1      方案背景與目標(biāo)

隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)及“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的提出，智能發(fā)電技術(shù)已成為全面提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率、推動(dòng)能源革命的必然趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外多家能源企業(yè)及自動(dòng)化公司對(duì)電廠運(yùn)行智能輔助駕駛系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行研究，但尚無(wú)成熟應(yīng)用，且目前電廠運(yùn)行智能輔助駕駛系統(tǒng)概念并無(wú)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電廠運(yùn)行智能輔助駕駛系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)及內(nèi)容存在明顯差異。

科遠(yuǎn)智慧基于豐富的智能控制行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以解決行業(yè)痛點(diǎn)為目標(biāo)，融合大數(shù)據(jù)、專(zhuān)家知識(shí)等最新技術(shù)，推出電廠運(yùn)行智能輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用現(xiàn)場(chǎng)已積累的海量數(shù)據(jù)和新增的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)將智能技術(shù)與控制技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)火電廠智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警診斷及運(yùn)行優(yōu)化等應(yīng)用功能，構(gòu)建靈活、安全可控、高效運(yùn)行的智能控制體系，實(shí)現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)的快速轉(zhuǎn)化和循環(huán)交互，有效提升生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性，推動(dòng)發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行控制模式發(fā)生深刻變化，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2024年8月，科遠(yuǎn)智慧、大唐南電共同承擔(dān)的“電廠運(yùn)行智能輔助系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用”順利通過(guò)中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)專(zhuān)家鑒定：該項(xiàng)目成果整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中智能系統(tǒng)與DCS有機(jī)高效融合技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2      方案詳細(xì)介紹

圖 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 四大功能：

智能控制技術(shù)平臺(tái)

平臺(tái)充分利用現(xiàn)場(chǎng)已積累的海量數(shù)據(jù)和新增的運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于專(zhuān)家知識(shí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法，采用機(jī)理分析+數(shù)據(jù)建模方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、算法、算力的深度融合，通過(guò)低代碼和無(wú)代碼，為機(jī)組智能分析、智能優(yōu)化、智能監(jiān)盤(pán)等功能提供穩(wěn)定高效的底座支撐。

智能分析

通過(guò)對(duì)電廠設(shè)備及系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、二次計(jì)算與能效分析，實(shí)現(xiàn)性能計(jì)算與耗差分析、啟動(dòng)過(guò)程評(píng)價(jià)、工質(zhì)與能量平衡分析等功能，替代運(yùn)行人員完成大量繁瑣的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和初步分析工作，將智算結(jié)果推送給運(yùn)行人員輔助監(jiān)盤(pán)，降低人員工作量，提升電廠工作效率。

智能優(yōu)化

基于數(shù)據(jù)挖掘與分析、智能算法、機(jī)理建模和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，在考慮設(shè)備及工藝系統(tǒng)運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上，對(duì)鍋爐、汽機(jī)、輔機(jī)等系統(tǒng)設(shè)備節(jié)能潛力進(jìn)行深度挖掘，實(shí)現(xiàn)工況尋優(yōu)、脫硫優(yōu)化、風(fēng)煤比優(yōu)化、汽機(jī)冷端優(yōu)化、吹灰優(yōu)化、二次風(fēng)優(yōu)化、三大風(fēng)機(jī)工況智能調(diào)整、磨煤機(jī)優(yōu)化、鍋爐氧量?jī)?yōu)化等分析與優(yōu)化功能，使機(jī)組更加經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的運(yùn)行，降低能源消耗，提高發(fā)電運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

智能監(jiān)盤(pán)

采用大數(shù)據(jù)分析、人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)等對(duì)電廠歷史運(yùn)行、試驗(yàn)調(diào)整等數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，將電廠運(yùn)行知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化、模型化，為電廠機(jī)組、設(shè)備和參數(shù)建立監(jiān)督模型，通過(guò)模型預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)多種工況下運(yùn)行參數(shù)的智能預(yù)警和典型設(shè)備/工藝系統(tǒng)智能診斷，降低設(shè)備發(fā)生故障的概率和風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)盤(pán)系統(tǒng)代替或部分代替人工監(jiān)盤(pán)。 

