1 項目背景

隨著我國經(jīng)濟結構調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級深入推進，以及電力體制改革大力實施，智慧電廠已經(jīng)成為電廠發(fā)展新趨勢，在節(jié)能、降耗、減排等政策驅(qū)動下，智慧電廠項目綜合互聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)資源、推進智慧運行管理、智慧檢修安全、智慧新能源發(fā)電等舉措，能有效提升電廠核心競爭力，推動電廠持續(xù)發(fā)展。

新疆準東五彩灣北三電廠 1 號 2 號機組工程（2×660MW），是第二條疆電外送線路“準東-皖南±1100KV”特高壓直流輸電工程配套電源項目，是綜合開發(fā)準東煤炭資源，推動新疆能源、經(jīng)濟環(huán)境和諧發(fā)展的綠色工程。電廠項目建設規(guī)模為 2 臺 660 兆瓦高效超超臨界燃煤間接空冷發(fā)電機組，三大主機由哈爾濱電氣集團提供，DCS 采用杭州和利時自動化的 HOLLiAS-MACS 系統(tǒng)。進入“十三五”建設期間，國家及相關部委對于能源的智慧化建設提出了新的要求“加快推進能源全領域、全環(huán)節(jié)智慧化發(fā)展，提高可持續(xù)自適應能力”，目前國內(nèi)火電企業(yè)都在研究和探索智慧電廠的實施建設。五彩灣北三電廠全流程智慧協(xié)同中心建設立足當前行業(yè)智慧能源發(fā)展現(xiàn)狀，利用基建期的有利條件，充分發(fā)揮自身發(fā)展優(yōu)勢，努力打造智慧煤電的新標桿，建設內(nèi)容涵蓋 “智能發(fā)電平臺、智慧管理服務平臺、智能設施應用、信息主動安全防御”四大功能模塊。

2項目目標與原則

（1）低碳環(huán)保、技術領先、世界一流的智能電站；

（2）智慧運行、少人值守、多機一控的自動化電站；

（3）生態(tài)文明、能耗先進、動力持久的不間斷電源。

3 項目實施與應用

3.1項目規(guī)劃

（1）模塊功能架構

（2）模塊分區(qū)布置

3.2實施與應用的詳細情況

新疆準東五彩灣北三電廠 1 號 2 號機組工程（2x660MW）智慧電廠項目于2020年8月簽約，2021年6月完成基礎建設，2022年12月進行各模塊調(diào)試并完成上線試運行，2023年11月完成項目全部分項驗收工作，主要建設內(nèi)容說明如下

3.2.1智慧管理服務平臺（ISS）

（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化管控平臺

改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心信息條塊分割，將IT和OT融合到一個統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，具備自動化和信息化結合的分析決策功能。原有數(shù)據(jù)繼承,避免重復錄入現(xiàn)有業(yè)務歷史數(shù)據(jù)治理，人、財、物全方位數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)擴展利用,實現(xiàn)個性化需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺抽取電廠管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合云計算、大數(shù)據(jù)等新一代技術智能化平臺，基于大量數(shù)據(jù)建立有效的信息模型，為用戶提供自主創(chuàng)新開發(fā)手段，實現(xiàn)按需部署的分析和應用。  

（2）智慧管理應用

智慧黨建：應用黨建智能終端設備和軟件系統(tǒng)，將更多的新技術融入到黨群服務中心日常的教育、宣傳、展示與業(yè)務辦理工作中去，豐富黨群活動中心的服務內(nèi)容，提高黨群活動中心的利用率。

智慧決策支持：定位于滿足高級生產(chǎn)經(jīng)營管理人員以經(jīng)營業(yè)績考核指標為核心，構建含蓋：安全、節(jié)能、環(huán)保、可靠性、科技、計劃、經(jīng)營、財務、燃料、物資等全口徑指標對標分析體系；通過引入計劃值、考核值、同期值、環(huán)比值、歷史最優(yōu)值、同型先進值等多種對標標桿，讓數(shù)據(jù)開口說話，為公司決策提供觸手可及的數(shù)據(jù)支撐。

