè)起到了巨大的推動(dòng)作用。數(shù)字孿生目前在電力行業(yè)的應(yīng)用較少，但在航空航天、汽車制造、石油天然氣管道等行業(yè)的應(yīng)用將有助于促進(jìn)智能發(fā)電站的建設(shè)和發(fā)展。
3.1數(shù)字孿生研究進(jìn)展
數(shù)字孿生的概念于2003年首次出現(xiàn)，GRIEVES在美國(guó)密歇根大學(xué)產(chǎn)品全生命周期管理課程(product lifecycle management)提出了這一概念。將數(shù)字孿生定義為實(shí)時(shí)同步、忠實(shí)的映射特性，定義為物理世界與信息世界交互和融合的技術(shù)手段。2017年以前，對(duì)數(shù)字孿生的研究較少，主要集中在概念討論上，但2017年以后，研究數(shù)量大幅增加，研究者除了繼續(xù)討論概念外，還提出了驗(yàn)證數(shù)字孿生的使用案例，并提出了新的應(yīng)用框架和方法。自2017年以來，全球權(quán)威IT研究和顧問咨詢公司Gartner連續(xù)兩年將數(shù)字孿生列為當(dāng)年十大戰(zhàn)略技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。在數(shù)字孿生概念不斷改進(jìn)和發(fā)展的過程中，研究者們主要以數(shù)字孿生建模、物理信息融合和服務(wù)應(yīng)用等為對(duì)象，重點(diǎn)分析數(shù)字孿生和相關(guān)產(chǎn)業(yè)關(guān)系、構(gòu)建虛擬模型、孿生數(shù)據(jù)融合分析、服務(wù)應(yīng)用指導(dǎo)等。數(shù)字孿生的意義是構(gòu)建數(shù)字孿生體。最終表達(dá)是對(duì)物理實(shí)體的完整準(zhǔn)確的數(shù)字描述，可以用于模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)和控制物理實(shí)體。隨著人工智能應(yīng)用技術(shù)的深入發(fā)展，在孿生體深化應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合并行控制理論，形成了伴隨現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的并行建模、并行預(yù)測(cè)、并行執(zhí)行數(shù)字四胞胎并行演化架構(gòu)。將能源發(fā)電擴(kuò)展到社會(huì)能源的并行系統(tǒng)。
3.2數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐
在研究人員以數(shù)字孿生為中心進(jìn)行深入研究的過程中，數(shù)字孿生理念逐漸被美國(guó)通用電氣公司、德國(guó)西門子等企業(yè)接受，并應(yīng)用于技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)，形成了Predix、Simcenter 3D等數(shù)字孿生開發(fā)軟件工具，引起了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、新聞媒體等廣泛的關(guān)注。
同時(shí)，很多行業(yè)進(jìn)行了數(shù)字孿生的應(yīng)用實(shí)踐。在BMW丁格芬智能工廠，手動(dòng)監(jiān)控已被基于數(shù)字孿生的智能資料分析系統(tǒng)取代。美國(guó)空軍提出使用數(shù)字孿生概念預(yù)測(cè)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)壽命。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司利用數(shù)字孿生推進(jìn)智能管網(wǎng)建設(shè)。也有文獻(xiàn)提出了基于數(shù)字孿生概念的發(fā)電廠發(fā)電機(jī)智能健康管理。
3.3智能發(fā)電站數(shù)字孿生應(yīng)用
企業(yè)為了模擬仿真和警報(bào)構(gòu)建數(shù)字孿生，可以減少非故障的停車時(shí)間，同時(shí)持續(xù)降低員工的工作強(qiáng)度。智能發(fā)電站也可以應(yīng)用數(shù)字孿生體，提高發(fā)電站的智能化水平，達(dá)到降低效率、節(jié)約能源的目的。發(fā)電站是技術(shù)密集型、高度自動(dòng)化的現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)，具有應(yīng)用數(shù)字孿生的良好基礎(chǔ)，從數(shù)字孿生的內(nèi)涵和DCS的體系結(jié)構(gòu)來看，部分生產(chǎn)過程可以視為通過DCS實(shí)現(xiàn)的低級(jí)數(shù)字孿生。DCS通過I/O輸入模塊從物理現(xiàn)場(chǎng)收集信號(hào)，在DCS中對(duì)生產(chǎn)流程建模，根據(jù)物理模型的控制要求對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)，最后通過I/O輸出模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制。生產(chǎn)工藝數(shù)字孿生如下圖所示。