2.2 技術(shù)創(chuàng)新性及先進(jìn)性：

方案聚焦火力發(fā)電行業(yè)長(zhǎng)期存在的運(yùn)行痛點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了具有穩(wěn)定、靈活、開(kāi)放的微服務(wù)架構(gòu)平臺(tái)，基于此技術(shù)平臺(tái)底座建設(shè)全面、先進(jìn)、實(shí)用的智能監(jiān)測(cè)、智能預(yù)警、故障診斷及優(yōu)化運(yùn)行的電廠運(yùn)行智能輔助駕駛系統(tǒng)，能夠?qū)Πl(fā)電運(yùn)行人員日常監(jiān)盤(pán)起到很好的輔助監(jiān)盤(pán)作用并能夠提高機(jī)組的高效運(yùn)行能力。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

1）   開(kāi)創(chuàng)性地研發(fā)了電廠運(yùn)行智能輔助駕駛系統(tǒng)與分散控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)流、控制流以及人機(jī)交互方面的一體化融合技術(shù)，在保障機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)電廠運(yùn)行智能輔助駕駛系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)深度融合，賦予DCS更加智慧的功能拓展，避免了智能化功能與電廠實(shí)際業(yè)務(wù)脫離的問(wèn)題。

2）   成功研發(fā)了智能控制技術(shù)平臺(tái)，具備多模態(tài)數(shù)據(jù)接入、短時(shí)數(shù)據(jù)緩存、結(jié)構(gòu)化管理及大數(shù)據(jù)清洗的預(yù)處理技術(shù)功能。基于算力需求的分布式運(yùn)算，合理的進(jìn)行資源管理，滿足大數(shù)據(jù)及人工智能算法建模需求；基于Python語(yǔ)言自定義算法及多類(lèi)型數(shù)據(jù)接入提供了更強(qiáng)的智能化算法擴(kuò)展性功能；平臺(tái)特有的報(bào)警抑制、報(bào)警擱置、報(bào)警收藏及故障案例庫(kù)等功能極大的提高了平臺(tái)操作便捷性。

3）   基于運(yùn)行規(guī)則及人工智能算法的工藝測(cè)量參數(shù)異常分析，能夠全天候、全過(guò)程輔助發(fā)電運(yùn)行人員對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)異常并報(bào)警提示，防止小故障演變成大事故。

4）   基于MGM/MSM等智能算法，利用先進(jìn)的電力數(shù)據(jù)挖掘手段，結(jié)合發(fā)電廠重要設(shè)備、系統(tǒng)的故障機(jī)理，構(gòu)建了發(fā)電廠故障預(yù)警與診斷方法。利用專(zhuān)家知識(shí)，精準(zhǔn)分析設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)警潛在故障，并提供可視化的故障分析與解決方案，為電廠的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。 

圖 智能輔助系統(tǒng)界面 

2.3 優(yōu)異的性能指標(biāo)：

l  智能控制技術(shù)平臺(tái)

(1)   高可用的微服務(wù)架構(gòu)體系，接口響應(yīng)速度小于100ms，1000+并發(fā)響應(yīng)速度小于500ms；

(2)   高性能計(jì)算服務(wù)，單個(gè)服務(wù)進(jìn)程內(nèi)存占用小于100MB，最小支持50ms計(jì)算周期；

(3)   海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，最大千萬(wàn)級(jí)關(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和十萬(wàn)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

(4)   實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取能力，單服務(wù)最大支持每秒100000+測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取；

(5)   實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入能力，單服務(wù)最大支持每秒10000+測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入；

(6)   多種數(shù)據(jù)源接入能力，支持70多種數(shù)據(jù)源接入；

(7)   內(nèi)置數(shù)百種計(jì)算函數(shù)與功能塊，支持常用數(shù)學(xué)函數(shù)、類(lèi)型轉(zhuǎn)換、位運(yùn)算指令、比較指令等；

(8)   支持arm、mips、x86等多種架構(gòu)處理器運(yùn)行；

(9) 支持windows、linux等跨平臺(tái)運(yùn)行；

(10) 可在DCS控制網(wǎng)絡(luò)層面操作DCS過(guò)程數(shù)據(jù)變量，實(shí)現(xiàn)跨控制器的順序控制、規(guī)則推理、邏輯計(jì)算、高級(jí)報(bào)警及事件處理等功能。

l  智能監(jiān)測(cè)

性能計(jì)算與耗差分析指標(biāo)誤差5%以?xún)?nèi)；

l  智能監(jiān)盤(pán)

