智慧电厂调研报告(1000MW级火电机组智慧电厂建设研究)

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摘 要：近年来电力市场面临产能过剩、负荷多变、负债过多、环保压力及需求不足等诸多挑战，对电厂生产运营管控能力提出新的更高的要求。结合方家庄项目1 000 MW超超临界燃煤机组，经广泛调研，根据智慧电厂的内涵提出方家庄项目智慧电厂的建设理念，制定智慧电厂构架，确定智慧电厂建设内容，明确建设目标与效果，形成了一套完整的智慧电厂建设规划。通过利用物联网、云计算、大数据分析、人工智能、机器人、虚拟现实、移动应用等技术集成智能传感与执行、智能控制与优化、智能管理与决策，实现机组更安全可靠、经济高效、环保灵活的运行，并能更好地适应电力市场竞争环境。

0 引言

火力发电作为电力生产的主导军，伴随新形势下的国家政策、国内外的宏观环境及信息技术的迅猛发展 [1] ，火电厂建设已从自动化、数字化、信息化逐步向智能化转变。2016 年发改委提出了智慧能源发展的指导意见 [2] ;2017 年十九大报告指出要“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”;2017 年自动化等多家学会、电力企业、行业专家联合组织了多次对智能电厂最新发展技术和发展方向的研讨，并制定了《智能电厂技术发展纲要》。业内人士对智慧电厂建设提出了不同的见解，文献[3-6]提出智慧电厂是数字化电厂结合智能系统后的进一步发展;

文献[7]指出智慧电厂的建设应与德国“工业 4.0”理念对接;文献[8-14]认为智慧电厂由信息化、数字化、智能化等技术支撑，具有自学习、自适应能力。相关建设实践也在积极开展，在大唐姜堰、国电大渡河、鑫光发电 [15] 等企业中主要采用三维仿真、人员定位、智能机器人等技术，提高电厂的安全、运营能力。但目前对于智慧电厂建设的整体构架和模式尚没有统一的规划标准，建设实践也没有形成总体布局、统筹推进的格局。

在以上政策的指向及实践的引领下，方家庄项目结合自身管理模式，提出智慧电厂的建设理念，制定智慧电厂构架，明确建设目标与效果，形成了一套可复制、可推广、可借鉴的完整智慧电厂建设方案。并采取同步设计、统一规划、模块推进的方式，全厂控制系统采用先进的现场总线技术和智能仪表;信息化建设采用目前先进成熟的信息、通信、自动控制技术，通过一体化信息平台，充分融合生产经营管理业务，打通业务间的关系，具备了数字化电厂 [16-18] 的条件，为智慧电厂的建设提供了最为典型的应用场景和扎实的建设基础。

基于现有的数字化、信息化建设基础，利用最新先进的信息技术、工业技术和管理手段，实现精确感知生产数据、优化生产过程、减少人工干预，最终使方家庄电厂具备“自分析、自诊断、自趋优、自管理、自恢复、自学习、自适应、自组织、自提升”的能力，实现人员可控、状态预知、少人值守、效率提高、成本降低的目标。

1 建设思路

1.1 建设基础

方家庄项目在建设智慧电厂方面具有如下优势。

(1)机组容量：目前国内最大的百万千瓦级超超临界间冷燃煤机组，提供了最有说服力的典型应用场景。

(2)全厂现场总线：利用先进的现场总线技术结合智能仪表，为智能分析高层应用提供海量数据，是实现数字化电厂的基础。

(3)机组的高度自动化：通过各种控制逻辑的组合，实现机组启停的高度自动化，大大降低人员劳动强度，标准化、规范化机组启停作业。

(4)信息系统一体化设计：通过一体化信息系统的建设，实现公司内部业务之间的横向集成与纵向贯通，构建从数据采集、数据分析、数据共享、数据应用的全过程、全方位、多层次的支撑平台，建成符合公司管理模式和管理需要的一体化平台，实现“数据同源、统一口径、融合贯通”，降低人力成本，在公司范围内达到业务流、数据流、信息流的有机统一。

(5)互联网技术的充分应用：在一体化平台的基础上，充分利用移动应用的优势，已建设了移动办公 APP、党建 APP、安全管理 APP、知识管理 APP，极大提高了信息交互的及时性和多样性。

(6)云存储：通过虚拟化技术，建立了公司的私有云平台，将服务器、桌面进行虚拟化，并将数据集中存储，为未来的云计算、大数据分析打下了坚实的基础。

标准化、自动化、数字化、信息化、智能化是智慧电厂的基础，基于以上基础，方家庄项目提出了“提高数字化，完善信息化，加强可视化，推进智能化，体现系统性和顶层设计”的智慧电厂建设理念，全方位推动智慧电厂建设。

1.2 建设架构

1.2.1 整体架构

本项目智慧电厂的整体架构如图 1 所示，包括基础数据、智能平台、智能应用、人工智能 4 个层面，图 1 中对各部分都进行了直观的描述。

1.2.2 功能架构

围绕智慧电厂标准化、自动化、数字化、信息化、智能化的功能需求，本项目建设1个中心 — 智慧管控中心，4 大功能 — 智慧生产、智慧经营、智慧管理、智慧人才。4 大功能为业务重心，贯穿 12 个模块，各个模块为业务应用。具体的功能架构如图 2 所示。

1.2.3 网络架构

本项目智慧电厂网络拓扑结构严格遵照电力二次防护的要求制定 [19-20] ，采用专网专用、横向隔离、纵向加密、信息安全区域划分的原则，将本厂数据交互分文 4 个安全区域。具体的网络拓扑如图 3 所示。