對(duì)于整個(gè)智能發(fā)電站，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)的模型不再局限于生產(chǎn)過程的控制內(nèi)容，還包括更多管理最優(yōu)化內(nèi)容，因此數(shù)字孿生將進(jìn)一步擴(kuò)大通過數(shù)據(jù)橋連接虛擬發(fā)電站和物理發(fā)電站。物理發(fā)電站的內(nèi)容包括設(shè)備、環(huán)境和其他資源，以及人的行為和相應(yīng)的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等。因此，在數(shù)據(jù)虛擬發(fā)電站環(huán)境中，設(shè)備的監(jiān)控、警報(bào)、診斷、實(shí)驗(yàn)、運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)化、虛擬環(huán)境中的人、機(jī)器、事物、方法、環(huán)整體多維分析、設(shè)備智能發(fā)電站數(shù)字孿生如下圖所示。
4智能電站體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)部署
綜合參考了智能發(fā)電站的內(nèi)涵及其在智能發(fā)電站的數(shù)字孿生應(yīng)用，從智能發(fā)電站的核心能力要求出發(fā)，結(jié)合具體的資訊系統(tǒng)層次和國(guó)內(nèi)電站組織結(jié)構(gòu)劃分，基于數(shù)字孿生理論，利用電廠生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建和應(yīng)用相關(guān)模型。智能設(shè)備層、智能控制層、智能監(jiān)管層和智能決策層4體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善了智能發(fā)電廠的體系結(jié)構(gòu)模型，并可以根據(jù)發(fā)電廠的具體智能要求部署相應(yīng)的業(yè)務(wù)。
4.1智能發(fā)電站核心能力
智能發(fā)電站的核心能力是智能化。智能化有兩種意義。一方面是利用“人工智能”的理論、方法和技術(shù)處理信息和問題，另一方面具有“擬人智能”的特性或功能。自主性、主動(dòng)性、敏感性、機(jī)動(dòng)性——無處不在的認(rèn)識(shí)、自我診斷、智能發(fā)電站的核心能力如下圖所示。
1）智能設(shè)備層可以突破現(xiàn)有的儀器和控制裝置，全面收集現(xiàn)場(chǎng)信息，診斷收集到的信息。
2）智能控制層突破了現(xiàn)有的DCS，具有多種復(fù)雜計(jì)算和修正誤差的數(shù)據(jù)處理功能。
3）智能監(jiān)管層突破了現(xiàn)有的安全儀表系統(tǒng)，具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的多維分析功能，可以靈活地改變和擴(kuò)展功能。
4）智能決策層具有學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力。也就是通過與環(huán)境的互動(dòng)不斷地學(xué)習(xí)和積累知識(shí)，使自己適應(yīng)環(huán)境變化。
4.2智能發(fā)電站體系結(jié)構(gòu)
要實(shí)現(xiàn)智能發(fā)電站的核心能力，必須充分利用當(dāng)前的云端運(yùn)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用程序等高級(jí)信息技術(shù)、發(fā)電站控制系統(tǒng)、工廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、輔助監(jiān)控系統(tǒng)等，支持產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)、管理云平臺(tái)和發(fā)電站SIS網(wǎng)絡(luò)，并在智能設(shè)備層、智能控制層、智能監(jiān)管層和智能決策層構(gòu)建滿足智能發(fā)電站要求的模型，從而形成智能發(fā)電站生產(chǎn)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電過程的全面感知、協(xié)同優(yōu)化、預(yù)測(cè)預(yù)警和科學(xué)決策。智能發(fā)電站體系架構(gòu)如下圖所示。
(1)智能設(shè)備層
