智慧电厂技术及方案

一、背景一、背景二、智慧电厂系统构架二、智慧电厂系统构架三、一体化智慧平台三、一体化智慧平台四、智慧电厂应用体系五、智慧电厂实施规划及展望五、智慧电厂实施规划及展望2一、背景3我国火电机组运行面临新的形势需求 4我国火电机组运行面临的困境愿意值夜班的少了愿意值夜班的少了收入在各行业中竞争力小了地处普遍偏远高水平有经验的留不住了招素质理想的人难了靠谁来应对多方面的重压？s以管控一体化、大数据、云计算、物联网为平台，集成智能传感与执行、6智能控制器数字引擎华电莱州电厂（热工院、清华大学、华智慧运行智慧检修智慧管理煤流可视化数字孪生江苏利港电厂智能优化运行智能监盘特征•多目标优化•柔性、无扰切换•智能传感器•模型化（机理及数据）特征•多目标优化•柔性、无扰切换•智能传感器•模型化（机理及数据）•设计/安装/运行/优化/仿真实时互动•多源数据的深度融合•信息交互与共享机制•关联分析与数据挖掘•数据共享、业务联动8绿色智慧电厂绿色智慧电厂数字化电厂数字化电厂9建设智慧电厂目标•全面提升机组自动化和智能化水平，实现减员增效和人性化管控，短期达到“少人值守”建设智慧电厂目标智慧电厂展望二、智慧电厂系统构架二、智慧电厂系统构架建由智慧基建、智慧安全、智慧运行、智慧检修）；二、智慧电厂系统构架二、智慧电厂系统构架超融合数据平台(一体化智慧平台) 二、智慧电厂系统构架工业互联网云平台（云架构一体化智慧平台）4将微服务固化为工业APP2打开知识黑盒211设计APP工业知识3构建微服务组件4将微服务固化为工业APP2打开知识黑盒211设计APP工业知识251251基于平台实现交互基于平台实现交互集成解构传统工业软件体系112122工业互联网平台122工业互联网平台管理APP32管理APP3212121221222323APPIOT平台带来的技术变革：重构工业软件创新、部署与集成方式三、一体化智慧平台 三、一体化智慧平台超融合数据平台(一体化智慧平台)l基础建设：综合网络布线、设备二维码标牌l硬件部分：服务器虚拟化、存储虚拟化、超融合服务器l软件部分：数据治理、数据统一编码、数据集成、应用平台三、一体化智慧平台一体化智慧平台：数据治理保障体系、数据服务体系、数据全生命周期管理、数据标准管理、数据模型管理。形成一整套统一、协调的数据编码标准体系，实•超轻量三维虚拟化技术•基于“微服务”的灵活业务架构•基于EIP（企业信息门户）的应用框架三、一体化智慧平台一体化智慧平台：三维虚拟电厂：三维数字化建模、三维数字化移交、三维可视化管理、三维可视化检修培训 三、一体化智慧平台一体化智慧平台： 三、一体化智慧平台建设大屏幕展示系统，基于电厂已建的生产数据管理系统的动态数据信息，开发专用的生产实时信息展示系统，通过各种动态数据的展示手段，及时、准确、形象、概要地展示电厂的生产动态。 三、一体化智慧平台一体化智慧平台:运营商网络UPFN4N9,边缘机房N6PPMEPP边缘云N6WiFi运营商网络UPFN4N9,边缘机房N6PPMEPP边缘云N6Interne华能电厂数据中心/私有云企业网络华能电厂数据中心/私有云企业网络.APPAPPAPPMEC组网架构4K视频监控应用4K视频监控应用 三、一体化智慧平台一体化智慧平台：2s四、智慧电厂应用体系——智慧基建四、智慧电厂应用——智慧基建三维数字化移交智慧基建主要针对新建电厂，引入灵活性与智能三维数字化移交通过KKS编码，能够将电厂的对象与各类信息（包含厂家信息、图纸信息、人员信息等）进行关联，实现虚拟对象与物理对象对应。是实现三维数字化电厂的基本前提。