基于“大數(shù)據(jù)+AI”技術(shù)的智能化燃?xì)怆娬緹o人值守能力體系規(guī)劃與探索

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 徐韓昭 龍 濤 中國電子系統(tǒng)技術(shù)有限公司 蘇森民

引言

智能化燃?xì)怆娬臼墙⒃诳煽?、高速的通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、穩(wěn)定的設(shè)備、可靠的控制方法及智能化的決策支持技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的可靠、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。以提高安全穩(wěn)定性、資源利用率、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、輔助決策能力、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)能力為目標(biāo)，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，提高供電可靠性和供電質(zhì)量，更好地體現(xiàn)社會(huì)效益和企業(yè)效益。智能化電廠以網(wǎng)廠協(xié)調(diào)發(fā)展的“無人值班”（少人值守）模式為基礎(chǔ)，以通信平臺為支撐，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征，實(shí)現(xiàn)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度一體化融合。目前國內(nèi)燃?xì)怆娬局悄芑瘧?yīng)用方面，人員定位、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、巡檢機(jī)器人等應(yīng)用較為普遍，但均沒有實(shí)現(xiàn)運(yùn)行無人值守。

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司總裝機(jī)容量255萬千瓦，是國內(nèi)大陸地區(qū)裝機(jī)容量最大的天然氣發(fā)電廠，也是廣東能源集團(tuán)旗下裝機(jī)容量第二的發(fā)電企業(yè)，多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)在行業(yè)領(lǐng)先，自投產(chǎn)以來積累了大量運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

1 無人值守能力體系建設(shè)與應(yīng)用

1.1 智慧運(yùn)行大腦

在數(shù)字空間建立物理對象的數(shù)字孿生子對運(yùn)行分析對象進(jìn)行描述，建立數(shù)字鏡像和數(shù)據(jù)圖譜，對知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)化和計(jì)算機(jī)化，建立知識圖譜，通過數(shù)據(jù)庫、算法庫、知識庫和模型庫的四庫聯(lián)動(dòng)，建立智慧運(yùn)行的大腦。智慧運(yùn)行的關(guān)鍵是建立一個(gè)智慧運(yùn)行大腦，融合數(shù)據(jù)圖譜、算法和知識圖譜接收來自各方面數(shù)據(jù)信息，大腦綜合加工后輸出。通過這個(gè)大腦把靜態(tài)的、零散的知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，并與現(xiàn)場的實(shí)時(shí)運(yùn)行自動(dòng)關(guān)聯(lián)起來。智慧運(yùn)行大腦從不同維度，圍繞運(yùn)行分析對象對數(shù)據(jù)屬性、含義等進(jìn)行全面定義和描述，建立屬性之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上可高效、快捷和貼近運(yùn)行人員需求，提供數(shù)據(jù)給運(yùn)行人員及相關(guān)系統(tǒng)。

1.2 智慧監(jiān)盤

智慧監(jiān)盤模擬現(xiàn)場工作人員在監(jiān)盤時(shí)的行為和思考過程，旨在實(shí)現(xiàn)少人值守甚至無人值守，提高監(jiān)盤的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。傳統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)盤的工作方式：人的經(jīng)驗(yàn)—人工翻閱畫面和抄表—分析—事故處理；智慧監(jiān)盤的工作方式：歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練形成經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｐ妥詣?dòng)不間斷掃描和計(jì)算—提前鎖定區(qū)域，計(jì)算嚴(yán)重程度—通知運(yùn)行人員—事前主動(dòng)處理，計(jì)算機(jī)智能跟蹤，保證全程可控。

1.3 智慧操盤

在智慧監(jiān)盤的基礎(chǔ)上建立一套智慧操盤系統(tǒng)，自主持續(xù)學(xué)習(xí)運(yùn)行人員的日常操作，在積累一定經(jīng)驗(yàn)后可對運(yùn)行人員操作做出正確性評估，提出操作建議，可對錯(cuò)誤操作做出報(bào)警，規(guī)避人為誤操作。智慧操盤包含以下主要功能：

1.3.1 APS 機(jī)組自啟?？刂?/p>

APS 根據(jù)機(jī)組啟、停的工藝流程和特性的基本原理，應(yīng)用智能監(jiān)測和控制技術(shù)，通過設(shè)備順控和連鎖、設(shè)備故障預(yù)置處理、全程控制等技術(shù)手段，優(yōu)化機(jī)組自啟停過程，實(shí)現(xiàn)智能、快速、節(jié)能的機(jī)組級智能自啟停控制。APS 的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)組從全停工況到額定負(fù)荷的啟動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)從帶負(fù)荷到機(jī)組完全停止[1]。APS 在機(jī)組的控制系統(tǒng)中處于上層位置。在機(jī)組的啟動(dòng)和停止過程中，根據(jù)APS 內(nèi)部順序和邏輯判斷或計(jì)算，向MCS、DEH、SCS、TCS等各控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)命令，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的啟?？刂?。APS 作為基于MCS、SCS、DEH、ECS、TCS 之上的機(jī)組級指揮管理、調(diào)度系統(tǒng)，能可靠地實(shí)現(xiàn)APS 與這些底層系統(tǒng)的無縫連接，保證APS的順利執(zhí)行。

