智能电厂黄建华、金浩

第二章总体结构整体方案我们希望将智能电厂体系建成一个及开放又安全的平台。任何与发电有关的单位都能够根据权限选择性参与，任何新开发的先进技术、工具都能够植入平台得以应用，同时又是一个为集团量身定制的平台系统，保障集团内部信息数据的安全可靠；最后，借鉴《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》的建议，先在生产部门搭建基础平台，电网和消费端数据平台建设择时开展，最终汇聚到统一的大数据生态中，通过互联网模式，形成新的数据服务和知识服务支撑体系，以迎接能源互联网产业的新机遇。智能电厂整体包括以下技术：智能火电厂设计技术；智能控制技术；智能升压站模型设计及关键技术；智能燃煤模型及关键技术；智能汽轮机及辅机系统模型设计及关键技术；智能锅炉及辅机系统模型设计及关键技术；智能发电机及辅机系统模型设计及关键技术；智能环保岛设计及技术；智能水岛模型设计及技术；高级应用系统功能设计及软件包括：智能运维、状态维修、三维可视化；发电企业大数据平台技术；关键智能组件及智能设备。当前已有技术储备的技改项目目前，我们能够实施的较为成熟的技术包括：燃料智能化管理；主机全流程智能优化---汽机智能监测诊断预警系统、锅炉智能燃烧、锅炉高温管屏监测；环保全系统智能优化---超低排放技术、炉顶柔性密封、脱硫脱硝设备运营优化、脱硝催化剂再生处理、烟囱玻璃钢防腐、集中水处理岛等；大数据云平台---智能管理体系云平台（集团私有云）、大数据信息化中心（GE的Predix平台）、电力技术专家诊断服务云平台（集团私有云）、环保监视开放云平台（公共云）、社会责任和上市公司信息公布等有关的企业信息互动公众平台（公共云）、电力云信息安全整体解决方案等；3D、VR、AR---电厂3D全景实施展示、动力设备3D可视化等2.1总体设计目标从能源行业的发展趋势上看，近两年变化巨大，国家也提出了能源互联网战略。以前的电力行业，“重发轻送不管用”，而未来国家倡导要建设“产运用储”一体的能源网络，还在引导孵化更多新的商业模式。以行业领先的五大集团为例，中电投已经倾向于核电，国电在大力发展新能源的同时不断加强火电的管理工作，华能和华电都在过去一段时间启动了智能电厂的项目，大唐也在全国推行燃料智能化管理和数字化电厂等技改项目。今年，随着国家能源互联网行动指南的发布，又都启动了基于各自集团的互联网+大数据平台的建设。能源电力的区域属性很强，有着“产运用”一体的特点，但具体到每个部分的管理，和专业组织有着较大差距。我们可以借着当前全国性电改的契机，梳理我们自身各个业务环节，采用工业自动化结合互联网技术的思路，重构我们的信息化体系，并通过建立标准的数据服务平台来引入更多的第三方技术服务单位，提高管理水平。首先，我们要建立一个集团层面的生产实时数据服务平台，提高可视化程度，再优化各个环节。以机组为单位，构建煤电转换过程的标准数据模型，再通过历史数据和实时数据结合，分析运行设备效率和各种消耗，结合目前生产规划部门的数据统计，实现成本细化，并本期项目建设目标主体分为两个任务：基于全厂生产数据采集和建模；按照各个业务节点，实现对标分析。引用前面的调研报告：基于轨道衡的入厂煤数量统计，新机组控制系统中有入炉煤的数据接口，可以部分实现煤耗计算；基于电表实时功率计算得出的发电量统计，结合上网电量，可计算厂用电；水和油都只有总表，没有过程量监测，采集意义不大，可采用人工填报的数据再计算。除了面向管理的经济性分析，我们还可以通过机组的运行数据计算生产环节中各个主机性能，从异常检测和预测性健康管理角度，提升安全等级并有针对性的实施节能优化技术改造。结合当前运行的统计数据，我们就可以初步完成厂级的管理对标，而且不完全依靠基础管理人员的计算，而是采用“人机结合”的模式，逐步提升管理水平。