基于大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的智能電廠概念及框架研究

引言

《國務(wù)院關(guān)于積極推進"互聯(lián)網(wǎng)＋"行動的指導(dǎo)意見》(國發(fā)(2015)40號）提出了十一項重點行動,其中關(guān)于"互聯(lián)網(wǎng)＋"智慧能源部分指出要推進能源生產(chǎn)智能化?！秶野l(fā)展改革委國家能源局關(guān)于促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見》(發(fā)改運行(2015)1518號）提出了十項主要任務(wù),包括"建立健全網(wǎng)源協(xié)調(diào)發(fā)展和運營機制,全面提升電源側(cè)智能化水平"。我國的資源稟賦決定了煤炭的主導(dǎo)地位,煤電必然在很長一段時期內(nèi)仍將是電能供給的重要組成,國華電力公司下屬各電廠也以煤電為主。如何提升燃煤電廠的價值創(chuàng)造能力一直是國華電力公司的重要研究方向,因此,自2013年起,國華電力公司開啟了對燃煤電廠智能發(fā)電的探索和研究工作,至今已有成效。云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用,可以提升電廠在生產(chǎn)、管理及決策過程中的效率,有效指導(dǎo)生產(chǎn)經(jīng)營活動,最終實現(xiàn)價值創(chuàng)造。

1智能電廠的設(shè)計思路

1.1以大數(shù)據(jù)提升電廠價值創(chuàng)造能力

智能電廠應(yīng)以大數(shù)據(jù)挖掘為核心要求,以提升電廠的智能化水平,實現(xiàn)減員增效、精細化運行、預(yù)防性檢修、智能化安全管控為目標。因此,可將智能電廠定義為基于大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用,綜合智能設(shè)備、現(xiàn)場總線、云平臺、系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)挖掘及價值分析應(yīng)用能力,可進一步推進實現(xiàn)生產(chǎn)高度自動化、管理高度集約化、信息互聯(lián)互通的新型電廠。數(shù)據(jù)挖掘及價值分析過程如圖1所示。電廠內(nèi)部和外部的所有數(shù)據(jù)資源眾多,包括基建、生產(chǎn)、經(jīng)營、辦公類內(nèi)部數(shù)據(jù),以及供應(yīng)商、設(shè)備商、電網(wǎng)、社會環(huán)境等上下游外部數(shù)據(jù),需要進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集,通過各種針對性的計算模型,在"數(shù)據(jù)集市"對數(shù)據(jù)進行分析與處理,最終以數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品的形式滿足各級人員的需求,實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營管理的智能化。

1.2以云模式共享數(shù)據(jù)資源指導(dǎo)業(yè)務(wù)實踐

智能電廠應(yīng)建立統(tǒng)一的企業(yè)智能化平臺,實現(xiàn)"一平臺、多站點、云服務(wù)"的部署模式,如圖2所示,集約共享業(yè)務(wù)服務(wù)與管理成果。下屬電廠以站點方式應(yīng)用,同時具有較高的可擴展性。下屬電廠各業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)實時性及其重要程度在電廠本地及統(tǒng)一云端按需部署,優(yōu)化配置:以業(yè)務(wù)為本,以數(shù)據(jù)為源,滿足本部各職能部門與電廠不同層面的管理需求,提高業(yè)務(wù)效率,實現(xiàn)價值創(chuàng)造。

圖2云平臺部署模式

2智能電廠總體框架與功能設(shè)計

2.1總體框架

按照火力發(fā)電廠的工藝特點、信息流向及管理流程,筆者認為智能電廠總體框架應(yīng)當具有三個層次,分別是數(shù)字化與過程自動化層、數(shù)據(jù)整合與業(yè)務(wù)智能層、數(shù)據(jù)建模與決策分析層,通俗地說,即智能生產(chǎn)、智能管理和智能決策,如圖3所示,每個層級具有各自的核心特征和期望實現(xiàn)的價值目標。

在智能生產(chǎn)層,通過自動化設(shè)備、數(shù)字化采集,使得電廠的生產(chǎn)過程透明化,機組一鍵啟停已成為普遍特征,最終目的是要實現(xiàn)所有設(shè)備與智能系統(tǒng)互聯(lián),管理人員可以全面感知現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況,減少監(jiān)盤人員數(shù)量,降低誤操作率,甚至達到無人值守的狀態(tài)。