1.3.2 機(jī)組啟停實(shí)時(shí)監(jiān)督、評價(jià)與優(yōu)化指導(dǎo)

APS 不具備分析評價(jià)功能也不優(yōu)化啟停過程，目前電廠缺乏機(jī)組啟停過程的實(shí)時(shí)監(jiān)督、分析和評價(jià)指導(dǎo)工具。對于電廠運(yùn)行人員，在機(jī)組啟停操作時(shí)由于操作票內(nèi)容和步驟特別多，在監(jiān)視各種系統(tǒng)畫面設(shè)備參數(shù)的同時(shí)很難兼顧各種主、輔機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，各閥門的開關(guān)時(shí)間，有時(shí)候還會(huì)由于各種人為因素出現(xiàn)部分操作遺漏或誤操作，導(dǎo)致發(fā)生人為啟停故障。建設(shè)內(nèi)容主要包括：

啟停實(shí)時(shí)監(jiān)督：在實(shí)際啟停操作過程中需要一個(gè)動(dòng)態(tài)的啟停過程網(wǎng)絡(luò)圖，以便讓運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在整套啟停過程中所處的位置和后續(xù)重要節(jié)點(diǎn)。建立標(biāo)準(zhǔn)啟停模型，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的時(shí)間和物料消耗，提示節(jié)點(diǎn)重點(diǎn)關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容。實(shí)時(shí)掌握當(dāng)前所處的節(jié)點(diǎn)位置及后續(xù)的啟停節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)啟停過程的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)時(shí)進(jìn)行啟停步驟的指導(dǎo)，避免人為原因?qū)е虏糠植僮鞑襟E遺漏、延誤或操作不到位的情況。

啟停過程實(shí)時(shí)分析和優(yōu)化指導(dǎo)：通過歷次啟停數(shù)據(jù)的挖掘分析、找出最佳的啟停機(jī)過程。實(shí)際啟停時(shí)重復(fù)啟停過程的最佳實(shí)踐；建立啟停知識庫，并且將知識庫與實(shí)時(shí)的啟停過程結(jié)合起來，輔助指導(dǎo)機(jī)組啟停過程中的主、輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方式優(yōu)化，是一個(gè)提高啟停經(jīng)濟(jì)性和安全性的有效途徑；啟停后自動(dòng)評估并出具報(bào)告：目前的啟停過程總結(jié)評價(jià)完全靠個(gè)人的主觀能動(dòng)性，比較隨意和零散。寫評價(jià)報(bào)告需要花費(fèi)大量時(shí)間查詢和分析數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng)在啟停過程中進(jìn)行自動(dòng)的完整記錄，便于在啟停結(jié)束后進(jìn)行評估總結(jié)；逐步豐富啟停知識庫，并在下次啟停過程中參與優(yōu)化指導(dǎo)。這樣就可形成一種自動(dòng)評估和積累的機(jī)制，不斷推動(dòng)啟停水平的提高。

1.3.3 智能運(yùn)行調(diào)控

在電廠機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)中的參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，啟動(dòng)調(diào)控程序，程序會(huì)從穩(wěn)定模式庫中搜索調(diào)控目標(biāo)，返回距離當(dāng)前狀態(tài)最近的點(diǎn)作為待選工況。比較當(dāng)前狀態(tài)與待選工況的差異，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前狀態(tài)調(diào)至待選目標(biāo)時(shí)需要調(diào)控的參數(shù)、需要調(diào)控的幅度以及調(diào)控參數(shù)個(gè)數(shù)，按照設(shè)定的調(diào)節(jié)幅度進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，直到參數(shù)達(dá)到目標(biāo)值。在調(diào)控過程中會(huì)監(jiān)測穩(wěn)定指標(biāo)的變化走勢，如指標(biāo)沒有回歸正?？呻S時(shí)切斷調(diào)控進(jìn)程，進(jìn)入人工調(diào)控環(huán)節(jié)[1]。

1.3.4 機(jī)組自動(dòng)定期試驗(yàn)