2.2总体设计原则本平台建设以“统一规划、分步实施、控制成本、注重实效”为总原则，在整个规划的具体设计当中，注重以下方面要求。2.2.1系统性与完整性按照系统工程的观点，把整个电厂看作一个有机整体，全盘考虑，统一规划，避免信息孤岛的产生，避免局部优化时对整体目标的损害，争取达到整体最优化。整个系统基于“服务生产，面向管理，辅助决策”的设计思想，着眼于未来和发展，同时注重结合目前实际情况，进行统一总体规划设计。2.2.2实用性与先进性为充分发挥系统的作用，应注重系统的实用性。在硬件和系统软件平台的建设方面充分考虑电厂特点，适合电厂组织形式、业务要求和工作习惯等，便于数据信息的收集、存储、维护与更新，便于软件系统的升级维护。同时，为适应电厂不同层次人员，使用简单、实用、人性化，提供灵活、方便、高效的工作平台。在实用性的前提下，系统在设计思想、系统架构、采用技术、选用平台上均要具有先进性、前瞻性、扩充性、开放性。尽可能采用当代先进、成熟和具备发展潜力的基础架构平台，采用模块化组件技术、面向对象开发技术及基于Web的门户技术等，实现企业应用及电子商务的灵活部署与扩展，可以全面集成系统内部及外部各系统，既要保证系统满足现在的要求，又要适应未来技术的发展。采用现代管理思想和理论，吸收国内外成功经验，帮助电厂管理水平上一个新台阶。2.2.3开放性与标准化在总体设计、规划上符合国际先进的技术标准及国家有关电厂信息化建设要求和标准。进行数据的整体规划。在数据库设计上严格遵循相关技术标准。软硬件产品的选择必须坚持标准化和开放性原则，采用开放性体系结构；在应用软件开发中，遵循软件开发的规范要求。遵循开放的设计思想，符合各种形式通讯标准及通用开发平台的接口标准，具有良好的可移植性、可扩展性、可维护性和互连性。按照分层设计，实现软件模块化实现。对于采用的软件模块化开发方式要满足：一是系统结构分层，业务与数据分离；二是以统一服务接口规范为核心，使用开放标准；三是模块语意描述要形式化；四是提炼封装模块要规范化。系统管理要用参数化方式设置，实现硬件设备、系统软件的配置、删减、扩充、端口等。数据结构要符合国际标准、国家标准和电力行业标准，数据库的修改维护界面要简洁、实用、易操作。2.2.4可靠性与安全性平台包含电厂重要的生产运行数据和经济性能数据，安全性是必须要考虑的重点。一旦服务器中病毒或者其他恶意软件，很容易导致平台服务无法正常运行，严重的还有可能数据丢失。所以这里需要部署一套完整的防病毒解决方案。由于我们的服务器已经进行了虚拟化，可以直接采用亚信安全的安全解决方案，服务器无需安装防病毒软件代理即可在底层进行防毒工作。亚信安全的虚拟化安全解决方案——DeepSecurity采用C/S结构，管理员通过浏览器就可以实现DeepSecurity的管控，DeepSecurity服务器支持管控不同虚拟平台或物理实机上的Agent/virtualAppliance代理程序，包括Agent程序的策略下发，状态检测、风险监控等功能，并且支持VMwarevCenter的集中控管，在提供最大化的服务器基础防护的同时大大提高了管理的便捷性。主要优势：预防数据破坏及营运受阻提供无论是实体、虚拟及云端运算的服务器防御防堵在应用程序和操作系统上已知及未知的漏洞防止网页应用程序遭SQLInjection及Cross-site跨网站程序代码改写的攻击阻挡针对企业系统的攻击辨识可疑活动及行为，提供主动和预防措施协助电厂遵循PCI及其它法规和准则满足6大PCI数据安全准则及一系列广泛的法规遵循需求提供详细的审核报告，包含已防止攻击和政策符合状态减少支持审核所需的准备时间和投入达到经营成本的降低透过服务器资源的合并，让虚拟化或云端运算的节约更优化透过安全事件自动管理机制，使管理更加简化提供漏洞防护让安全编码优先化及和弱点修补成本有效化消除了部署多个软件客户端与集中管理、多用途的软件代理或虚拟装置所产生的成本2.2.5经济性与可扩充性充分考虑电厂的现有资源，尽力保护现行系统，尽量减少技术风险和投资风险。