智慧電廠與智能發(fā)電典型研究方向及關(guān)鍵技術(shù)綜述

尹 峰，陳 波，蘇 燁，李 泉，張 鵬

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

綜 述

智慧電廠與智能發(fā)電典型研究方向及關(guān)鍵技術(shù)綜述

尹 峰，陳 波，蘇 燁，李 泉，張 鵬

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

以數(shù)字化和自動(dòng)化為基礎(chǔ)的信息化與智能化技術(shù)發(fā)展為智慧電廠的建設(shè)創(chuàng)造了條件，主要體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、先進(jìn)測量與智能控制等技術(shù)在發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行與管理維護(hù)中的系統(tǒng)化應(yīng)用。智能巡檢、智能檢測與閉環(huán)優(yōu)化、智能燃料、智能診斷、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、決策支持、可視化仿真與運(yùn)維輔助等是智慧電廠的典型技術(shù)研究方向，部分關(guān)鍵技術(shù)正逐步形成應(yīng)用成果。

智慧電廠；智能發(fā)電；信息化與智能化；技術(shù)方向；典型應(yīng)用

0 引言

智慧電廠的本質(zhì)是信息化與智能化技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的高度發(fā)展與深度融合，體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、先進(jìn)測量與智能控制等技術(shù)的系統(tǒng)化應(yīng)用，主要特征是泛在感知、自適應(yīng)、智能融合與互動(dòng)化。在智能制造與智慧能源的發(fā)展框架下，智慧電廠與智能發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展，成為能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。智慧電廠也稱為智能電廠或智能電站，其技術(shù)核心是信息融合與智能發(fā)電技術(shù)，目前在水電[1]、燃?xì)廨啓C(jī)電廠及新能源電站[2]均有不同程度的研究與應(yīng)用，智能核電概念也已提出[3]，但范圍最廣、復(fù)雜程度最高的常規(guī)燃煤火電廠的智能化發(fā)展才是智慧電廠研究與應(yīng)用的最重要領(lǐng)域，以下主要就常規(guī)火力發(fā)電廠的智能化技術(shù)展開討論。

智能發(fā)電是智能制造的一部分，而智能制造則是中國國家發(fā)展戰(zhàn)略《中國制造2025》的主攻方向。智能制造的本質(zhì)就是機(jī)器代人，通過人與智能化的檢測、控制與執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對人類專家的替代，體現(xiàn)在生產(chǎn)制造過程的柔性化、智能化和高度協(xié)同化，將數(shù)據(jù)挖掘、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測控制等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度、過程監(jiān)控、故障診斷、運(yùn)營管控等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程與管理決策的智能化[4]。

在發(fā)電廠智能化技術(shù)的系統(tǒng)性研究與應(yīng)用方面，國內(nèi)外都還處于起步階段，國外研究重點(diǎn)更傾向于新能源發(fā)電，如旨在有效運(yùn)用分布式發(fā)電資源的VPP（虛擬電廠）技術(shù)[5]，可提高分布式發(fā)電的可控性。而對于常規(guī)火電廠，西門子、GE等部分制造廠商，則將關(guān)注重點(diǎn)集中在區(qū)域數(shù)據(jù)共享與可視化輔助運(yùn)維技術(shù)的應(yīng)用方面，尚未有系統(tǒng)性成果見諸于公開文獻(xiàn)。國內(nèi)在技術(shù)體系方面的研究進(jìn)展較快[6-8]，部分關(guān)鍵技術(shù)已逐步進(jìn)入應(yīng)用研究[9-11]，自主研發(fā)的技術(shù)進(jìn)步顯著。

1 智慧電廠的典型研究方向

隨著電力轉(zhuǎn)型發(fā)展與市場化改革的需要，清潔、高效、安全、電網(wǎng)友好型的智能發(fā)電技術(shù)是近階段的重點(diǎn)研究方向，伴隨先進(jìn)檢測與控制、人工智能、以及數(shù)據(jù)利用與信息可視化技術(shù)的快速發(fā)展，在以下的一些技術(shù)領(lǐng)域?qū)⑹紫全@得應(yīng)用性成果，推進(jìn)火電廠的智能化進(jìn)程。圖1是智慧電廠部分核心功能的簡化拓樸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 智慧電廠簡化拓樸結(jié)構(gòu)

