智能發(fā)電體系架構及關鍵技術

現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展的重要標志是工業(yè)化與信息化的融合，我們稱為兩化的融合。

以電力為例，從50年代、60年代、70年代、機械式的控制，液壓式的模擬裝置、數(shù)字裝置一直到70年代到數(shù)字時代，是快速發(fā)展的過程。過去，電力領域沒有把信息控制當回事，什么是主要的？電廠就是只重視三大件：渦輪汽輪機、發(fā)電機及變壓器。渦輪是個小裝置，為什么小呢？就是搞點液壓表在那兒攤著，現(xiàn)在大型的火力發(fā)電廠的自動控制系統(tǒng)包括信息系統(tǒng)，它對于機組運行的經(jīng)濟環(huán)保起著十分關鍵的作用，自動化系統(tǒng)一旦不完備，木機器不可能啟動，也不可能運行。

智能既是目標 也是要采取的手段

一個大機組各種控制的信號和監(jiān)測點上萬，也就是說運轉(zhuǎn)一臺機組，人力已經(jīng)不可為，需要功能完備、性能可靠的控制系統(tǒng)來對機組的發(fā)電功

率，運行參數(shù)，安全、起停等進行數(shù)字化的控制，這是現(xiàn)狀。

隨著自動化信息化的發(fā)展，進入了第四次工業(yè)革命時代，第一次工業(yè)革命是蒸汽機的出現(xiàn)，第二次工業(yè)革命是電力技術，第三次是計算機，第四次首先包括人工智能，也包括清潔能源、機器人及量子信、息虛擬信息及生物技術。走向智能化，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然。為了應對這個大趨勢，我們國家出臺了一系列規(guī)劃，促進云計算、大數(shù)據(jù)在企業(yè)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、銷售服務，在全流程的產(chǎn)業(yè)鏈當中發(fā)揮綜合性作用。

電力行業(yè)，經(jīng)過這些年的努力，取得了一定的成績。我們的效率、燃煤近10年來下降了100特。

但是外界還是認為火電是巨大的污染，所以今天走向低碳，而且無論是靈活發(fā)電，整個發(fā)電，還是電網(wǎng)發(fā)電，特別是為了實現(xiàn)新能源采用的大規(guī)模應用，都需要一個多元控股和協(xié)同系統(tǒng)，靈活可控的新的電力系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)、應用最終將走向智能。智能既是要實現(xiàn)的一個目標，也是一種要采取的手段，通過智能化使得能源電力系統(tǒng)更加安全、更加高效、更加低碳、更加靈活，真正實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型這個大的目標。

智能發(fā)電的定義

所謂智能發(fā)電就是以發(fā)電過程中的自動化、信息化、標準化為基礎，以管控一體化、大數(shù)據(jù)、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)為平臺，智能傳感與執(zhí)行，智能管理與學習，實現(xiàn)更加安全、高效、清潔、低碳的生產(chǎn)目標。

智能發(fā)電主要包括幾個方面的內(nèi)容，首先是智能感知，傳感器、軟測量、模擬化、信息的融合、智能決策、管控一體化與全生命周期的管理。在我們前期工作和多年積累的基礎上，2016年7月4日，智能發(fā)電的概念在華北電力大學提出。我有幸參與了討論和編制“十三五”規(guī)劃，這里面第一次將智能發(fā)電技術寫進了規(guī)劃，這就成了國家的意志，我們要發(fā)展智能發(fā)電技術，進行發(fā)電過程中監(jiān)測、控制技術的研究，特別是智能控制系統(tǒng)裝備的研發(fā)。沒有裝備，還談什么智能？要擁有先進的發(fā)電技術示范應用，要開展示范工程建設，重點的內(nèi)容是智能發(fā)電的體系結構。分散控制系統(tǒng)就是把網(wǎng)絡處理器以及儀表、數(shù)據(jù)庫聯(lián)為一體，這個大家都是比較熟悉的。

在電廠管理信息系統(tǒng)當中，中國人還是有一筆可寫的，就是SIS（發(fā)電生產(chǎn)實時監(jiān)控系統(tǒng)），這個概念是我們領域的前輩 提出的，我們組織的研發(fā)，同時我們也得到了2004年科技進步一等獎。當提出SIS以后，如何將其和SCS（順序控制系統(tǒng)）融為一體，我們的系統(tǒng)的為解決這一問題做出了貢獻，提出三個可靠性，兩個安全性的系統(tǒng)?，F(xiàn)在已經(jīng)在180多個火電廠投用，也使國外的SIS退出中國市場?？杀氖?，大家都來做SIS，就沒有盈利的空間了。我有一個深刻的感悟，中國的科技創(chuàng)新之所以落后，有很多原因，其中企業(yè)賺不到錢是重要原因之一。一項技術，當中國人不會的時候，這項技術有著高額的利潤，當中國人千辛萬苦研發(fā)成功的時候，利潤就是大白菜價，企業(yè)賺不到錢，他怎么創(chuàng)新？