在機(jī)組DCS 系統(tǒng)自主開發(fā)機(jī)組定期試驗(yàn)功能模塊，優(yōu)化控制邏輯，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定規(guī)則自動(dòng)開展真空嚴(yán)密性、閥門活動(dòng)、發(fā)電機(jī)漏氫等定期試驗(yàn)，自動(dòng)計(jì)算分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)存檔。如：利用機(jī)組停機(jī)時(shí)間，定期自動(dòng)對主要輔機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)并記錄啟動(dòng)時(shí)的電流、油壓等參數(shù)，并與以往實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析；在停機(jī)期間可選擇發(fā)電機(jī)漏氫試驗(yàn)，并自動(dòng)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)；在機(jī)組長周期運(yùn)行期間可定期自動(dòng)進(jìn)行汽機(jī)主汽門活動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)時(shí)間；在機(jī)組大修后或長周期運(yùn)行后，機(jī)組啟機(jī)過程中可選擇主汽門嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。1.3.5 輔機(jī)自動(dòng)定期切換

在DCS 系統(tǒng)自主開發(fā)機(jī)組輔機(jī)定期自動(dòng)切換功能模塊，利用現(xiàn)場智能攝像頭、巡檢機(jī)器人等視頻及音頻信號與系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊，完成機(jī)組運(yùn)行期間定期工作的無人干預(yù)，自動(dòng)執(zhí)行。如：統(tǒng)計(jì)各臺低壓輔機(jī)運(yùn)行時(shí)間（包括主機(jī)潤滑油泵、EH 油泵、排煙風(fēng)機(jī)、密封油泵、頂軸油泵、罩殼冷卻風(fēng)機(jī)、FG單元冷卻風(fēng)機(jī)等設(shè)備）；根據(jù)設(shè)備狀態(tài)預(yù)警信息和設(shè)備運(yùn)行時(shí)間提示運(yùn)行人員進(jìn)行切換操作，并定期提示運(yùn)行人員對備用設(shè)備進(jìn)行絕緣檢測；對于長周期運(yùn)行機(jī)組，各臺輔機(jī)執(zhí)行定期切換操作。

1.3.6 故障自恢復(fù)

針對主要大型輔機(jī)設(shè)備（如高壓給水泵、循環(huán)水泵、中壓給水泵、閉式水泵等）設(shè)計(jì)并退泵順控，當(dāng)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障需要進(jìn)行設(shè)備切換時(shí)，可立即啟動(dòng)順控完成設(shè)備的無擾切換，不影響機(jī)組正常運(yùn)行，并在切換完成后進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的比對，確認(rèn)備用設(shè)備是否正常。對系統(tǒng)智能判斷出的異常，經(jīng)過充分驗(yàn)證準(zhǔn)確無誤后，在運(yùn)行操作中自動(dòng)做出相應(yīng)動(dòng)作，提前規(guī)避故障的發(fā)生；或自動(dòng)填缺陷單發(fā)給維護(hù)檢修人員處理。對生產(chǎn)流程中的設(shè)備進(jìn)行劣化度評估，對冗余設(shè)備動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)條件判斷并執(zhí)行自動(dòng)輪換。

1.4 智慧巡檢

通過智能巡檢機(jī)器人、定點(diǎn)式監(jiān)控裝置等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的智能巡檢、點(diǎn)檢工作，代替人員進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的巡檢和測量作業(yè)，借助機(jī)器人硬件平臺、先進(jìn)傳感器、人工智能算法和后臺的軟件分析診斷系統(tǒng)，通過全天候、全方位、全自主智能巡檢和監(jiān)測。智能識別設(shè)備汽水油泄漏、溫度異常升高、異常振動(dòng)、噪聲等，數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)盤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視及預(yù)警。機(jī)器人采用性能可靠的傳感器、預(yù)先設(shè)置的程序和算法，對就地設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密的實(shí)時(shí)分析和邏輯診斷報(bào)警。智慧巡檢可提高巡檢頻次和測量質(zhì)量，避免因人為因素所導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，有效降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高巡檢和測量作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平。

1.5 深度控制優(yōu)化

運(yùn)行方式的優(yōu)化對節(jié)能提效有較明顯作用，公司承擔(dān)著當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的調(diào)峰重任，利用大數(shù)據(jù)人工智能等技術(shù)對工藝流程各個(gè)環(huán)節(jié)控制進(jìn)行深度優(yōu)化，讓系統(tǒng)運(yùn)行在歷史最優(yōu)點(diǎn)，有效降低能耗和排放，通過機(jī)組的啟停方式優(yōu)化、輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化、壓氣機(jī)水洗及其過程的優(yōu)化、供熱方式優(yōu)化、壓縮空氣供應(yīng)方式優(yōu)化、燃機(jī)清吹程序優(yōu)化等一系列運(yùn)行優(yōu)化措施能有效降低能耗水平。結(jié)合公司實(shí)際應(yīng)用情況，本廠深度控制優(yōu)化包含廠級AGC負(fù)荷優(yōu)化、脫硝控制優(yōu)化。