1.1 三維空間定位與可視化智能巡檢

隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力與軟件應(yīng)用水平提高，大范圍的三維空間設(shè)計(jì)建模成為可能。通過三維空間定位，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、管道、儀表取樣點(diǎn)及隱蔽工程信息可視化。圖2為DCS監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備空間布局對應(yīng)關(guān)聯(lián)的意向圖，可體驗(yàn)邏輯操作場景與實(shí)際物理場景信息互動(dòng)的感受，將傳統(tǒng)運(yùn)行人員的操作界面在物理維度上延展，共享智能巡檢系統(tǒng)的現(xiàn)場信息。

圖2 DCS監(jiān)控畫面與巡檢定位系統(tǒng)關(guān)聯(lián)意向

基于WIFI或RFID無線自組網(wǎng)技術(shù)的三維定位結(jié)合巡檢人員智能終端，借助圖像識別與無線通信技術(shù)，實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)缺陷管理數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的智能巡檢與自動(dòng)缺陷管理。借助設(shè)備與人員定位，還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能安防與區(qū)域拒止等智能管理功能。在技術(shù)成熟時(shí)，借助各類型機(jī)器人的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)無人化的智能巡檢方式。其中涉及的關(guān)鍵性技術(shù)還包括設(shè)備參數(shù)自動(dòng)識別、信息可視化記錄存取、異常數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)歸檔、巡檢人員實(shí)時(shí)定位、現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)取?/p>

1.2 爐內(nèi)智能檢測與燃燒優(yōu)化控制

近年來，基于光學(xué)圖像、光譜、激光、放射、電磁、以及聲學(xué)、化學(xué)的各種先進(jìn)檢測機(jī)理的爐內(nèi)測量技術(shù)實(shí)用化研究進(jìn)展較快，在爐內(nèi)煤粉分配、煤種辨識、參數(shù)分布、排放分析等方面為多目標(biāo)全局閉環(huán)優(yōu)化控制創(chuàng)造了條件。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，先進(jìn)智能控制技術(shù)也逐步進(jìn)入實(shí)用化階段，伴隨各類靈活可靠的優(yōu)化控制平臺載體的推廣應(yīng)用，電站控制參數(shù)的智能優(yōu)化技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并推動(dòng)了DCS（分散控制系統(tǒng)）的功能改進(jìn)與能力提升。

通過系統(tǒng)性整合基于先進(jìn)機(jī)理的檢測技術(shù)、智能控制算法、軟測量及智能尋優(yōu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐爐內(nèi)溫度、氧量、一氧化碳濃度等燃燒參數(shù)空間分布的實(shí)時(shí)測量與自動(dòng)調(diào)整、燃燒器煤種在線識別、風(fēng)煤參數(shù)與布局自動(dòng)配置、鍋爐效率在線軟測量、效率環(huán)保指標(biāo)綜合尋優(yōu)、最優(yōu)目標(biāo)預(yù)測控制等技術(shù)手段，最終達(dá)到安全環(huán)保約束條件下鍋爐燃燒效率的實(shí)時(shí)閉環(huán)最優(yōu)控制。

1.3 數(shù)字化煤場與燃料信息智能互動(dòng)

煤是燃煤電站的主要成本輸入，煤場物理空間廣，采制與管理工作量大，同時(shí)用煤種類繁多，變化頻繁，配煤摻燒與適應(yīng)性調(diào)整操作繁瑣。利用圖像識別與信息可視化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化煤場三維空間與時(shí)間動(dòng)態(tài)的4D信息管理，智能優(yōu)化煤場空間布局與運(yùn)行計(jì)劃。采用數(shù)據(jù)利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)鍋爐和煤場的智能信息互動(dòng)與自動(dòng)燃料配置，與燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)煤種的智能混燒。