确定移交需求工地可视化管理确定移交需求工地可视化管理施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预测的新型信息化手段。以三维设计建模以及数字化移交数据、智慧工地信息平台为基础，全面实现基建期的安全管理、基建期信息化收集整理、便捷的移动办公，进而使现场管理实现数字化、精细化和智慧化。四、智慧电厂应用——智慧基建信息与数据架构设计统一平台生产与经营管理类应用分布式与运行指导类应用减少影响与运行指导类应用四、智慧电厂应用——智慧基建可供选择并能有效利用的测量新技术•基于激光检测的上煤煤质在线检测两台机组可共用一套设备，每5min检测上煤皮带上的煤灰分、水分、发热量、硫分……四、智慧电厂应用——智慧基建可供选择并能有效利用的测量新技术•基于静电感应的一次风粉在线测量全截面非介入式免维护，寿命长对流动不均匀、煤质变化和颗粒大小适应性好四、智慧电厂应用——智慧基建可供选择并能有效利用的测量新技术•炉膛截面声波测温直接测量方法可靠性高四、智慧电厂应用——智慧基建可供选择并能有效利用的测量新技术可供选择并能有效利用的测量新技术分区NOx浓度氨逃逸流量•分区喷氨同步测量与控制、氨逃逸、全截面烟气流量测量喷氨均匀性可测、可控，有利于精准控制，减少氨逃逸，缓解空预器堵塞四、智慧电厂应用——智慧基建可供选择并能有效利用的测量新技术其它测量传感技术炉膛热流分布式测量炉膛热流分布式测量除尘器灰斗处安装的飞灰含除尘器灰斗处安装的飞灰含碳在线炉内CO炉内CO、H2S气氛测量直接空冷塔分布式测温直接空冷塔分布式测温智能视频联动智能视频联动四、智慧电厂应用体系——智慧安全四、智慧电厂应用——智慧安全智慧安全是一个集预案、视频、图片、语音、地理位置等信息为一体，以电厂安全管理专网为基础，各子系统有机互动为特点的电厂智能安全管理基础设施，将分散的各类安全子系统（如门禁管控系统、视栏等）进行有机的互连，在可视化的三维场景监控画面下，综合处理各项厂区业务，从而实现智慧厂区的协调联动、安全防护。四、智慧电厂应用——智慧安全智慧安全中心:四、智慧电厂应用——智慧安全智能摄像头图像风险识别人员定位和电子围栏智能门禁系统与业务单据的结合外包人员身份管理智能穿戴设备人员健康状况分析四、智慧电厂应用——智慧安全高精度实时定位:采用UWB的一体化定位方案，通过统一的混合定位解算引擎实现室内外定位结果输出，结合一体化地图进行无缝衔接。所有的定位数据传输到边缘计算平台进行存储解算、数据分析异常情况。四、智慧电厂应用——智慧安全工作地点工作时间主动安全数据库作业合规工作对象工作内容工作成员工作地点工作时间主动安全数据库作业合规工作对象工作内容工作成员两票信息两票信息批准设备信息人员信息1安全实时预警指数四、智慧电厂应用——智慧安全1安全实时预警指数发生危险时能够及时发出预警，保障人身、设备安全智能安防应用展中心安全帽佩戴检测2两票办理情况智能安防应用展中心安全帽佩戴检测2两票办理情况人脸识别3异常检测视频异常检测检测四、智慧电厂应用——智慧安全将工作票工作区域和门禁系统结合，在工作票许可后，工作任务中涉及到工作负责人和班组成员自动授权该区域的门禁进出权限，并按照工作计划时间设置权限时效性理。通过设置区域硬隔离，实现生产现场与办公、生活区域有效隔离，并将不同功能区域分别设置隔离区，人员或厂内车辆只能够通过一卡通或人脸识别以及智能IC卡进行出入。也能够实现人员和车辆在区域内的实时定位。四、智慧电厂应用——智慧安全车辆定位测速车辆准入管控车辆定位测速车辆准入管控四、智慧电厂应用——智慧管理四、智慧电厂应用——智慧管理以数据信息共享为基础、以资产高效利用为目标，通过采用数据分析处理、预测控制、自动决策、流程优化等技术实现全厂生产和经营活动智慧管理。