在智能管理層,通過研究臺塑"三化"的管理模式,理清管理上的冗余環(huán)節(jié),推進管理制度化、制度表單化、表單電腦化建設(shè),在各項資源優(yōu)化配置和規(guī)范的運營秩序下,對各類數(shù)據(jù)進行標準化集成,打通各個管理系統(tǒng),以期實現(xiàn)系統(tǒng)的深度集成和融合應(yīng)用,最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)更加智能高效。

在智能決策層,通過建立數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進行挖掘加工,得到各類有效的、直觀的數(shù)據(jù),輔助各級管理者做出即時有效的決策,以求實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備狀況的預(yù)知預(yù)判,及時優(yōu)化運行方式,達到價值創(chuàng)造的目標。

同時,需充分利用新一代信息技術(shù),構(gòu)建基于云架構(gòu)的企業(yè)智能化平臺,實現(xiàn)IT資源的高效利用:實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化貫通,消除信息孤島:實現(xiàn)應(yīng)用快速部署,滿足業(yè)務(wù)實際需要:實現(xiàn)高可靠、高可用的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,持續(xù)運維,支持"互聯(lián)網(wǎng)+"模式下的企業(yè)發(fā)展。

2.2功能設(shè)計

根據(jù)數(shù)據(jù)流在生產(chǎn)業(yè)務(wù)中的價值增值走向,從最基本的發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施到各級人員的管理決策,智能電廠功能設(shè)計涵蓋若干模塊,每個模塊是智能電廠各類業(yè)務(wù)的一個大的歸類。

2.2.1數(shù)字化與過程自動化層

基于智能化設(shè)備的數(shù)字化采集與自動化控制。通過RFID技術(shù),利用二維碼等介質(zhì)對發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施進行靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集:通過現(xiàn)場總線、電氣控制、分散控制、優(yōu)化控制等手段對設(shè)備進行自動化控制,同時采集設(shè)備動態(tài)運行數(shù)據(jù)。利用貫穿基建生產(chǎn)全過程的各類編碼,實現(xiàn)發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施與信息化基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)流傳遞,進而使數(shù)據(jù)進入整合與業(yè)務(wù)智能層。本層的目的是建立物理信息系統(tǒng),貫通設(shè)備、自動化和信息化基礎(chǔ)設(shè)施,實現(xiàn)智能生產(chǎn)。

2.2.2數(shù)據(jù)整合與業(yè)務(wù)智能層

基于面向服務(wù)的體系架構(gòu),對信息系統(tǒng)進行標準化集成,對智能電廠從基建到生產(chǎn)的全壽命周期進行設(shè)計。在基建期包括智能設(shè)計管理、智能采購、智能建設(shè)過程控制,通過數(shù)字化移交,將基建期數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入生產(chǎn)運營期全壽命周期資產(chǎn)管理:核心業(yè)務(wù)管理涵蓋經(jīng)營部門的人、財、物、燃料等的管理,生產(chǎn)運營管理涵蓋生產(chǎn)調(diào)度、技術(shù)管理、安健環(huán)管理、班組建設(shè)等內(nèi)容:營銷支持模塊主要是對市場營銷環(huán)境的分析與營銷策略規(guī)劃等。本層的目的是對電廠生產(chǎn)運營產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行整理、分析,形成高價值的數(shù)據(jù)資源和標準化的業(yè)務(wù)流程。

2.2.3數(shù)據(jù)建模與決策分析層

基于數(shù)據(jù)分析模型、決策模型、知識分析模型的智能決策與優(yōu)化運行,包括廠級的競價上網(wǎng)服務(wù),客觀公正的績效管理和分散決策。主要是通過建立各類數(shù)據(jù)模型進行大數(shù)據(jù)分析,指導(dǎo)電廠生產(chǎn)運營優(yōu)化,對設(shè)備狀態(tài)及時進行診斷與預(yù)警。本層的目的是輔助高效決策,提高生產(chǎn)經(jīng)營管理水平,最終實現(xiàn)高品質(zhì)智能發(fā)電。