1.4 信息挖掘與遠(yuǎn)程專家診斷預(yù)警

發(fā)電廠機(jī)組故障分析與操作記錄文檔是寶貴的信息資源，利用結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)與檢索調(diào)用技術(shù)可以形成可用資源，結(jié)合語義識別等數(shù)據(jù)利用技術(shù)，關(guān)聯(lián)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障診斷與實(shí)時(shí)預(yù)警。同時(shí)利用遠(yuǎn)程專家AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）互動(dòng)平臺系統(tǒng)，引入云平臺數(shù)據(jù)挖掘資源，可便捷實(shí)現(xiàn)跨地域的專家共享與數(shù)據(jù)共享。在廠內(nèi)知識信息管理、技術(shù)監(jiān)督遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)平臺、專家網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)式互動(dòng)共享平臺等技術(shù)載體支撐下，利用數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警設(shè)置、全局風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警設(shè)置等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)區(qū)域或集團(tuán)層面的設(shè)備狀態(tài)智能管控系統(tǒng)。

1.5 網(wǎng)源協(xié)調(diào)結(jié)合與電力市場輔助決策

智能發(fā)電銜接智能電網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)源協(xié)調(diào)互動(dòng)與策略最優(yōu)。電力市場實(shí)施后，機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻功能都與發(fā)電廠效益相關(guān)，通過功能優(yōu)化與效益尋優(yōu)，使機(jī)組在競價(jià)上網(wǎng)的決策中實(shí)現(xiàn)利益最大化。

系統(tǒng)整合調(diào)頻調(diào)峰能力預(yù)測、調(diào)頻調(diào)峰策略配置、節(jié)能調(diào)度、競價(jià)上網(wǎng)效益尋優(yōu)與APS快速啟停等靈活發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）深度調(diào)峰全程智能控制、深度低頻負(fù)荷快速提升、兼顧機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的混合調(diào)頻技術(shù)、AGC指令節(jié)能分配、輔助服務(wù)與電量效益尋優(yōu)等技術(shù)目標(biāo)。

1.6 沉浸式仿真培訓(xùn)與AR輔助檢修維護(hù)

在VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)發(fā)展逐漸成熟的前提下，可以逐步開展虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在培訓(xùn)與作業(yè)中的應(yīng)用研究，提升專業(yè)人員的培訓(xùn)感受，提高設(shè)備檢修維護(hù)工作效率與操作規(guī)范性。設(shè)備虛擬拆解培訓(xùn)與檢修操作可視化輔助技術(shù)在計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力足夠支撐設(shè)備細(xì)節(jié)與流暢互動(dòng)的情況下，對改善培訓(xùn)與檢修質(zhì)量所帶來的效益是非常值得期待的。

2 智能發(fā)電技術(shù)的典型應(yīng)用

2.1 基于高效節(jié)能目標(biāo)的智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)

利用高效節(jié)能控制策略與智能優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是智慧電廠建設(shè)的首要目標(biāo)。近年來，隨著國家節(jié)能減排政策力度的持續(xù)加大，國內(nèi)新建燃煤機(jī)組采用工藝改進(jìn)的方法提升機(jī)組發(fā)電效率的努力已接近極限，相關(guān)的節(jié)能潛力已基本用盡，而隨著風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電容量的實(shí)質(zhì)性增長，大量的調(diào)峰需求均需由煤電機(jī)組來承擔(dān)，特別是在東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，特高壓區(qū)外來電占比很大，燃煤機(jī)組年平均利用小時(shí)數(shù)已從接近6 000 h下降到了4 000 h左右，大量機(jī)組處于非額定設(shè)計(jì)工況低負(fù)荷運(yùn)行，難以保持最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)[12]。而基于高效節(jié)能目標(biāo)的智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)正可發(fā)揮其優(yōu)勢，利用先進(jìn)的檢測技術(shù)與智能算法，在投資增加不多的前提下達(dá)到提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。