智慧運營：建設覆蓋電廠安全、運行、設備、應急、經(jīng)營、營銷、燃料、物資、風險、行政管理等業(yè)務的管理體系，實現(xiàn)對全廠設備資產(chǎn)數(shù)字化、可視化、智能化的監(jiān)控與管理，以及生產(chǎn)經(jīng)營各環(huán)節(jié)的智能預測、智能分析、智能診斷及智能決策。智能生產(chǎn)應用以數(shù)據(jù)為核心資產(chǎn)，以積累有效數(shù)據(jù)的重要支撐，在管理層面消除電廠信息孤島，實現(xiàn)業(yè)務和信息、數(shù)據(jù)高度統(tǒng)一，使企業(yè)內(nèi)部協(xié)同達到高水平，最大程度夯實管理，發(fā)揮管理價值和效益。

智能點巡檢：將“巡檢、點檢、精密點檢、機器人、防磨防爆”集成并與設備的優(yōu)化檢修進行有機融合，建立可視化的優(yōu)化檢修一體化智能管控系統(tǒng)。實現(xiàn)以點檢人員為責任主體的全員設備狀態(tài)監(jiān)測和預知檢修，以巡、點檢數(shù)據(jù)為支撐，實現(xiàn)設備巡、點檢的多級預警與報警，使設備在可靠性、維護性、經(jīng)濟性上達到精細化管理。

精密點檢及遠程診斷：深度分析設備運行狀態(tài)，了解設備目前運行過程中存在的問題，降低設備維護成本，具體包含旋轉(zhuǎn)機械故障診斷、電流診斷、紅外診斷、油液診斷。精密點檢并非孤立的存在，如在點檢執(zhí)行過程中直接了解設備實時信息、歷史缺陷信息、歷史處理措施、設備故障預警等。同時借助專業(yè)的業(yè)務能力，將設備管理系統(tǒng)、實時監(jiān)視、運行管理、診斷等實現(xiàn)與精密點檢的高度融合，達到管控一體化目的。

智能機器人：使用一套既能對電廠設備自動進行數(shù)據(jù)采集，又能對數(shù)據(jù)進行全面綜合分析和比較的智能化巡、點檢機器人系統(tǒng)，使用機器人+視頻圖像結構化技術，實現(xiàn)關鍵區(qū)域巡檢及故障預警，對設備表盤和狀態(tài)燈等設備讀取，發(fā)生異常自動報警，當設備發(fā)生變化，如漏水、漏油、溫度異常、設備附件變化等自動識別完成電氣智能巡檢系統(tǒng)（含配電室）、升壓站、輸煤、化水、脫硫系統(tǒng)區(qū)域智能巡點檢，實現(xiàn)減員增效。

鍋爐防磨防爆：建立鍋爐“四管”設備的三維數(shù)字矢量模型，與實際設備的空間形態(tài)與結構進行對應；針對鍋爐不同位置的管道和檢修過程中檢修規(guī)則，對鍋爐進行合理的區(qū)域劃分，并進行編碼；錄入檢修數(shù)據(jù)，形成設備動態(tài)臺賬，指導鍋爐防磨防爆檢修工作。

DCS遠程診斷：對邊緣采集數(shù)據(jù)挖掘，利用遠程DCS知識庫和專家資源對控制系統(tǒng)精準診斷，產(chǎn)品遠程維護及升級、專家型人才復用，降低維護成本；定期評估生產(chǎn)人員操作規(guī)范性，通過系統(tǒng)全面的系統(tǒng)全面實時診斷和專家經(jīng)驗系統(tǒng)的結合，建立綜合評價機制，進一步提高DCS系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。

