智慧化全數(shù)字技術(shù)及其在電廠中的應(yīng)用

張立峰

哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150090

隨著我國電力體制改革的深化，電力行業(yè)市場經(jīng)濟(jì)的逐步形成，發(fā)電企業(yè)必將加速進(jìn)入信息化時(shí)代。從發(fā)電企業(yè)管控一體化模型和電廠的特征看，數(shù)字化電廠的層次結(jié)構(gòu)模型可概括為四個(gè)內(nèi)容、兩個(gè)支持系統(tǒng)。四個(gè)內(nèi)容分別是電廠對象數(shù)字化、設(shè)備運(yùn)行數(shù)字化、過程控制數(shù)字化和生產(chǎn)管理、經(jīng)營決策數(shù)字化，兩個(gè)支持系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)。但從一個(gè)電廠的全壽命周期來看，數(shù)字化電廠應(yīng)包括項(xiàng)目前期、設(shè)計(jì)、采購、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)行、檢修和維護(hù)、改造直至退役整個(gè)過程。因此電廠數(shù)字化也應(yīng)是整個(gè)電廠生命周期的數(shù)字化。而最重要的是應(yīng)建立電廠的數(shù)字模型，并在此模型基礎(chǔ)上，充分利用系統(tǒng)集成、專家系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代信息處理和通信技術(shù)、智能控制和管理決策技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電廠管控真正意義上的信息化、智能化，最大限度地達(dá)到電廠安全、高效、環(huán)保運(yùn)行的狀態(tài)。

1 智慧化全數(shù)字技術(shù)

智慧化是一個(gè)相對廣義的概念，是在現(xiàn)有的、靜態(tài)的信息和知識的基礎(chǔ)上具備能夠產(chǎn)生更多信息和知識的能力，即具有動態(tài)行為的特性[1]。智能化技術(shù)是以自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織、自調(diào)整為主要特征的，是實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)的重要手段，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中主要面向生產(chǎn)設(shè)備[1]。智慧化還包含對人的智能的充分的調(diào)動和應(yīng)用，以及人與人之間、人與機(jī)器之間的關(guān)系的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

智慧化系統(tǒng)的要素包含信息源、智慧主體、通信網(wǎng)絡(luò)。智慧化所包含的客觀主體有人和設(shè)備，即在一個(gè)智慧化的系統(tǒng)中，具有動態(tài)行為特性的既可以是機(jī)器也可以是人。智慧行為包括學(xué)習(xí)、分析、計(jì)算、調(diào)度、調(diào)整等，這些智慧的動態(tài)行為的主體是智慧化實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。在一個(gè)大的系統(tǒng)中，通常還包括多個(gè)智慧主體，有時(shí)還構(gòu)成分層結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的智慧主體網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)智慧主體之間進(jìn)行信息交互，可起到相互學(xué)習(xí)和指導(dǎo)的作用。

2 數(shù)字化電廠建設(shè)現(xiàn)狀

我國電廠建設(shè)企業(yè)大體上都設(shè)有建設(shè)期管理信息系統(tǒng)，大體實(shí)現(xiàn)了對電廠建設(shè)期間的合同、項(xiàng)目投資、工程預(yù)算、工程質(zhì)量、設(shè)備購買、項(xiàng)目施工等信息的數(shù)字化管理。然而從更深的層面出發(fā)，大多數(shù)建設(shè)單位沒有設(shè)置可以兼容設(shè)計(jì)的項(xiàng)目管理信息平臺，而且也沒有無縫對接上游的數(shù)字設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力，另外，大多數(shù)建設(shè)項(xiàng)目還沒有從設(shè)計(jì)那里獲得充分完整的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，因此，數(shù)字產(chǎn)品的潛力還沒有得到尚未充分利用和充分發(fā)揮，尚未實(shí)現(xiàn)深層次的數(shù)字化建設(shè)管理及規(guī)劃。我國電廠運(yùn)行一般都配有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，而且一些電廠還配置有類似于國外生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的、在我國被叫做廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)，它們大體實(shí)現(xiàn)了過程控制和設(shè)備工作的數(shù)字化，并且具有一定的狀態(tài)維修及控制優(yōu)化能力。在電廠運(yùn)作數(shù)字化上，和國際先進(jìn)水平相對比，我國還需要設(shè)立以被控對象為前提的綜合數(shù)字化邏輯模型，然后充分使用這些數(shù)字化邏輯模型，能夠做到對數(shù)字化電廠模型的智能控制、故障診斷、優(yōu)化控制、狀態(tài)檢修等[2]。我國在進(jìn)行電廠管理時(shí)，非常多的業(yè)主采用比較完善的，包括行政管理、業(yè)務(wù)管理、資金及生產(chǎn)管理等主要作用的信息管理系統(tǒng)，但是有一些大型發(fā)電單位還運(yùn)用單位資源計(jì)劃管理系統(tǒng)。然而從數(shù)據(jù)鏈方面出發(fā)，從設(shè)計(jì)到運(yùn)作的整個(gè)數(shù)據(jù)連接依舊沒有完全疏通，依然做不到整個(gè)過程的數(shù)據(jù)共享。