目前較為典型的基于煤種辨識的燃燒優(yōu)化方案可通過以下技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)（如圖3所示）。

（1）通過煤質(zhì)在線檢測獲得當(dāng)前燃燒煤種的情況，根據(jù)煤種情況結(jié)合鍋爐參數(shù)，采用軟測量技術(shù)在線計(jì)算鍋爐效率。

（2）以氧量、各類風(fēng)門開度以及煤量分配等參數(shù)為輸入，鍋爐效率和SCR（選擇性氧化還原）入口NOX含量等參數(shù)為輸出，利用鍋爐燃燒簡化數(shù)學(xué)模型，通過模糊算法進(jìn)行智能建模，獲取機(jī)組的燃燒優(yōu)化模型。

（3）采用免疫遺傳、非線性規(guī)劃等算法對優(yōu)化模型進(jìn)行智能尋優(yōu)，獲取最優(yōu)的參數(shù)從而對機(jī)組進(jìn)行燃燒閉環(huán)優(yōu)化，不斷提高鍋爐效率。

（4）通過煤質(zhì)在線檢測獲得各層燃燒器實(shí)時(shí)燃燒煤種，動(dòng)態(tài)切換磨煤機(jī)煤粉細(xì)度和出口溫度等重要參數(shù)，針對不同煤種調(diào)整設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2 基于深度調(diào)頻與深度調(diào)峰的網(wǎng)源協(xié)調(diào)靈活性發(fā)電技術(shù)

網(wǎng)源的協(xié)同特性決定了電網(wǎng)的安全可靠必須以電源的穩(wěn)定可控為基礎(chǔ)，智慧電廠在利用智能化技術(shù)提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也為在發(fā)電供給側(cè)加強(qiáng)電網(wǎng)友好型發(fā)電技術(shù)研究提供平臺，通過網(wǎng)源協(xié)調(diào)與靈活性發(fā)電技術(shù)的研究應(yīng)用，提高發(fā)電供給側(cè)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的能力和靈活性。

在電網(wǎng)負(fù)荷與頻率控制環(huán)節(jié)，發(fā)電機(jī)組的AGC與一次調(diào)頻控制是電源為電網(wǎng)提供的主要輔助服務(wù)功能。針對各種類型與容量的發(fā)電機(jī)組，研究與改善AGC調(diào)節(jié)性能與一次調(diào)頻動(dòng)作能力，是智慧電廠順應(yīng)市場化服務(wù)的重要需求，通過面向鍋爐、汽輪機(jī)以及輔助系統(tǒng)的各種蓄能利用與平衡技術(shù)，提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)快速可控的負(fù)荷與頻率控制策略。同時(shí)采用機(jī)組群協(xié)同控制技術(shù)，使電源控制性能與電網(wǎng)控制目標(biāo)合理匹配，集團(tuán)或區(qū)域發(fā)電廠綜合效益達(dá)到全局最優(yōu)。

發(fā)電機(jī)組的深度調(diào)頻與負(fù)荷快速控制技術(shù)可有效提高區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的容錯(cuò)性能與自愈能力。目前較為成熟的負(fù)荷快速控制技術(shù)只有RUNBACK技術(shù)，在電源重要輔機(jī)故障時(shí)保障機(jī)組運(yùn)行安全，減少負(fù)荷損失。在電源點(diǎn)出線發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)CB功能可以快速切除機(jī)組負(fù)載，保持機(jī)組帶廠用電運(yùn)行，為迅速并網(wǎng)恢復(fù)線路運(yùn)行提供保障，但該技術(shù)受機(jī)組設(shè)備能力與運(yùn)行方式限制，僅有少量應(yīng)用。另一項(xiàng)利用機(jī)組快速減負(fù)荷功能提高電網(wǎng)故障運(yùn)行方式下局部線路輸送限額的技術(shù)目前已有應(yīng)用案例[13]，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證機(jī)組在規(guī)定時(shí)限內(nèi)快速減負(fù)荷的能力，使機(jī)組在線路故障時(shí)的出力上限得到拓展。在大容量輸電線路故障閉鎖或大容量電源點(diǎn)故障跳閘的情況下，如何利用現(xiàn)有機(jī)組調(diào)節(jié)余量，快速升負(fù)荷支援電網(wǎng)的控制技術(shù)正在開展相關(guān)研究，這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將最終為負(fù)荷快速控制技術(shù)帶來對稱的調(diào)節(jié)能力。