智能設(shè)備層與發(fā)電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)要素緊密融合，是與物理世界進(jìn)行虛擬世界交互與合作的關(guān)鍵，也是數(shù)字孿生的關(guān)鍵，為了實(shí)現(xiàn)全面認(rèn)識(shí)，主要通過先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，將發(fā)電廠所有設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、管理過程和環(huán)境條件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并根據(jù)自我診斷要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗透咝У膫鬏?。此外，在智能控制層、智能監(jiān)管層、智能決策層的指示下，可以準(zhǔn)確分析和傳達(dá)有關(guān)相應(yīng)電站生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)要素的指示，以實(shí)現(xiàn)最小干預(yù)的閉環(huán)控制要求。
(2)智能控制層
智能控制層為了實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠各工藝過程的智能控制，必須通過物理實(shí)體的行為模型和規(guī)則模型、生產(chǎn)工藝數(shù)字孿生、主要是DCS本身的相關(guān)高級(jí)算法程序、邊緣計(jì)算等高級(jí)信息技術(shù)等，形成工藝特性的自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等具體程序，對(duì)生產(chǎn)工藝建模。綜合智能設(shè)備層收集的信息和智能監(jiān)督層的指示，形成滿足發(fā)電站安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境要求的控制指南，在各種燃料和環(huán)境條件下最大限度地提高發(fā)電站的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境性。
(3)智能監(jiān)管層
智能監(jiān)督層的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備資產(chǎn)的智能化管理。基于生產(chǎn)工藝、工廠級(jí)監(jiān)控資訊系統(tǒng)、整個(gè)工廠生產(chǎn)過程和管理數(shù)據(jù)和信息收集、集成、工廠級(jí)能效基準(zhǔn)和評(píng)估、運(yùn)營(yíng)管理、智能巡檢員、設(shè)備健康管理、設(shè)備遠(yuǎn)程診斷等預(yù)測(cè)報(bào)警功能、在發(fā)電廠級(jí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠閉環(huán)時(shí)，建模的重點(diǎn)是設(shè)備的物理模型和運(yùn)行維護(hù)的規(guī)則模型。對(duì)應(yīng)于虛擬模型的物理實(shí)體包括設(shè)備資產(chǎn)本身和維護(hù)服務(wù)行為。智能管理層接收的輸入信息包括控制層的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、智能設(shè)備層的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息、智能決策層的執(zhí)行策略和最優(yōu)化模型信息。
（4）智能決策層
智能決策層借助生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理操作系統(tǒng)出示的海量信息展開大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用及有關(guān)功能模塊的開發(fā)設(shè)計(jì)，推動(dòng)管理數(shù)據(jù)信息與生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)信息之間的互相整合，實(shí)現(xiàn)了輔助決策、倉儲(chǔ)成本分析、智能供應(yīng)鏈支持、績(jī)效評(píng)估等戰(zhàn)略決策，從而增強(qiáng)整個(gè)集團(tuán)公司的精益化管理水平。智能決策層的核心是工業(yè)生產(chǎn)信息化大數(shù)據(jù)平臺(tái)和管理云平臺(tái)，智能決策層再加智能監(jiān)管層基本上將發(fā)電站現(xiàn)場(chǎng)的所有生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)要素都進(jìn)行了數(shù)字化，是真正意義上的數(shù)字孿生。在這個(gè)等級(jí)，生產(chǎn)制造、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理的管理行為等都生成了數(shù)字孿生體，甚至涉及智能監(jiān)管層的實(shí)體模型創(chuàng)建行為。
4.3智能發(fā)電站操作系統(tǒng)部署