突破關鍵技術

在SIS的應用過程中，我們也遇到了一些問題，特別是面臨著實現(xiàn)智能化的目標時，從網(wǎng)絡安全的角度看，SIS的信息不允許向DCS（分散控制系統(tǒng)）推送，比如說能耗分析，這些信息很難閉環(huán)，實現(xiàn)高級控制，所以在這個基礎上，現(xiàn)在推出的智能電廠所需要的，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構應該回歸到兩層結構。一層我們把它稱為機組運行控制系統(tǒng)平臺，也就是增加DCS功能，另外一個公共服務功能，這個是現(xiàn)有的SIS，是我們給出的智能電廠的兩極結構。

SIS是智能發(fā)電運行系統(tǒng)，可以簡單地理解為DCS的增加版，這樣就可以閉環(huán)了。ERP等在廣義上形成智能發(fā)電系統(tǒng)的公共服務系統(tǒng)，另外還要考慮他們不同的信息安全的防護以及與大數(shù)據(jù)云平臺的結合。在這個結構當中，SIS就是要以DCS為核心，擴展智能優(yōu)化庫、開發(fā)服務器等資源，實現(xiàn)智能監(jiān)測、智能控制，狀態(tài)監(jiān)測與診斷預警，提供可靠的軟硬件平臺，確保系統(tǒng)的安全。這里不包括三個功能，第一個是智能監(jiān)測，第二是智能控制，第三是智能運行的監(jiān)控。其中智能發(fā)電公共服務平臺主要是由大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)云平臺為基礎，整合支撐系統(tǒng)，支持數(shù)據(jù)資源，在設計、施工、調(diào)試、運維階段，把全場的人、財、物，信息，以及智能管理、智能服務呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)的層面，匯集到這個平臺。為設備的安全、精細化管理、優(yōu)化決策提供一個一體化的信息平臺。

這個平臺有三個功能。一是安全，第二是管理，第三就是服務。還有一個問題，雖然是封閉的，是最高安全等級，SIS是開放的，面向眾多的應用的，為什么要指出這個呢？我們也感覺現(xiàn)在智能發(fā)電很熱、同時也很亂，如果沒有一個體系，沒有一個架構，很可能成事不足、敗事有余，? 有的地方搞了一個門禁系統(tǒng)，搞了一個機器人巡檢，搞了一個APP就是智能了，這太小兒科了。所以我們今天就給你一個框，你隨便往里裝，但是SIS你不能亂動，電力生產(chǎn)安全高于一切。面對這樣的架構我們應該去突破一些關鍵的技術，首先我們勇于參與新一帶的DCS研發(fā)競爭，我們的合作伙伴在國家首個百萬級機組系統(tǒng)的應用，各種性能上，應該是我們自身的DCS不亞于國際上任何一家的DCS，這個也不是做廣告，我們有這樣的產(chǎn)品，為什么很多集團不用，還是用的其他的集團的？

那么在自身系統(tǒng)上，我們現(xiàn)在做什么？第一，增加一個智能DPU就是高級智能控制器。第二，增加一個高級服務器，做一個統(tǒng)籌。第三，還要有模塊，比如說監(jiān)測模塊，建模，基于深度系統(tǒng)學習的感知模塊，基于一系列的參數(shù)，不規(guī)則的，讓我們學習感知。第四，比如說基礎的儲能、熱耗、氣耗等，通過這些這些汽水量等去計算識別出需要的東西。第五是控制。怎樣在深度學習建模的基礎上使我們的控制更加適應全能耗，更加精準地實現(xiàn)能源的平衡。實際上在控制上解決問題是投資最少的，不需要大動干戈，動不動就幾個億投下去，這個用的是智慧，投資很少，就可以見到成效。效率、開放性能計算等，通過自己學習數(shù)據(jù)挖掘技術，先進的控制理論方法，專家的知識，建立優(yōu)化的模型庫，這是需要深入開展的。

智能發(fā)電+智能電網(wǎng)一起推動能源發(fā)展的轉(zhuǎn)型，其中的基礎理論、關鍵技術、工程應用都有待提高，這就需要理論技術、體制機制，特別是產(chǎn)學研用的結合加以推動，讓我們一起共同努力。（本文根據(jù)中國工程院院士劉吉臻的公開演講整理而成，未經(jīng)本人確認。）