圖3 多目標(biāo)智能燃燒優(yōu)化控制方案原理

隨著運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷率不斷下降，電網(wǎng)越來越需要機(jī)組具備深度靈活調(diào)峰的能力。如果機(jī)組能深度調(diào)峰至30%額定負(fù)荷甚至更低時(shí)，對機(jī)組而言可以減少調(diào)停次數(shù)，對電網(wǎng)而言則能增加其備用容量，提升電網(wǎng)的安全性。但該方式對機(jī)組輔機(jī)的正常運(yùn)行是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。尤其針對超臨界機(jī)組而言，除常規(guī)亞臨界機(jī)組面臨的低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒、環(huán)保裝置低負(fù)荷投用等問題外，還帶來了諸如低負(fù)荷干態(tài)運(yùn)行區(qū)間延伸、濕態(tài)協(xié)調(diào)運(yùn)行方式等一系列的問題。因此通過采用雙向解耦與多變量智能控制策略，解決深度調(diào)峰過程中機(jī)組干態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)與過程控制問題，可實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組的深度調(diào)峰運(yùn)行及控制過程優(yōu)化。同時(shí)通過磨組智能啟?？刂萍夹g(shù)實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組AGC無斷點(diǎn)智能連續(xù)運(yùn)行，可提高機(jī)組AGC深度調(diào)峰的工況適應(yīng)性與智能化水平，降低機(jī)組運(yùn)行操作風(fēng)險(xiǎn)，改善機(jī)組AGC運(yùn)行可靠性與靈活性。

2.3 基于智能終端與機(jī)器人應(yīng)用的智能巡檢系統(tǒng)

發(fā)電廠智能巡檢系統(tǒng)整合圖像識別、非接觸檢測、多傳感器融合、導(dǎo)航定位、模式識別、機(jī)器人應(yīng)用等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電廠設(shè)備的自主檢測。智能巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由以下部分組成：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、圖像識別及各種應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)和移動(dòng)智能終端。

智能巡檢需要巡檢設(shè)備在移動(dòng)中處理數(shù)據(jù)和交互信息，因此穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)也是必要的硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)可采用多種形式移動(dòng)智能終端，包括手持工業(yè)巡檢儀、智能采集終端、智能巡檢機(jī)器人等。智能巡檢機(jī)器人可用于全廠范圍開闊平坦地帶重要設(shè)備狀態(tài)巡檢，對于智能巡檢機(jī)器人不方便進(jìn)入的狹窄空間，可由巡檢人員佩戴智能采集終端進(jìn)入巡檢。

通過關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史趨勢可提高智能巡檢的預(yù)知性與互動(dòng)性，巡檢人員收集的現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)可為設(shè)備狀態(tài)檢修與在線評估提供有效數(shù)據(jù)支持，及時(shí)安排相應(yīng)的檢修、維護(hù)和保養(yǎng)，并通過數(shù)據(jù)的積累和挖掘?yàn)樵O(shè)備更新、選型作輔助決策。

為確保數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)需要具有自動(dòng)備份數(shù)據(jù)功能，備份用戶注冊信息、設(shè)備臺帳信息、歷史缺陷數(shù)據(jù)等。通過與發(fā)電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)的各種接口，實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫、缺陷管理系統(tǒng)、臺賬管理系統(tǒng)等的互聯(lián)互通。

2.4 數(shù)據(jù)信息挖掘與遠(yuǎn)程專家診斷技術(shù)