四、智慧电厂应用——智慧管理统一门户管理通过统一平台集成电厂的不同信息化系统功能，通过统一门户进行管理和展示。同时制定统一的数据接口共享标准，消除“数据孤岛”或“数据烟囱”，构建电厂的数据中心和主数据，使能管理的各种应用功能能够通过统一门户获取和共享数据。四、智慧电厂应用——智慧管理通过电站统一信息发布模块，可实现对电站原SIS系统、运行、检修、班组等系统的整合。通过Portal框架、单点登录服务、数据中心、服务引擎、移动端Mobile框架实现各应用系统的信息集成和共享。主要内容包括平台首页、日常工作（任务管理）、班组管理、数据中心等。四、智慧电厂应用——智慧管理移动端发布模块以企业微信或App的方式将智能电站的应用发布到移动终端上，为管理者提供及时的生产现场信息访问能力。四、智慧电厂应用——智慧管理火电厂生产实时成本分析模块根据火电厂所处地域电力交易规则特点，以生产运行短期/实时成本为核心，计算分析火电厂总成本、总收益、机组启停曲线、盈亏平衡曲线及发电市场价格，给发电厂或发电集团的生产及售电与竞价策略提供重要参考依据，是发电集团竞价与运营决策一体化平台的基础。四、智慧电厂应用——智慧管理竞价交易决策支持系统模块利用深度学习预测、灰色关联度分析、模糊思维判断、柔性思维逻辑、博弈论竞价等理论及应用的智能化技术，开展发电企业在市场营销与竞价交易中完成只靠人的大脑很难优选的思考、规划及实施的各项活动。四、智慧电厂应用——智慧管理运行同步绩效精细化管理考评模块作为一种电厂强化考核管理工具，它以量化管理思想为核心、以实时数据为基础，在经济指标、安全指标、环保指标等方面对电厂运行人员进行实时考核得分和绩效排名的专项系统，以此来激励运行人员，保证监盘、操控、调整的质量，提高机组运行的安全性和经济性。四、智慧电厂应用——智慧检修四、智慧电厂应用——智慧检修智慧检修: 四、智慧电厂应用——智慧检修生产管理移动应用模块完成缺陷管理、智能两票、智能巡检、维护检修、安全预警和管理的移动应用等功能，实现人员安全与设备操作的主动安全管控。可保障巡点检及缺陷业务数据的真实性、实时性、准确性，将工作票就地开工及终结、操作票设备识别和实时监控、实时评价等管控措施进行了落地；并可扩充人员定位、电子围栏等功能，在具体实现本质安全要求的前提下提高工作效率。四、智慧电厂应用——智慧检修机组主要部件和设备的智能早期预警模块利用成熟的物理模型或数学模型（神经网络、遗传算法等）对机组主要部件和设备的海量数据进行挖掘，得出反应设备正常状态的重要特征指标及其动态变化规律。当特征指标发生偏离时可发出预警；根据特征指标的动态变化规律，建立设备正常状态的自学习和自判断，减少预警的误判和漏判。同时建立设备预警后的故障分析处理知识积累，为预警后的智能判断建立基础知识库。 四、智慧电厂应用——智慧检修重要辅机设备状态监测模块将重要辅机设备的时频信息进行分析处理，采用统计归纳、神经网络及支持向量机等智能算法，挖掘其与设备的振动、转速、负荷和温度等之间的内在联系，自动给予有针对性的运行指导及处理意见。采用数据挖掘技术中的分类和数值预测方法，从故障预测和性能预测两个方向对重要辅机进行状态评估，结合风险维修理论，实现定量评估，自动判定风险评级，优化辅机的检修。ss 状态检修管理模块以设备为中心，形成设备的广义大台账，设备故障诊断与状态评估（含分析工具设备故障专家知识库、故障诊断状态评估等），设备检修策略优化。四、智慧电厂应用——智慧检修采用云化智能机器人实现全厂生产环境的智能巡检，与传统的人工作业相比，机器人巡检具有更高效、更全面等特点。