預(yù)警準(zhǔn)確率97%；誤報(bào)率低于3%；無(wú)漏報(bào)；

l  運(yùn)行優(yōu)化

(1)   風(fēng)煤比優(yōu)化、氧量?jī)?yōu)化、配風(fēng)優(yōu)化：鍋爐燃燒效率提高0.2%~0.5%，NOx生成量減少10%~15%；

(2)   吹灰優(yōu)化：?jiǎn)未瓮队么祷移鲾?shù)減少2~5個(gè)，月均吹灰次數(shù)減少3次，月均尾部煙道超溫次數(shù)減少3次。

3      代表性及推廣價(jià)值

3.1  應(yīng)用成果：

科遠(yuǎn)智能運(yùn)行輔助系統(tǒng)自發(fā)布以來(lái)，承接了大唐南電、浙能六橫、粵電大埔、宿州錢(qián)營(yíng)孜、國(guó)信沙洲、蒙能科右中、盤(pán)江普定、國(guó)能舟山等數(shù)十家發(fā)電企業(yè)智能運(yùn)行輔助系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)燃煤機(jī)組的生產(chǎn)工藝、設(shè)備狀況、組織機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、各系統(tǒng)接口方式都非常地了解，目前多個(gè)項(xiàng)目己投運(yùn)，并得到了客戶的充分認(rèn)可。 

電廠運(yùn)行智能輔助系統(tǒng)以廣泛梳理火電機(jī)組運(yùn)行監(jiān)盤(pán)工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)盤(pán)工作的普遍痛點(diǎn)和盲點(diǎn)，智能輔助運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員全面掌握機(jī)組、系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行情況，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)組多維指標(biāo)智能監(jiān)盤(pán)、簡(jiǎn)潔高效的智能預(yù)警、試驗(yàn)與設(shè)備輪換等定期工作實(shí)時(shí)提醒、系統(tǒng)及設(shè)備異常標(biāo)準(zhǔn)化識(shí)別與處理指導(dǎo)。指導(dǎo)并智能監(jiān)護(hù)監(jiān)盤(pán)人員正確、安全的完成各項(xiàng)運(yùn)行操作內(nèi)容，提高集控運(yùn)行工作效率、降低運(yùn)行人員工作量。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮后續(xù)推廣應(yīng)用需求，其功能具有可復(fù)用性，可實(shí)現(xiàn)快速實(shí)施，系統(tǒng)定制與擴(kuò)展靈活便捷，可推廣至不同類(lèi)型火力發(fā)電機(jī)組以及化工等領(lǐng)域。電廠運(yùn)行智能輔助系統(tǒng)推動(dòng)發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行控制模式發(fā)生深刻變化，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，具有較好的推廣應(yīng)用前景。 

3.2 顯著效益：

l  提高電廠經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)前電廠面臨運(yùn)行效率低、能耗高、維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題，而建設(shè)智能優(yōu)化模塊可顯著提升效率、降低成本，優(yōu)化資源配置，推動(dòng)電廠向更高效、智能、環(huán)保的未來(lái)發(fā)展。

l  變被動(dòng)防御為主動(dòng)防御

DCS系統(tǒng)大多采用反饋機(jī)制，當(dāng)設(shè)備參數(shù)超固定上下限后才會(huì)報(bào)警；智能運(yùn)行輔助系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)+人工智能+專(zhuān)家系統(tǒng)算法，能提早發(fā)現(xiàn)故障的征兆，進(jìn)行預(yù)警，避免設(shè)備故障進(jìn)一步加大。

l  提高設(shè)備可靠性

通過(guò)全系統(tǒng)單參數(shù)的死點(diǎn)、晃動(dòng)、速率、偏差等異常監(jiān)測(cè)，預(yù)判設(shè)備故障，將故障消除在萌芽狀態(tài)。維護(hù)人員通過(guò)監(jiān)盤(pán)系統(tǒng)，可及時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，提前進(jìn)行檢修維護(hù)或定期工作，降低設(shè)備發(fā)生故障的概率和風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

l  固化、傳承運(yùn)行專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)

通過(guò)智能控制技術(shù)平臺(tái)，接入控制系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)，將運(yùn)行人員平時(shí)對(duì)故障判斷的機(jī)理邏輯進(jìn)行組態(tài)，將高水平的監(jiān)盤(pán)人員經(jīng)驗(yàn)賦能給整個(gè)團(tuán)隊(duì)，提升整體運(yùn)行水平，提高組織的管理能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。