目前發(fā)電設(shè)備常規(guī)的監(jiān)測手段均采用絕對值報(bào)警，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警提示，因此發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修仍基本上停留于事后處理，這種單一的監(jiān)測手段難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期征兆并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行跟蹤，大大增加了設(shè)備故障最終導(dǎo)致被迫停機(jī)的概率。通過智能診斷技術(shù)為機(jī)組運(yùn)行提供預(yù)警信息，變被動(dòng)檢修為主動(dòng)檢修，變非計(jì)劃停機(jī)為計(jì)劃停機(jī)，避免設(shè)備問題或故障影響擴(kuò)大，則能在節(jié)約生產(chǎn)成本，提高發(fā)電企業(yè)的市場競爭力上發(fā)揮很大的潛能。

圖4 智能巡檢系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

通過構(gòu)建集團(tuán)級發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)綜合數(shù)據(jù)處理平臺、建立集中式的設(shè)備診斷和故障預(yù)警中心，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠設(shè)備的數(shù)據(jù)積累、信息挖掘與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)應(yīng)用[14]。采用基于SBM（相似性原理）的建模技術(shù)，實(shí)時(shí)分析運(yùn)行測點(diǎn)數(shù)據(jù)的內(nèi)在邏輯和相關(guān)性，建立與實(shí)際設(shè)備或部件相似的數(shù)學(xué)模型矩陣和每個(gè)測點(diǎn)信號的期望值。采集的設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與期望值實(shí)時(shí)比較，之間異度（差值）超出閾值范圍時(shí)開始記錄和辨識，對其動(dòng)態(tài)變化過程在線展示，當(dāng)達(dá)到顯著異常時(shí)發(fā)出預(yù)警，并及時(shí)提醒維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

通過建立遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和專業(yè)分析隊(duì)伍對數(shù)據(jù)的深度挖掘分析，讓集團(tuán)決策層及相關(guān)職能部門能夠借助實(shí)時(shí)信息平臺，及時(shí)掌控各發(fā)電廠機(jī)組設(shè)備的健康狀況，識別潛在的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，為指揮日常生產(chǎn)活動(dòng)和設(shè)備故障處理提供輔助決策支持。同時(shí)，系統(tǒng)形成的檢測診斷分析數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享學(xué)習(xí)與故障模型辨識，為發(fā)電機(jī)組設(shè)備問題提供預(yù)警信息，提出預(yù)防性檢修建議，減少設(shè)備異常擴(kuò)大導(dǎo)致故障的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化設(shè)備健康狀況，可有效降低整個(gè)集團(tuán)公司的生產(chǎn)成本。

2.5 智慧電廠的工控系統(tǒng)信息安全技術(shù)

工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全是保證設(shè)備和系統(tǒng)中信息的保密性、完整性、可用性，以及真實(shí)性、可核查性、不可否認(rèn)性和可靠性等。工控信息安全技術(shù)的主要目的是為了保障智慧電廠控制與管理系統(tǒng)的運(yùn)行安全，防范黑客及惡意代碼等對發(fā)電廠控制與管理系統(tǒng)的惡意破壞和攻擊，以及實(shí)現(xiàn)非授權(quán)人員和系統(tǒng)無法訪問或修改發(fā)電廠控制與管理系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)，防止發(fā)電廠控制與管理系統(tǒng)的癱瘓和失控，和由此導(dǎo)致的發(fā)電廠系統(tǒng)事故或電力安全事故。

智慧電廠的工控信息系統(tǒng)安全規(guī)劃[15]主動(dòng)適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新電改等新形勢業(yè)務(wù)發(fā)展以及新一代信息化應(yīng)用需求，基于“可管、可控、可知、可信”的總體防護(hù)策略，全面提升信息安全監(jiān)管預(yù)警、邊界防護(hù)、系統(tǒng)保障和數(shù)據(jù)保護(hù)能力。

