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基于大数据分析和先进控制的智慧化电厂运维中心的设想

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：张宇

[导读] 摘要：随着大数据时代的到来，新技术、新设备已经在电力行业中得到了广泛的应用，促进了智慧电厂的建设，提高了电厂信息化、自动化、数字化的水平，如开展大数据分析和现场控制总线技术等。

        上海外高桥发电有限责任公司上海 200137
        摘要：随着大数据时代的到来，新技术、新设备已经在电力行业中得到了广泛的应用，促进了智慧电厂的建设，提高了电厂信息化、自动化、数字化的水平，如开展大数据分析和现场控制总线技术等。当前，大部分电厂也认识到了“大数据”“信息化技术”的重要性，并且开始将其引入电厂的运维管理中，形成了一种全新的管理理念，转变了传统电厂的生产模式、经营模式、业务流程以及管理方式和组织方式，重新整合了电厂的综合资源，建立了智慧化的运维管理中心，实现了电厂效率和效益的提升，不仅提高了电厂的市场竞争力，更有效地促进了电厂的可持续发展。
        关键词：大数据分析；先进控制；智慧化电厂；运维中心；集中管理
        引言
        智慧电厂的建设，不仅意味着电力企业已经向信息化转型，还意味着当今科技进步促进了企业的发展。在智慧电厂模式下，企业可灵活应用多种数字化系统进行企业管理，这既能大幅提升工作效率，又能使成本得以减少，有利于企业的未来发展。
        1智慧化电厂运维中心设立的背景分析
        伴随着社会科技水平的不断提升，现代信息技术已经成为生产生活中不可或缺的关键，加快了数据的传输速度，并且提高了安全性和可靠性。在此背景下，各行各业都开始将大数据分析、互联网技术融入自身的发展中，并积极地进行了变革和转型，改变了传统的管理模式，探索全新的绩效增长点。电力行业作为社会经济发展中的重要组成部分，安全、稳定是其发展的根本，原本的管理模式处于安全考虑，与互联网技术的融合相对较晚。而随着我国互联网加密技术的发展，有效地消除了数据安全顾虑。因此，电力行业需要及时的转变观念，结合大数据积极的进行转型，借助互联网和大数据分析来提高自身的效益，这也是当前电厂重点研究的难题。
        2智慧电厂的概念
        “智慧电厂”目前较为权威的定义可以描述为：面向电厂全生命周期，融合利用新一代信息通信、人工智能、检测、控制、工程、运维、管理等技术，以发电系统为载体，在其关键环节或过程，形成具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，能动态地适应发电环境的变化，并与智能电网高度协调，从而达到全局（包括发电产出、可利用率、效率、安全性、可靠性、可维修性、灵活性、设备磨损/损耗等）或局部优化目标，实现安全、可靠、绿色、经济、灵活的电力可持续供给的电厂。（引自《中国电力发展报告2018》）从这个概念来看，智慧发电厂应能实现围绕发电生产过程，通过智慧感知/执行设备层、智慧监测控制层、智慧生产监管层和智慧综合管理层的构架模式，实现整个发电过程的智能化。
        3智慧电厂建设的目标
        企业应紧紧围绕“安全、经济和环保”三大目标，运用大数据分析、人工智能、物联网、云架构、智能感知、智能控制、虚拟仿真等技术，达到减人增效、安全可控、高效经济、节能环保等目的。在全厂主辅一体化分散控制系统、先进现场总线设备基础上，通过生产过程智能优化控制，结合大数据分析、私有云平台、５Ｇ通信应用、智能机器人、三维可视化等技术，建设智能、节能、高效、安全的现代智慧型电厂，提升核心竞争力，形成电厂自身综合竞争优势，推动电厂的可持续发展。智慧电厂建设的主要目标：（１）生产过程智能化。通过引入智能设备，可视化数字电厂模型，实现设备的远程自动控制和运行维护管理，对设备状态进行评估和预判，实现状态检修、风险控制。（２）信息管理智能化。通过建立企业云平台，将企业管理信息有效融合，使各个部门之间信息共享，相互协作。（３）分析决策智能化。通过数据分析，充分发掘企业资源，实现各部门业务协同配合，有效降低成本，使企业效益最大化。（４）通过广泛应用新技术、优化组织机构和创新管理模式，达到机构人员精简化、信息采集数字化、信息传输网络化、运行控制最优化、数据分析软件化、决策系统科学化。
        4电厂运维集中管理的发展方向
        要想实现智慧化电厂运维的集中管理，主要从以下方面得以体现，分别为智能化设备和智能型控制系统。第一，电厂智能化设备。电厂信息的丰富程度与智能化设备之间有着密切的联系。以往的电厂设备都是通过传统的接线方式（硬接线）向DCS系统进行设备信号的传输，但受到电缆数量的影响限制了信息的传输，无法全面对信息进行输送。通过运用现场总线技术，有效地解决了信息传输不全的情况，其能够将各状态信号进行转化，实现数字化传输，保证了信息传输的全面性，并实现了电厂的信息化、自动化管理。智能化设备可以有效地实现数据端口与通讯模板之间的匹配，将产生的信息数据传输到管理系统中，保证数据分析的有效开展。第二，智能型控制系统。当前，大部分电厂仍是采用较为传统的经典控制系统进行控制，这就使得控制水平无法满足当前的实际需求，经常会出现运行参数的波动，进而影响机组的正常运行，因此，对控制系统进行更新尤为重要。通过运用先进控制，能有效地提高机组控制系统的精准度，如模型预测控制系统、分布式控制系统、可编程逻辑控制器、信息管理系统等，实现了自动化控制系统，为电厂的发展奠定了良好的基础。