智能安防一體化：將北三電廠已建成智慧門禁、AI視頻、電子周界防護、環(huán)境監(jiān)控等安防實況進行集成，實現(xiàn)系統(tǒng)間“一點觸發(fā)、全面聯(lián)動”，形成預防、監(jiān)控、應急和決策支持為一體的全面安防體系，為物聯(lián)網(wǎng)、智能產(chǎn)品與智慧電廠深度融合提供研發(fā)、集成測試與應用示范的一站式服務。   

3.2.1智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)（ICS）

以分散控制系統(tǒng)（DCS）為核心，擴展智能優(yōu)化算法庫、高級值班員工作站、開放應用服務器等資源，實現(xiàn)發(fā)電過程的智能檢測、智能控制與智能運行監(jiān)控，為火電廠控制優(yōu)化與運行優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測及診斷預警提供可靠的軟硬件平臺。在智能發(fā)電控制系統(tǒng)上，過去SIS中的性能計算、耗差分析、故障預警等功能可以下移至系統(tǒng)中，同時系統(tǒng)預留運行第三方高級應用的開放環(huán)境，具備吸收各種優(yōu)秀資源能力，實現(xiàn)機組在線深度優(yōu)化、智能運行監(jiān)控等智能化的應用。

（1）軟測量：煤質(zhì)的變化對于鍋爐運行參數(shù)有著很廣泛的影響，軟測量通過實時采集機組運行參數(shù)，建立電站鍋爐入爐煤質(zhì)在線監(jiān)測模型，根據(jù)磨煤機的能量平衡和質(zhì)量平衡，進行煤質(zhì)的在線軟測量，快速準確測定入爐煤質(zhì)。

（2）性能計算與耗差分析：通過采集 DCS數(shù)據(jù)對單個設備或子系統(tǒng)進行效率計算，進而計算機組整體效率、煤耗、廠用電等參數(shù)，計算的結果實時顯示并在歷史數(shù)據(jù)庫中保存。耗差分析采用能量平衡和汽輪機變工況計算方法，分析計算機組運行中的關鍵參數(shù)偏離基準值時產(chǎn)生的煤耗之差，分析結果實時在線推送給運行人員，支持與指導運行人員進行優(yōu)化操作，調(diào)整機組運行方式，提升機組運行效率。

（3）機組性能尋優(yōu)與輔助運行：通過創(chuàng)建基于綜合最優(yōu)工況判別技術下的動態(tài)標桿值數(shù)據(jù)庫體系，實現(xiàn)運行動態(tài)過程的綜合最優(yōu)工況尋優(yōu)。系統(tǒng)以運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性作為尋優(yōu)判據(jù)，對當前工況實時分析，當發(fā)現(xiàn)比現(xiàn)有標桿庫更好的標桿值時，會及時提示。修改后的標桿值可以用戶閉環(huán)控制。系統(tǒng)還可以實時計算運行人員可控因子操作耗差得分，運用動態(tài)標桿值數(shù)據(jù)庫的運行操作量化評價技術，量化運行操作效果，并直接關聯(lián)個人績效管理系統(tǒng)，進而實現(xiàn)對運行操作的指導與科學評價。

（4）柔性協(xié)調(diào)及深度調(diào)峰：通過柔性因子計算邏輯、制粉風煙控制系統(tǒng)深調(diào)參數(shù)拓展邏輯。實現(xiàn)機組35%～50%深調(diào)負荷范圍內(nèi)， AGC速率不低于2%Pe/min，主汽壓力偏差不超過±0.6MPa，中間點溫度偏差不超過±6℃。