廠級AGC 負(fù)荷優(yōu)化。根據(jù)機(jī)組容量、運(yùn)行情況、機(jī)組狀態(tài)，以及機(jī)組邊際貢獻(xiàn)等，統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)發(fā)電評價(jià)指標(biāo)和綜合評價(jià)結(jié)果，確定各個(gè)機(jī)組發(fā)電的優(yōu)先級并支持排序展示。根據(jù)電量情況、當(dāng)前各個(gè)機(jī)組實(shí)時(shí)負(fù)荷以及目標(biāo)值，選擇需要優(yōu)化的機(jī)組，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行方式和機(jī)組特性計(jì)算負(fù)荷變動(dòng)情況下的利潤最大時(shí)的機(jī)組負(fù)荷分配情況。

脫硝控制優(yōu)化。兼顧當(dāng)下并著眼未來，提出新的寬負(fù)荷脫硝優(yōu)化控制策略，不僅能應(yīng)對當(dāng)前深度調(diào)峰下NOx 排放控制需求，且在高負(fù)荷段及穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)出口NOx 壓線控制運(yùn)行，使其節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益最大化。實(shí)現(xiàn)SCR 系統(tǒng)始終投入自動(dòng)控制，無需運(yùn)行人員過多的進(jìn)行干預(yù)，減輕運(yùn)行人員的監(jiān)盤壓力和勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.6 智慧運(yùn)行管理

將交接班管理、定期工作、運(yùn)行臺帳、缺陷管理、績效考核等每一項(xiàng)工作按既定工作流程節(jié)點(diǎn)有序進(jìn)行，且必須逐步完成，無法跳過限制的節(jié)點(diǎn)，規(guī)范生產(chǎn)過程，同時(shí)將巡檢數(shù)據(jù)與DCS、SIS 既有數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，讓過程數(shù)據(jù)有效流轉(zhuǎn)且可通過異常對比，找出管理短板及知識盲點(diǎn)，進(jìn)行提高改善。

2 無人值守能力體系應(yīng)用的效果

智能燃?xì)怆娬具\(yùn)行無人值守。構(gòu)建機(jī)組自分析、自診斷、自管理、自趨優(yōu)、自恢復(fù)、自學(xué)習(xí)、自提升的能力體系，達(dá)到運(yùn)行無人值守目的，具有引領(lǐng)示范意義，為推進(jìn)全國燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供經(jīng)驗(yàn)和范例。實(shí)施成果對推動(dòng)行業(yè)發(fā)展，提升企業(yè)在行業(yè)中的影響力具有重要意義。

社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益顯著。提升監(jiān)盤工作效率和質(zhì)量，增強(qiáng)對故障的提前預(yù)警、識別、診斷和處置能力，可有效降低機(jī)組非停或停運(yùn)檢修頻次。實(shí)現(xiàn)廠級AGC等控制優(yōu)化，在保證電網(wǎng)穩(wěn)定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了全廠機(jī)組負(fù)荷的優(yōu)化分配，可使機(jī)組運(yùn)行在歷史最優(yōu)工況附近，機(jī)組總體效能得以提升，節(jié)省天然氣、電、氨水等資源消耗，合理減少噴氨量，降低氨逃逸率。實(shí)現(xiàn)機(jī)組多維指標(biāo)智慧監(jiān)盤、簡潔高效的智慧報(bào)警、系統(tǒng)及設(shè)備異常的標(biāo)準(zhǔn)化識別與處理指導(dǎo)，有助于提高發(fā)電企業(yè)現(xiàn)代化運(yùn)行管理水平，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力的目標(biāo)，是能源產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力。

規(guī)范管理推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。促進(jìn)公司實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化、應(yīng)用場景化、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)全方位、立體化、一體化的智慧生產(chǎn)。當(dāng)前，電力行業(yè)面臨人員年輕化、經(jīng)驗(yàn)流失和傳承不足的問題，新員工的培養(yǎng)需要一定周期。通過數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)、知識圖譜技術(shù)，在提高運(yùn)行人員預(yù)知預(yù)判能力的同時(shí)，通過軟件平臺把優(yōu)秀的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累傳承下來，不僅為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值，更是增強(qiáng)企業(yè)的知識管理、知識提煉和知識應(yīng)用能力，同時(shí)也為后續(xù)更高階的智慧生產(chǎn)積累信息、沉淀知識和經(jīng)驗(yàn)。