2.2.4企業(yè)智能化平臺

根據(jù)信息系統(tǒng)的重要程度、使用情況和未來需求,將電廠分散的信息系統(tǒng)進行分類整合集成,減少系統(tǒng)數(shù)量,逐漸形成集約化、一體化的信息平臺。實現(xiàn)軟件接口的標準化服務(wù),打通跨系統(tǒng)流程,為業(yè)務(wù)靈活變化提供支撐:實現(xiàn)接口的統(tǒng)一管理,提高數(shù)據(jù)交換效率,提升整體軟件服務(wù)性能和質(zhì)量水平,并逐步構(gòu)建軟件開放服務(wù)能力。

在電廠業(yè)務(wù)全覆蓋基礎(chǔ)上,搭建智能電站創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)用。數(shù)字化（全過程）移交分階段地持續(xù)進行,除了將基建期重要信息傳遞到生產(chǎn)期外,更助力基建期的全過程管理:以單體設(shè)備為核心,集成設(shè)計期、基建期、運行期的全壽命周期信息,集成設(shè)計圖紙、采購合同、實時工況數(shù)據(jù)、缺陷檢修信息等全方位信息,逐漸集成共享同類型設(shè)備信息,建立橫縱貫通、分層服務(wù)的設(shè)備數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)全壽命周期數(shù)據(jù)集成與管理:開放性業(yè)務(wù)支持實現(xiàn)與區(qū)域和各省電力交易中心、售電公司、用戶互聯(lián)互通,滿足現(xiàn)貨/期貨交易、電量和輔助服務(wù)報價等業(yè)務(wù)需求。

提供按崗定制的個人工作云,按照崗位授權(quán)和業(yè)務(wù)需求向員工推送必要數(shù)據(jù),減少數(shù)據(jù)垃圾:深度整合集成信息系統(tǒng)功能,員工可一鍵直達所需界面,避免重復(fù)登錄系統(tǒng)和點擊菜單,提高工作效率:員工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存在云端,可避免個人設(shè)備損壞等情況造成的數(shù)據(jù)丟失,降低安全風險。

3智能電廠建設(shè)建議

智能電廠建設(shè)應(yīng)著眼于未來新的商業(yè)模式,堅持簡潔高效、適度超前、效益優(yōu)先、價值創(chuàng)造的原則,已存在的系統(tǒng)要融入智能電廠建設(shè)、統(tǒng)籌規(guī)劃,要盡量采用投入少、產(chǎn)出多、易擴展、易維護、安全性高的成熟技術(shù)和方案開展智能化建設(shè),有選擇性地應(yīng)用先進技術(shù)和成熟技術(shù)。

在建設(shè)實施層面,要新、老電廠有別,新廠要注重先進性和時代特征,老廠要逐步提高智能化水平:示范項目和產(chǎn)業(yè)項目有別,示范項目要充分體現(xiàn)先進性,產(chǎn)業(yè)項目要突出價值創(chuàng)造力。

智能電廠建設(shè)成功的前提是信息化、智能化建設(shè)要有標準、有設(shè)計,系統(tǒng)功能與設(shè)備基礎(chǔ)、人員素質(zhì)相匹配。因此,要在設(shè)計階段抓好功能設(shè)計、設(shè)備選型、造價與效果比對,實現(xiàn)從設(shè)計、實施到運營全過程的價值創(chuàng)造最大化。

4結(jié)語

盡管近幾年電廠在智能化過程中取得了一定的進步,一些智能技術(shù)和產(chǎn)品在部分電廠已開始試點和推廣應(yīng)用,但建設(shè)完整的智能電廠或智能發(fā)電系統(tǒng),還需要:制訂相關(guān)的標準和規(guī)范:進一步開發(fā)和完善一系列在線檢測技術(shù):整合單元機組各工藝過程的控制系統(tǒng)及信息平臺,使得平臺統(tǒng)一、數(shù)據(jù)來源準確、信息便于交互和共享。隨著智能設(shè)備、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的不斷成熟,擁有超高科技信息技術(shù)含量的智能電廠建設(shè)將會進一步受到關(guān)注,其作為智能電網(wǎng)的有機組成部分,必將實現(xiàn)發(fā)電機組的清潔、高效、安全、穩(wěn)定運行,實現(xiàn)電廠價值創(chuàng)造的目標。