（5）燃燒優(yōu)化調(diào)整：燃燒調(diào)整試驗和燃燒系統(tǒng)建模優(yōu)化控制相結合，配煤摻燒和燃燒優(yōu)化緊密結合，合理調(diào)控磨煤機投運組合及機組配煤方案，根據(jù)煤質(zhì)變化在線調(diào)控煤粉細度、一、二次風配風方式等，實現(xiàn)風煤比精細控制，達到爐內(nèi)溫度場、動力場和煙氣分布的均勻；系統(tǒng)還通過歷史數(shù)據(jù)自學習，實現(xiàn)優(yōu)化模型的不斷更新，適應外部運行條件和設備磨損變化，進一步提升機組燃燒效率并兼顧環(huán)保排放。

（6）噴氨優(yōu)化：以控制NOx達標排放為目標，采用區(qū)域化測量系統(tǒng)，實時優(yōu)化SCR的噴氨量，真正實現(xiàn)NOx與氨的等摩爾比噴射，杜絕為達到國家環(huán)保排放標準而造成的“氨”過噴，大大降低空預器堵塞風險。

（7）智能報警：利用智能發(fā)電控制系統(tǒng)高性能服務器的信息處理能力，采用人工智能技術，通過推理機制和故障知識庫，建立報警因果關系模型，實現(xiàn)報警過濾、溯源、診斷、預測等功能，幫助運行人員快速處理各類異常，實現(xiàn)人機協(xié)同，智能監(jiān)盤。

（8）智能吹灰：以傳熱效率、蒸汽消耗、管壁磨損綜合最優(yōu)為目標，以煙氣溫度差、汽溫偏差、減溫水開度等作為邊界條件，建立鍋爐受熱面污染監(jiān)測模型，通過安全性、經(jīng)濟性分析評估，判斷當前工況下鍋爐各受熱面的吹灰方案，自動啟動相應的吹灰程控系統(tǒng)。

（9）空冷溫度場監(jiān)控：通過采集機組實時運行數(shù)據(jù)，并結合空冷島溫度場測量數(shù)據(jù)，對汽輪機冷端系統(tǒng)最佳真空設定值、空冷凝汽器單元風機轉(zhuǎn)速指令進行優(yōu)化分配，保證空冷島在最佳背壓運行基礎上，實現(xiàn)空冷島各翅片管束的換熱均衡，提升機組冬季防凍能力和經(jīng)濟運行能力。

3.2.3信息主動安全防御系統(tǒng)

為滿足GB/T22239-2019等級保護基本要求中三級系統(tǒng)要求和國能安全36號文要求，遵從“一個中心三重防護”，為新疆準東五彩灣北三電廠ICS+ISS系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護進行設計，從邊界隔離及訪問控制、防病毒和惡意代碼防范、主機加固、入侵檢測、綜合審計、外設管控、網(wǎng)絡安全集中監(jiān)控以及業(yè)務系統(tǒng)和安全系統(tǒng)的雙因素認證和身份鑒別等方面進行綜合考慮，通過部署終端安全可信防護系統(tǒng)、綜合審計系統(tǒng)、工業(yè)入侵檢測、邊界防護產(chǎn)品、數(shù)據(jù)備份恢復系統(tǒng)及網(wǎng)絡安全集中管理和監(jiān)控平臺等，實現(xiàn)對系統(tǒng)中存在的病毒危害、非法操作、異常事件和外部攻擊等威脅的有效防護，并對網(wǎng)絡內(nèi)的安全設備、網(wǎng)絡設備及終端的安全策略進行集中配置管理和安全事件集中監(jiān)視處置，為電廠ICS和ISS系統(tǒng)構建在安全管理中心支持下的安全計算環(huán)境、安全區(qū)域邊界、安全通信網(wǎng)絡三重防御體系，保障電廠業(yè)務的安全穩(wěn)定運行。