智能發(fā)電站基于現(xiàn)代化先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而成，其核心是依托于云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)應(yīng)用演變而生成的信息系統(tǒng)和設(shè)施，智能發(fā)電站的體系構(gòu)架落地最終還是落實(shí)到含有工業(yè)生產(chǎn)信息化大數(shù)據(jù)平臺(tái)在內(nèi)的信息系統(tǒng)上。借助相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維修和信息系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)，才能真正實(shí)現(xiàn)智能發(fā)電站的基本建設(shè)，借助數(shù)字孿生生成智能發(fā)電站生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)實(shí)體模型，最終達(dá)到本質(zhì)安全、高效清潔、人機(jī)協(xié)同、智慧決策的目的。智能發(fā)電站的操作系統(tǒng)部署以集團(tuán)公司級(jí)大數(shù)據(jù)中心（工業(yè)生產(chǎn)信息化大數(shù)據(jù)平臺(tái)、管理云平臺(tái)）和廠級(jí)大數(shù)據(jù)中心（SIS數(shù)據(jù)庫）為核心，按照智能設(shè)備層、智能控制層、智能監(jiān)管層以及智能決策層4個(gè)等級(jí)，根據(jù)發(fā)電站具體情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。智能發(fā)電站操作系統(tǒng)部署如下圖所示。
1）智能設(shè)備方面主要部署先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如涉及入爐煤質(zhì)、鍋爐入爐煤粉流量、煙氣含氧量等發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的高精度的軟測(cè)量系統(tǒng)、火焰圖像頻譜分析操作系統(tǒng)；工業(yè)無線和全廠Wi-Fi，可增強(qiáng)各等級(jí)的數(shù)據(jù)信息交互和整合能力；應(yīng)用智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)一些高勞動(dòng)強(qiáng)度的重復(fù)操作和高風(fēng)險(xiǎn)的操作等。
2）智能控制方面重點(diǎn)考慮發(fā)電站安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保多目標(biāo)優(yōu)化控制需求，主要部署燃燒優(yōu)化、環(huán)保優(yōu)化、鍋爐吹灰優(yōu)化、制粉系統(tǒng)優(yōu)化等環(huán)保節(jié)能優(yōu)化控制算法和操作系統(tǒng)；在燃料區(qū)域結(jié)合智能設(shè)備更新改造，實(shí)現(xiàn)了燃料部分工藝流程無人化；對(duì)于部分設(shè)施借助智能監(jiān)盤操作系統(tǒng)部署實(shí)現(xiàn)了無人化；借助進(jìn)階生產(chǎn)規(guī)劃及排程操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)組級(jí)自啟停。
3）智能監(jiān)管方面重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)流程和設(shè)施健康監(jiān)管，可以智能化地實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警，智能兩票、智能安全準(zhǔn)入操作系統(tǒng)可以加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)維修保養(yǎng)作業(yè)的安全管理；智能巡點(diǎn)檢可以進(jìn)一步補(bǔ)充完善現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的健康技術(shù)參數(shù)；智能視頻監(jiān)控可以及時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)的異常情況。
5結(jié)語
智能發(fā)電站的重點(diǎn)在于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)流程的智能化，本文利用數(shù)字孿生方式 將生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)要素和流程全息投影到由工業(yè)生產(chǎn)信息化大數(shù)據(jù)平臺(tái)、管理云平臺(tái)結(jié)合的集團(tuán)級(jí)大數(shù)據(jù)中心，按照決策、監(jiān)管、控制和設(shè)備4個(gè)層次部署相對(duì)應(yīng)的智能化系統(tǒng)，覆蓋設(shè)施、運(yùn)行、燃料、物資等生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)層面，從而實(shí)現(xiàn)了智能發(fā)電站全面感知、協(xié)同優(yōu)化、預(yù)測(cè)預(yù)警和科學(xué)決策的目的，更好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)電站的節(jié)能降耗、減人增效、靈活調(diào)節(jié)和安全管控。