智慧电厂建设与智能发电技术应用探讨

赵阳

中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司

黑龙江省哈尔滨市 150078

摘要：数字化智慧电厂是火力发电企业技术革新和发展的重要方向。本文首先介绍了智慧电厂的概念和层级结构，然后重点讨论了其中的核心层级——智慧控制系统层。现场总线技术的实施是建设智慧电厂的底层基础，为上层控制层、生产监管层和管理层提供了最基本的数据基础。智慧控制系统应采取更加先进的智能控制算法，以满足机组不断更新的优化控制需求。最后，讨论了现役大中型火电机组进行智慧发电升级的基础条件和面临的困难。

关键词：智慧电厂；智能发电；技术要点

1 引言

随着中国经济结构调整，经济转型升级深入推进，再加上电力体制改革大力实施，智慧电厂的建设成为各电厂发展的新趋势。云计算、物联网、移动应用、人工智能等信息化不断发展，促使企业改变。在这样一个飞速发展的“大数据时代”，传统的思维模式、运营模式和管理模式，已经难以适应新时代、新形势的要求。借助智慧的控制手段和管理方法提升管理层次、竞争能力是新时代电厂的重要使命。

2 建设智慧电厂的必要条件

对于如何建设智慧电厂，国家能源集团电力领域首席科学家黄其励提出：“智慧电厂的核心是智慧决策和人机协调，基础是实时的动态大数据，手段是强大的计算能力。”

2.1 管理者创新理念是建设智慧电厂的前提

建设智慧电厂投资较大，进入门槛非常高。电厂领导必须要有战略眼光，拥有进入新行业、开发新产品的决心和勇气，学习其他智慧水电厂建设经验，制定智慧电厂建设目标和实施具体方法和路径。

2.2 强大的投资能力是建设智慧电厂的基础

智慧电厂建设投资成本较大，投资回收期相对较长，在设备改造、硬软件平台搭建和人才培养方面成本较高，因此电厂需要有较充裕的资金、较强的投资能力。

2.3 人才资源是智慧电厂建设的支撑

智慧电厂建设需要有一批成熟智慧电厂的高级管理人才，使电厂能找准方向、整合资源。还需要一批熟悉现代技术的智能型人才，掌握智慧电厂建设的关键技术，让电厂拥有自主知识产权和核心技术。

3 智慧电厂建设要点

3.1 云平台搭建

智慧电厂建设数据是根本，如何储存智慧电厂的海量数据，将是每个智慧电厂建设者必须思考的问题。随着信息技术的飞速发展，虚拟技术的成熟运用，智慧电厂建设将借助虚拟技术搭建智慧电厂的云平台。传统的“烟囱式”孤岛架构已无法适应海量式的数据增长，即按需、逐个、独立的建设原则构建信息化资源平台，使得每一个业务系统都采用独立的服务器、独立的数据库系统、独立的管理架构。“烟囱式”孤岛架构使得IT资源利用率低，维护及管理成本大将不适合智慧电厂的IT部署模式。通过虚拟技术搭建智慧电厂的云平台，将大大改善烟囱IT部署缺点。通过虚拟技术构建共享资源池，实现对电厂所有信息化资源的统一调度与管理；通过虚拟化技术，有效地提升了资源池中服务器、存储、网络资源的利用率；通过云计算的IRF技术将网络设备虚拟化，使网络拓扑结构变得简单的同时，提供了云计算方式所需要的足够的带宽，提高了网络的可靠性与可用性。

3.2 人员实名制管理子系统

厂区所有门禁系统使用人脸识别的进出场方式，施工人员通过设备扫描人脸进出项目现场，人员进出的信息由通道控制器统一记录反馈给平台，每个门禁区域需要设置互联网，保证数据能通过外网传输至后端服务器，如区域不能覆盖网络的，需要设置4G路由器和4G流量卡，确保数据正常传输。从而以此来达到进出人员身份证信息采集、进出人员控制，防止闲杂人等进入、人员出入信息记录存储、施工人员考勤管理、人员进出数据统计和分析等构建统一的电厂施工项目劳务实名制管理平台的目的。

3.3 工地大屏子系统

室外LED点阵屏系统与项目管理信息系统做接口关联，将项目管理信息系统的安全实施情况、违章状况等数据传输到显示大屏系统，实时循环播放。现场数据展示平台整合多个来源数据，实现了对工地数据信息的多维度统计分析，并以可视化方式直观呈现，助力管理层科学决策。数据展示平台以工程项目为视角，包含数据平台首页、项目关键信息、资源管理、进度管控、内容管理、质量管理等内容。

4 智慧电厂控制系统技术讨论

4.1 先进的控制策略与控制算法

由于燃煤电厂的控制对象繁多，系统复杂，并且外界条件也在不断变化，再加上节能减排的大趋势要求，使得对控制系统的控制品质要求越来越高。目前，采用的传统的控制策略和控制算法的控制系统已经逐渐不能满足当今更高发电控制指标及节能指标的需求。因此在智能控制系统中需要加入更加先进的控制算法、智能控制技术、智能设备管理技术、机器人技术等技术手段，以及节能优化控制方案，以实现智慧发电更高的要求。先进的实时控制与优化算法一般包括预测控制、自抗扰控制、内模控制、鲁棒控制、PID自整定等先进的控制算法，还包含多目标寻优算法以及机器深度学习等实时优化算法模块功能。

4.2 智能控制在温度控制方面的使用

电厂智能控制能够有效地对温度进行把控，对于整个电厂运转来说，电厂锅炉温度检测十分关键。电厂智能控制即利用自动化对运行中的锅炉进行监控，以便更好地控制热量，避免因锅炉过热而导致机械故障。在这种情况下，电厂智能控制系统能够对生产温度中的惯性和滞后时间进行合理的调整，进而保障温度能够与环境相融合。电厂智能控制应用在电厂锅炉燃烧中，能够对能源进行合理的配置，进而加强能源的应用效率。在我国电厂中，电场锅炉燃烧会受到很多因素的干扰。通常情况下会要求工作人员能够实时监控把控温度，但是对温度进行把控，容易对工作人员的人身安全产生危害，如果能够在温度控制方面应用模糊控制，通过研究炉膛辐射，则能够科学把控生产温度，保障工作人员以及系统的安全。

4.3 设备状态监测与预警

基于现场总线技术的检测、控制设备可以向控制系统发送大量的设备状态信息，智慧控制系统可对这些数据进行劣化分析，若某些相关联的设备参数达到一定阈值时，可向运行人员发出预警，并对产生此预期故障的原因做出诊断。在深度自学习技术的支持下，该功能可以实现对设备的运行状态进行智能检测，及时发现设备运行中的潜在隐患，并通过数据分析确定该隐患的所在处，为运行人员及时对其进行处理提供帮助，也可为智能管理层提供决策支持。

5 结束语

现阶段，电厂智能控制发展速度较快，有着较高的应用意义，能够对以往问题进行高效的解决，加强电厂经济收入。在自动检测、自动保护以及自动报警和自动控制等功能的推动下，电厂稳定可稳定发展。智慧电厂应用智能控制技术，能够自适应电厂的整体环境，如燃料的变化、电网负荷的波动、排放影响等，使其在各种环境下都能提供经济、环保、安全、稳定的电能。

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