3.3項目創(chuàng)新性

（1）構建人機協(xié)同，能效閉環(huán)的智能發(fā)電控制平臺：采用與常規(guī)DCS一體化的智能DCS，集成到原DCS畫面中，消除“黑匣子”，實現(xiàn)維護透明化和持續(xù)擴展優(yōu)化能力。智能控制環(huán)境、智能計算環(huán)境、數(shù)據(jù)分析環(huán)境和開放的應用開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)智能檢測、智能控制、智能運行、智能監(jiān)控等功能；系統(tǒng)安全性更高，功能更強大，橫向擴充，擁有更強大的計算、存儲能力；支持集成各種形式的第三方算法，對算法和應用支持多種診斷和冗余，同時可以對第三方算法應用能進行有效網(wǎng)絡抑制，不會對DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡負荷率造成影響。人工智能、大數(shù)據(jù)尋優(yōu)、模糊預測等先進算法實現(xiàn)對機組運行狀態(tài)的整體評估，通過人機正向知識交互，運行人員的經(jīng)驗和機器智能不斷迭代增強，實現(xiàn)人機協(xié)同監(jiān)盤。通過能耗實時計算，經(jīng)過多目標尋優(yōu)等智能控制算法及策略，對機組進行高品質(zhì)控制，保持全局的最優(yōu)狀態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的能效大閉環(huán)。

（2）依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺搭建智慧管控服務平臺，實現(xiàn)全流程協(xié)同辦公;平臺改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心信息條塊分割，消除信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化、統(tǒng)一化、一體化，管理數(shù)據(jù)資產(chǎn)，實現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)字化移交，內(nèi)部信息共享與集成，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析；通過挖掘電廠各系統(tǒng)相對獨立的信息系統(tǒng)的結構、非結構化數(shù)據(jù)，并結合云計算、大數(shù)據(jù)、3D引擎等新一代技術，建立有效的信息可視化模型，為用戶提供自主創(chuàng)新開發(fā)手段和按需部署應用的環(huán)境，具備自動化和信息化結合的分析決策功能，為管理決策提供有力保障，真正實現(xiàn)IT和OT融合。

（3）智能機器人+視頻圖像識別技術發(fā)展，變革生產(chǎn)現(xiàn)場巡檢工作模式;使用機器人+視頻圖像結構化技術，實現(xiàn)關鍵區(qū)域巡檢及故障預警，智能機器人對關鍵區(qū)域巡檢（輸煤、制粉、變壓器、GIS室、汽機、化水車間、脫硫等），對設備狀態(tài)識別，對設備表盤和狀態(tài)燈等設備讀取，發(fā)生異常自動報警，當設備發(fā)生變化，如漏水、漏油、溫度異常、設備附件變化等自動識別。

（4）通過創(chuàng)建基于綜合最優(yōu)工況判別技術下的動態(tài)標桿值數(shù)據(jù)庫體系，實現(xiàn)運行動態(tài)過程的綜合最優(yōu)工況尋優(yōu)。利用可控因子耗差分析技術實現(xiàn)運行操作量化評價，對運行操作指導與科學評價。通過對DCS系統(tǒng)參數(shù)的實時分析，輔助運行人員定時巡盤，監(jiān)視設備運行可靠性和系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

（5）基于大數(shù)據(jù)的管理駕駛艙，實現(xiàn)一站式輔助決策；智慧管控平臺通過對數(shù)據(jù)進行抽取、清洗、聚類、挖掘、預測等處理來產(chǎn)生可透析的展示數(shù)據(jù)，從時間、縱向和橫向等維度進行分析，以總結歷史經(jīng)驗、預測未來發(fā)展趨勢，為管理決策提供支撐，使決策分析成為各級決策者獲取數(shù)據(jù)、知識的平臺，為各級決策者在經(jīng)營、采購、設備選型、運維效率和績效評價等方面提供輔助決策支持。建立全局指標體系，對生產(chǎn)經(jīng)營指標數(shù)據(jù)進行分析、跟蹤、監(jiān)控。通過各種常見的圖表形象表示企業(yè)運行的關鍵指標，直觀監(jiān)測企業(yè)運營情況，并可以對異常關鍵指標預警和進一步分析，使管理層人員能及時、準確地把握企業(yè)的運行狀態(tài)，為管理層決策提供數(shù)據(jù)支持。