        5智慧化电厂运维中心的功能和构成
        图1显示了一个完整的智能电站尺寸中心的结构和功能。在这个系统中，发电厂套件是基础，电力公司是节点，总公司确保了核心的全部功能。有两种方法可以访问系统。对于新组，您可以使用多种智能设备来增加数据量，并将所有数据通过数据终端上传到第一层节点。为了减轻DCS系统的负担，上述数据不能并入DCS。对于生产组，大型改建应用程序不现实。可以使用与DCS系统协作的数据捕获系统同时捕获和上载组中的数据。尽管与新的机床组件相比数据量不足，但系统的基本功能得到了满足。省分支机构充当中央系统节点，负责维护通信和安全。同时，对下属发电厂的运行情况进行了深入监测。通过更高带宽的通信网络，将发电厂的数据摘要上传到父系统。大型池维的中心是整个系统的核心部分。以下设置了高级控制、数据分析和远程诊断等功能，以确保整个系统的完整功能。先进控制部的主要职能是利用现代控制理论，处理集团自动化程度低和主要参数控制波动大的问题。扩展控制理论是指PID控制的经典理论，如b.模糊控制、中立网格控制和模型预测。模型预测控制基于机构的历史数据，建立机构的数学模型，预测模型中集合参数的趋势，预先进行控制，消除偏差，并确保基于当前操作的参数稳定性。从电厂上传到运行单元的批量数据有助于建立数学模型，通过实时验证提高模型预测结果的准确性，提供定期模型维护，给出精确控制建议，并将建议直接转发给电厂，以优化电厂的运行。当预测控制技术成熟时，甚至可以将模型下载到测量系统控制中，以提高电厂的控制能力。
        结束语
        总之，随着现代化电厂的不断发展，智慧化电厂运维中心所产生的工作量是十分庞大的，单依靠人力已经无法有效地进行分析和控制，这就需要现代化信息技术来发挥全部的功能。对此，需要从整个电力行业的角度出发，提高制造、调试、运行、维护等方面的技术水平，从而促进电力行业发展到一个全新的高度。电力行业是社会经济发展中的重要支柱，各大电力集团作为运维中心体系中的核心，要转变传统的观念，打破门户壁垒，从而为社会发展提供更高效的电力供应。
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