系统的设计应具有应变能力，以适应未来变化的环境和需求。在系统的体系构架和功能设计上，体现一定的灵活性，能够满足不同用户、不同情况下的使用需求。并满足按步实施的要求，系统具有良好的可扩展性及可移植性。系统采用模块化组件技术可以使得电厂完全按照实用性的要求来配置应用模块，因此可以最大限度地满足购买效用。产品的开放和易集成性可以最大限度降低客户化的工作量。系统的分步实施能力可以最大限度地控制项目实施风险、节约投资。2.3总体逻辑架构设计通过互联网实现“云+端”的分子公司和集团本部的基于混合云或私有云的工业大数据服务平台，再把数据安全可控的开放给高校、电科院、设计院、装备厂家、维修维护公司、第三方技术服务公司，让各个业务阶段的负责单位都能在一个统一规范的数据平台下对集团业务完成各自的服务，这就初步实现了一个从应用场景出发的智慧能源大数据平台的技术框架，最终汇聚成一个智能化管理体系。2.4平台选择大数据云平台---智能管理体系云平台（集团私有云）、大数据信息化中心（GE的Predix平台）、电力技术专家诊断服务云平台（集团私有云）、环保监视开放云平台（公共云）、社会责任和上市公司信息公布等有关的企业信息互动公众平台（公共云）、电力云信息安全整体解决方案等；2.5技术优势本方案在系统平台方面选择了国际领先的大数据云平台技术，具有技术先进，开放性、兼容性好，扩展能力强的优势。使用云平台的优势还在于充分利用IT物理硬件资源，在完成同样系统功能的前提下，节省了IT物理硬件资源的投入，并可避免单个IT物理硬件资源故障对整个系统运行的冲击。在大数据云平台下可以建立高效的远程监控平台，对系统实施远程的监控；还可建立电厂级、分公司级、集团级内部专家分析诊断交流平台与外部专家诊断交流平台，实时高效的交互数据，分析数据，提供故障诊断与优化建议，并可录入知识库，使系统能够利用知识库实现自诊断，自优化，智能学习。本方案在设备展示方面采用了3D可视化技术，将设备结构，布置方式，运行流程进行真实展现，实现设备部件的三维定位，跟踪与管理，实现设备模型在WEB环境中放大，缩小，旋转，定位，透视，漫游等操作，对电厂生产设备进行3D全实景可视化展示，能够给运行及维修人员直观的感受与印象，帮助运行人员快速了解设备实际空间布局，定位设备位置，在三维环境中实现事故的分析与诊断，对隐患部位进行状态跟踪，划分隐患预警等级，开展风险预警监测，从而实现对隐患部位有效，及时的预防治理，并帮助维修人员快速准确定位设备隐患和故障部件。第五章经济效益分析（预算、效益）通过平台可以在线显示电厂煤耗、水耗、发电量、热效率等多个经济性指标。平台可以通过数据录入系统和数据采集系统获取发电量、上网电量信息，根据系统设置的峰平谷时段的电价计算上网电量销售金额。根据每天入炉煤的重量、质量数据，计算入炉煤成本，根据这些信息，自动计算发电标煤耗、上网电量、发电量、上网电量销售金额、燃料成本、利润等指标。系统可以生成这些指标的设定时间段内的曲线对比图进行生产分析。5.1实时生产数据平台可以实时显示电厂的生产状态，发电机功率、主蒸汽温度、主蒸汽压力、主给水流量、主给水温度等实时生产数据。5.2生产数据报表生产数据报表系统是整个平台中的生产基础数据来源。由各部门的现场运行人员把每天的数据进行录入，平台就有了进行经济性分析的基础数据，如入炉煤量、用水量等数据。录入系统可根据各个部门的不同需求和流程生成相应的数据格式和数据报表，可由相关有权限的管理人员进行预置模版的设计，自动生成日报、月报、年报等，省去了现有的由现场人员定期送纸质报表到生产计划部等部门。5.3数据自动采集平台能够采集SIS、MIS、DCS等多系统的实时和历史数据，完成数据整合，为电厂整体的大数据分析提供数据基础。