（6）全方位的信息主動安全防御體系；遵循“網(wǎng)絡分區(qū)、安全專用，橫向隔離、縱向認證”的總體方針，融合工業(yè)控制特點，采用管理與技術相結合，建立覆蓋管理層、監(jiān)控層、控制層與部件層，結合功能安全、信息安全、操作安全，實現(xiàn)貫穿設計、運行、服務等全生命周期的信息安全主動防御體系，保障工業(yè)控制系統(tǒng)安全性、可用性、可靠性與穩(wěn)定性。

（7）以物聯(lián)網(wǎng)+人工智能識別技術為核心，實現(xiàn)安全風險主動預控；在電廠范圍內(nèi)建立廠區(qū)視頻、身份識別、門禁控制、電子圍欄、人員定位、人臉識別等功能，以可靠、適用、開放、擴展為原則，和三維可視化技術相結合，構建三維智能安防平臺，實現(xiàn)電廠全面安全管控，保障運行、檢修、作業(yè)的安全性，避免安全事故發(fā)生。

（8）基于深度學習的技術，實現(xiàn)設備早期預警與診斷；整合全廠智能診斷中心，對主機及主要輔機采用可視化的狀態(tài)監(jiān)測及故障預警診斷系統(tǒng)，基于多變量狀態(tài)空間故障診斷技術，根據(jù)設備機理及內(nèi)在多參數(shù)的內(nèi)在關聯(lián)性，實現(xiàn)多變量狀態(tài)空間上的設備運行狀態(tài)自學習。通過對設備運行參數(shù)預測值和實際值的殘差分析，清晰發(fā)現(xiàn)設備性能的劣化趨勢，提前進行調(diào)整或者安排維修處理。高級智能模塊所有應用成果都將推送到分析診斷展示中心及各應用終端運行。

4  效益分析

（1）全國同類型機組廠用電率最低

采用1臺100%容量的汽動給水泵、1臺100% 容量的汽動引風機方案,結合智慧電廠燃燒調(diào)整方案較常規(guī)方案，廠用電率降低至3.94%，全年雙機運行可節(jié)約標煤 16620 噸，實現(xiàn)增收472.38 萬元。

（2）全國同類型機組應用機器人巡檢覆蓋面最廣

采用機器人自動巡檢，覆蓋運行正常巡檢區(qū)域60% 以上，100% 覆蓋環(huán)境惡劣、危險性高、巡檢頻繁區(qū)域，切實發(fā)揮巡檢機器人熱成像測溫、有害氣體及粉塵檢測等功能，提前檢測預警有毒有害氣體，煤粉自燃等重大事故,極大提高現(xiàn)場運行安全性。

（3）全國同類型機組運行水耗最低

輔機冷卻水采用干濕聯(lián)合輔機冷卻塔的再循環(huán)供水系統(tǒng)，機組運行耗水 0.064m /s·GW，全年可節(jié)約水量15.4萬m，節(jié)省水費123.2萬元;全年可節(jié)約電耗602.25萬kWh,節(jié)省電費155.38 萬元。

（4）全國同類型機組污染物排放濃度最低

污染物排放指標為煙塵0.9mg/m,二氧化硫10.9mg/Nm，氮氧化物27mg/Mm(燃汽機排放指標為煙塵5mg/N，二氧化硫35mg/Nm;氮氧化物50mg/Nm’)，優(yōu)于超凈排放指標,對推進火電機組節(jié)能減排具有示范性意義。

通過管控一體的智能化建設，基本實現(xiàn)管理決策信息化，人員經(jīng)驗的程序化，設備運行的智能化， 經(jīng)濟效益的最大化，并已形成5項發(fā)明專利、4項實用新型專利、發(fā)表7篇科技核心論文。