3 智慧化全數(shù)字技術(shù)在發(fā)電廠中的應(yīng)用

3.1 智慧化全數(shù)字基建

基于智慧化全數(shù)字技術(shù)的電廠基建工程，貫穿從電廠標(biāo)識系統(tǒng)（KKS）編碼、平面流程圖、三維立體信息化模型、材料管理、全程三維設(shè)計(jì)優(yōu)化、三維施工、設(shè)備建模和基建安全管理等多個(gè)環(huán)節(jié)。

智慧化全數(shù)字基建是從廠級數(shù)字化檔案開始的，主要是基于KKS編碼形成對設(shè)備和材料的管理。智慧化全數(shù)字電廠的管理信息系統(tǒng)具有較高的要求，通過引入KKS，形成一個(gè)能夠貫穿電廠生命周期的編碼體系，使電廠在規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、啟動調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)的各個(gè)階段產(chǎn)生的信息都能被設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備生產(chǎn)廠家、信息管理軟件商和工程業(yè)主等各方準(zhǔn)確理解和交流，同時(shí)易于計(jì)算機(jī)處理，使電廠的資產(chǎn)及信息從設(shè)計(jì)開始一直到運(yùn)行維護(hù)都能夠處于最佳配置。在基建的設(shè)計(jì)階段，基于全數(shù)字化的三維模型平臺，所有專業(yè)在共同的三維環(huán)境中協(xié)同設(shè)計(jì)，形成與真實(shí)電廠一致的工作過程[3]。

3.2 大數(shù)據(jù)分析平臺

主要實(shí)現(xiàn)性能計(jì)算與耗差分析、節(jié)能優(yōu)化與環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測、為全廠資源優(yōu)化調(diào)配提供數(shù)據(jù)支持等功能。主要組成部分包括：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控：基于HTML5技術(shù)，支持Web端和移動客戶端，可覆蓋DCS全部畫面。

（2）歷史趨勢：可采用自定義查看、多參數(shù)查看等功能。

（3）報(bào)警預(yù)警：包括DCS定值報(bào)警、梯度報(bào)警、超限報(bào)警等，能實(shí)時(shí)生產(chǎn)報(bào)警報(bào)告。還可提供數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)、預(yù)測報(bào)警燈功能。

（4）性能計(jì)算：可依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對主要輔機(jī)進(jìn)行耗差分析；還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)和機(jī)組級性能的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和性能的在線計(jì)算。

4 結(jié)語

數(shù)字化電廠的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，尤其是對已建成投產(chǎn)的大型電廠的數(shù)字化設(shè)計(jì)改造，受各種因素的限制，創(chuàng)建過程則更為復(fù)雜。目前國內(nèi)還沒有真正意義上的數(shù)字化電廠，因此，數(shù)字化電廠的創(chuàng)建必將使發(fā)電企業(yè)加速進(jìn)入信息化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程高度自動化和管理現(xiàn)代化質(zhì)的飛躍。