四、智慧电厂应用——智慧燃料四、智慧电厂应用——智慧燃料智能燃煤岛一体化管控:入厂加仓采制化入厂加仓无人采制化智能掺配皮带机器人巡检斗轮机无人值守①动力煤数据库及煤质采样分析，结合专家经验，自动生成配煤单；②烟气测量及实时运行数据，进行前端掺配反馈调整；四、智慧电厂应用——智慧燃料基于上煤皮带取样的实时煤质在线检测技术，集成自主知识产权的煤流与煤仓分层机理，实现入炉煤质的在线分析与可靠的反馈校正，建立燃料全流程在线可视化监控系统，构建堆密度、场损分析、自燃监测等计算模型，提供电厂燃料输送的集中四、智慧电厂应用——智慧燃料煤流显示•皮带瞬时煤流分布可视化•各煤仓煤质分层可视化四、智慧电厂应用——智慧燃料基于煤质数据库的配煤掺烧模块四、智慧电厂应用——智慧燃料配煤掺烧模块主要功能:动力配煤预测模块、燃料运行管理模块（堆煤建议、配煤掺烧方案、上煤加仓建议）、在线掺烧方案评估模块、购煤建议管理模块等。四、智慧电厂应用体系——智慧运行四、智慧电厂应用——智慧运行智慧运行中心:通过大数据、智能化等手段，实现机组安全、高效、环保、灵活运行。智慧运行中心实现与DCS、智慧检修、智慧管理、智慧安全和一体化智慧平台的信息交互，包括智慧监盘和智能控制优化。 四、智慧电厂应用——智慧运行实现智慧运行是多层次架构的系统工程→运行智慧化总线与智能仪表（可选）测点与执行机构改造APS变负荷自动巡航掺烧至排放全程优化控制涉网灵活调峰控制无人无人有人有人主动监盘智慧报警故障识别主动监盘智慧报警故障识别操作指导智慧运行架构图 四、智慧电厂应用——智慧运行1.一键启停与自动巡航四、智慧电厂应用——智慧运行全程给水自动控制全程给水自动控制制粉系统启停自动控制深度调峰保护梳理与控制逻辑适应性优化重要辅机自启停、自动并退、定时自动切换解决给水再循环、低低温省煤器、疏水泵、烟气挡板等自动控制难题四、智慧电厂应用——智慧运行智能一键启停（APS）•模块化自由组合•任意终止/跳转•可选就地视频联动四、智慧电厂应用——智慧运行制粉磨煤机自节能优化送粉启停壁温超温控制风粉监测与均衡发电机运行汽轮机智能燃烧制粉磨煤机自节能优化送粉启停壁温超温控制风粉监测与均衡发电机运行汽轮机智能燃烧适应煤质智能配风智能吹灰煤场冷却塔煤场水磨煤机冷凝器水磨煤机四、智慧电厂应用——智慧运行实时线性修正策略优化汽轮机发电机冷凝器智能协同风煤水协同优化APS与自动巡航汽轮机发电机冷凝器智能协同风煤水协同优化APS与自动巡航煤质自适应冷却塔蓄能调峰煤主汽、供热冷却塔水磨煤机水冷端四、智慧电厂应用——智慧运行全程脱硝煤质校正燃烧生成控制智慧烟气无人值守排放脱硫优化控制智慧烟气无人值守排放脱硫优化控制除尘优化控制废水废固废水零排放冷却塔磨煤机水智煤场废水废固废水零排放冷却塔磨煤机水智煤场四、智慧电厂应用——智慧运行通过制粉、风烟与汽水流程参数监测，构建基于质量与能量平衡的机理模型;在此基础上，基于典型煤质大数据分析模型，实现煤质成分和发热量等基于人工神经网络的实时在线动态监测，利用离线测量数据约束控制算法，为协调控制、燃烧配风、污染物脱除等的自动控制优化提供重要的输入。l对磨煤机系统系统建立能量平衡方程，解算煤收到基水分；l对不同煤质进行离线分析统计，建立煤质中C，H，O等成分的约束模型；l监测尾部烟气成分、汽水动态参数，建立系统能量平衡和质量平衡方程，获得煤中N、S和收到基灰分；四、智慧电厂应用——智慧运行l火电机组设备固有的非线性、大惯性等特点，在深度调峰过程中显得异常突出l现有技术很难突破瓶颈，进一步提高机组的变负荷能l利用智能控制与常规经典控制融合，提高控制品质，实现机组安全、快速、高效运行。