“可管”是指健全智能電廠信息安全管理機(jī)制，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，建立健全安全防護(hù)管理制度，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全人才培訓(xùn)體系建設(shè)，強(qiáng)化內(nèi)部安全專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)，常態(tài)化開展風(fēng)險(xiǎn)評估和內(nèi)控達(dá)標(biāo)治理工作。

“可控”是指加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)邊界安全防控，實(shí)施“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的防護(hù)原則，分區(qū)部署、運(yùn)行和管理各類電力系統(tǒng)，同時(shí)按照等保要求區(qū)分系統(tǒng)安全域，各安全域的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按該域所確定的安全域的保護(hù)要求，采用訪問控制、安全加固、監(jiān)控審計(jì)、身份鑒別、資源控制等措施加強(qiáng)邊界安全。

“可知”是指基于大數(shù)據(jù)的信息安全事件深度分析、安全態(tài)勢感知、智能預(yù)警等信息安全監(jiān)控預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對資產(chǎn)感知、脆弱性感知、安全事件感知、異常行為感知的能力，構(gòu)建全方位安全態(tài)勢感知體系。

“可信”是指按照國家信息安全等級保護(hù)和電力行業(yè)的安全要求，針對發(fā)電廠計(jì)算資源（軟硬件）構(gòu)建保護(hù)環(huán)境，加強(qiáng)智能電廠主機(jī)、終端、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的安全防護(hù)，采用相應(yīng)的身份認(rèn)證、訪問控制等手段阻止未授權(quán)訪問，采用主機(jī)防火墻、數(shù)據(jù)庫審計(jì)、可信服務(wù)等技術(shù)，確保計(jì)算環(huán)境的安全。

3 結(jié)語

智慧電廠與智能發(fā)電技術(shù)是系統(tǒng)性漸進(jìn)發(fā)展的技術(shù)，對于新建機(jī)組，在建設(shè)期就要提前規(guī)劃同步實(shí)施，積累過程數(shù)據(jù)建立靜態(tài)模型，通過數(shù)字化移交將模型數(shù)據(jù)完整轉(zhuǎn)入實(shí)際商業(yè)運(yùn)行維護(hù)，并在實(shí)際運(yùn)行中完善運(yùn)維動(dòng)態(tài)模型，靜態(tài)智能化模型數(shù)據(jù)和發(fā)電廠運(yùn)行產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信息相結(jié)合，形成發(fā)電廠運(yùn)維所需的動(dòng)態(tài)智能化模型，使發(fā)電廠生產(chǎn)過程處于安全經(jīng)濟(jì)環(huán)保最佳運(yùn)行狀態(tài)，與電網(wǎng)用戶智能互動(dòng)，使電能產(chǎn)品安全快速滿足用戶要求。智能化技術(shù)的發(fā)展將不斷改變發(fā)電廠的傳統(tǒng)面貌，其作為智能電網(wǎng)的有機(jī)組成部分，將為社會(huì)的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的動(dòng)力。

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2017-08-21

尹 峰（1972），男，高級工程師，主要從事發(fā)電自動(dòng)化技術(shù)研究與工程應(yīng)用。

（本文編輯：徐 晗）

Discussion on Typical Research Directions and Key Technologies for Smart Power Plants and Smart Power Generation

YIN Feng，CHEN Bo， SU Ye， LI Quan，ZHANGPeng
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The development of informatization and intelligent technology based on digitalization and automation provides the foundation for the construction of smart power plants by the systematic application of big data， Internet of Things， visualization， advanced measurement and intelligent control technology in power plant operation， maintenance and management.Intelligent inspection， intelligent detection and closed-loop optimization， intelligent fuel， intelligent diagnosis， grid and power coordination， decision-making support， visual simulation and auxiliary operation and maintenance are the typical research directions for smart power plants，and some of the key technologies are gradually becoming application results.

smart power plant； smart power generation； informatization and intellectualization； technical direction；typical application

10.19585/j.zjdl.201710001

1007-1881（2017）10-0001-06

TK39

A

國網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目（5211DS15002U）