5.4三维可视化展示平台以三维电厂实景展示，可以直接在三维实景中查看各个设备的实时状态。采用各种图形化技术，包括图形，图像的显示技术等，将所有的数据信息以各种可视化的方式展现，并且实现图形上的各种操作和功能。可视化系统不仅仅应用于电厂，可以把电厂、集团和整个电网的数据进行整合统一显示电网的地理信息、运行信息等。电网数据可视化3D可视化运行监测平台5.5经济性分析系统经济性分析系统负责把数据录入系统与数据采集系统获得的数据，通过一些分析算法进行计算，得出当前关心的一些经济指标，如发电量、煤耗、机组效率等。目前一些数值无法从设备自动读取，如入炉煤量，会需要现场人员在录入系统中直接填写入炉煤量，这里可能会有数据不够精确的问题。构成电厂技术经济指标体系的指标约120个左右，按照其相互影响和从属关系，一般可分为四级:一级指标是指发电厂热力经济性的总指标-供电煤耗(或全厂净效率)；二级指标是指直接影响供电煤耗的指标,如厂用电率、锅炉效率、汽机效率等；三级指标是指直接影响二级指标的指标，如飞灰、真空、辅机单耗等；四级指标是指直接影响三级指标的指标，如氧量、循环水入口温度、真空严密性、高加投入率等。电厂主要技术经济指标汇总表序号指标符号单位公式1发电煤耗bfg/(kW•h)Bb/Wf×1062全厂热效率ηdc%123/bf×1003发电量WfkW•h4发电耗用标准煤量Bbt5应扣除的非生产用厂用电量WkckW•h6生产厂用电量WcykW•h7生产厂用电率Lcy%Wcy/Wf×1008供电煤耗bgkW•hbf/（1-Lcy/100）9综合耗用燃料量BztByc–Bxc+Brc10期初实际盘存燃料量Byct11期末实际盘存燃料量Bxct12燃料收入量Brct13综合发电煤耗bzhg/(kW•h)∑Bzh/Wf×10614综合耗用标准煤量∑Bzht15售电煤耗bsg/(kW•h)∑Bzh/Ws×10616售电量WskW•hWgk-Wwg17关口计量的上网电量WgkkW•h18统计期内外购电量WwgkW•h19综合厂用电率Lfcy%（Wf–Wgk+Wwg）/Wf×10020管理煤耗bglg/kW•hbzh－bf21供热量∑QgrGJ22发电供热总热耗量∑QsrGJ23供热比α%∑Qgr/∑Qsr×10024热电比I%（∑Qgr×106）/（Wf×3600）×10025热电厂全厂热效率ηrdc%[∑Qgr×106+Wf×3600）]/（Bb×103×29271）×10026供热煤耗brkg/GJBb×α/∑Qgr×10327理论校核供热煤耗brxhkg/GJ34.12/(ηgl×ηgd)+Lrcy×brf28热电厂发电煤耗brfg/(kW•h)Bb×106×（1-α）/Wf29纯发电用厂用电量WcfkW•h30纯热网用厂用电量WcrkW•h31供热厂用电量WrkW•hWcr+（Wcy-Wcf-Wcr）×α32供热厂用电率LrcykW•h/GJWr/∑Qgr33热电厂发电厂用电率Lfcy%（Wcy-Wr）/Wf×10034热电厂供电煤耗brgg/(kW•h)brf/（1-Lfcy/100）35热电厂生产厂用电率Lcy%Lfcy+Lrcy×3600/10636入厂煤收到基低位发热量Qrc，arkJ/kg37入厂煤收到基低位全水分Mrc，ar%38入炉煤收到基低位发热量Qrl，arkJ/kg39入炉煤收到基低位全水分Mrl，ar%40热值差ΔQkJ/kgQrc，ar-Qrl，ar41机组平均负荷PpjMW42机组额定容量PeMW43负荷率X%Ppj/Pe×10044发电综合耗水率dfdkg/(kW•h)Gxs/Wf45发电用新鲜水量Gxskg46发电补水率Lfd%Dfd/DL×10047发电补水量Dfdt48锅炉总蒸发量DLt49供热补水率Lgr%Dgr/DL×1