四、智慧电厂应用——智慧运行针对问题：针对问题：煤质、负荷频繁波动低负荷稳燃、炉效低入炉煤质7s7s四、智慧电厂应用——智慧运行预测数据模型NOx生成量l煤质监测：煤质实时人工智能神经网络校正，为NOx生成控制和喷氨优化调节奠定基础；l生成控制：精细化智能控制，降低炉内NOx生成水平及波动幅度；l智能喷氨：智能预测喷氨控制，解决测量延时，满足超低排放考核，平均减少喷氨用量10%以上，降低氨逃逸，缓解空预器堵塞，减小“机组非停”风险。四、智慧电厂应用——智慧运行火电机组机炉设备固有的迟延和惯性使进一步大幅提高负荷响应速度变得异常困难。除锅炉外，机组系统内还存在给水、凝结水、供热系统等各种自身蓄能，深度发掘这类自蓄能，协同大幅提高机组的负荷调节性能，提升机组灵活性运行水平。四、智慧电厂应用——智慧运行根据不同根据不同地区电网考核要求的特点，制定针对性控制策频综合通过数据挖掘解决阀门非线性问题，建立阀门开度与负荷的精准对应关系。四、智慧电厂应用——智慧运行提前提前1min准确预测超温风险壁温测点壁温测点四、智慧电厂应用——智慧运行吹灰现有问题：吹灰现有问题：→传热经济损→积灰结焦安全性风险高→传热经济损→积灰结焦安全性风险高定时吹灰普遍局部过吹严重←引起高温腐蚀、爆管←浪费吹灰工质工况变化积灰结焦监测←四、智慧电厂应用——智慧运行智能吹灰执行基于积灰特性预测，考虑吹灰影响和设备可靠性，为班组制定实时吹灰计划，无缝融合运行操作，实现智能吹灰积灰监测基于煤质的结焦特性、锅炉结构、工况参数、汽水参数和风烟参数对积灰监测基于煤质的结焦特性、锅炉结构、工况参数、汽水参数和风烟参数对锅炉受热面传热特性进行计算，并通过吹灰执行后的效果进行校正，获得积灰结焦状况的准确监测。。四、智慧电厂应用——智慧运行根据环境参数、负荷需求和冷端系统运行状态，实现循环水泵精准变频节能优化控制；并在机组升降负荷需求的动态过程中，利用冷端的变频的背压调节能力，充分利用循环水系统的蓄能，辅助机组进一步提高灵活调峰能力。调峰灵活性实时降耗平均降低煤耗1g/kWh左右。:四、智慧电厂应用——智慧运行机组普遍存在制粉系统、脱硫、水位控制等仍需大量人工操作干预的生产过程控制。该模块借鉴运行人员的智慧活动规律，应用专家控制、自学习、数据挖掘等新技术，实现人工替代过程控制，减少80%以上的运行人员控制干预工作，大幅降低运行人员劳动强度和误操作风险，同时可优化控制性能，是建设“少人值守”智能电站的基础。量——S四、智慧电厂应用——智慧运行3.智慧监盘:以广泛梳理火电机组运行监盘工作经验为基础，重点关注监盘工作的普遍痛点和盲点，智能辅助运行监盘人员全面掌握机组、系统、设备运行情况，主要实现机组多维指标智慧监盘、简洁高效的智慧报警、试验与设备轮换等定期工作实时提醒、系统及设备异常标准化识别与处理指导。指导监盘人员正确、安全的完成各项运行操作内容，提高集控运行工作效率、降低运行人员工作量。四、智慧电厂应用——智慧运行•尽可能通过自动化技术减少运行操作为规划前提和第一原则•尽可能通过自动化技术减少运行操作为规划前提和第一原则•以运行监盘日常工作和长期积累的经验为个性化•以运行监盘日常工作和长期积累的经验为个性化基础22•尽量避免在现有基础上增加运行的额外负担33•运行操盘不能解决的问题和指标避免干扰•运行操盘不能解决的问题和指标避免干扰44••所有报警和提示宜明确是/否需要操作干预55••人机交互追求主动提示与一步操作66•大数据分析需实时运算才能更好体现•大数据分析需实时运算才能更好体现智慧778s8s四、智慧电厂应用——智慧运行四、智慧电厂应用——智慧运行•参数幅值、规律特性、异常状态、大数据分析