1 項目背景

隨著(zhù)我國經(jīng)濟結構調整和轉型升級深入推進(jìn)，以及電力體制改革大力實(shí)施，智慧電廠(chǎng)已經(jīng)成為電廠(chǎng)發(fā)展新趨勢，在節能、降耗、減排等政策驅動(dòng)下，智慧電廠(chǎng)項目綜合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數據資源、推進(jìn)智慧運行管理、智慧檢修安全、智慧新能源發(fā)電等舉措，能有效提升電廠(chǎng)核心競爭力，推動(dòng)電廠(chǎng)持續發(fā)展。

新疆準東五彩灣北三電廠(chǎng) 1 號 2 號機組工程（2×660MW），是第二條疆電外送線(xiàn)路“準東-皖南±1100KV”特高壓直流輸電工程配套電源項目，是綜合開(kāi)發(fā)準東煤炭資源，推動(dòng)新疆能源、經(jīng)濟環(huán)境和諧發(fā)展的綠色工程。電廠(chǎng)項目建設規模為 2 臺 660 兆瓦高效超超臨界燃煤間接空冷發(fā)電機組，三大主機由哈爾濱電氣集團提供，DCS 采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化的 HOLLiAS-MACS 系統。進(jìn)入“十三五”建設期間，國家及相關(guān)部委對于能源的智慧化建設提出了新的要求“加快推進(jìn)能源全領(lǐng)域、全環(huán)節智慧化發(fā)展，提高可持續自適應能力”，目前國內火電企業(yè)都在研究和探索智慧電廠(chǎng)的實(shí)施建設。五彩灣北三電廠(chǎng)全流程智慧協(xié)同中心建設立足當前行業(yè)智慧能源發(fā)展現狀，利用基建期的有利條件，充分發(fā)揮自身發(fā)展優(yōu)勢，努力打造智慧煤電的新標桿，建設內容涵蓋 “智能發(fā)電平臺、智慧管理服務(wù)平臺、智能設施應用、信息主動(dòng)安全防御”四大功能模塊。

2項目目標與原則

（1）低碳環(huán)保、技術(shù)領(lǐng)先、世界一流的智能電站；

（2）智慧運行、少人值守、多機一控的自動(dòng)化電站；

（3）生態(tài)文明、能耗先進(jìn)、動(dòng)力持久的不間斷電源。

3 項目實(shí)施與應用

3.1項目規劃

（1）模塊功能架構

（2）模塊分區布置

3.2實(shí)施與應用的詳細情況

新疆準東五彩灣北三電廠(chǎng) 1 號 2 號機組工程（2x660MW）智慧電廠(chǎng)項目于2020年8月簽約，2021年6月完成基礎建設，2022年12月進(jìn)行各模塊調試并完成上線(xiàn)試運行，2023年11月完成項目全部分項驗收工作，主要建設內容說(shuō)明如下

3.2.1智慧管理服務(wù)平臺（ISS）

（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化管控平臺

改變傳統數據中心信息條塊分割，將IT和OT融合到一個(gè)統一數據庫，具備自動(dòng)化和信息化結合的分析決策功能。原有數據繼承,避免重復錄入現有業(yè)務(wù)歷史數據治理，人、財、物全方位數據集成，數據擴展利用,實(shí)現個(gè)性化需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺抽取電廠(chǎng)管理系統數據，結合云計算、大數據等新一代技術(shù)智能化平臺，基于大量數據建立有效的信息模型，為用戶(hù)提供自主創(chuàng )新開(kāi)發(fā)手段，實(shí)現按需部署的分析和應用。  

（2）智慧管理應用

智慧黨建：應用黨建智能終端設備和軟件系統，將更多的新技術(shù)融入到黨群服務(wù)中心日常的教育、宣傳、展示與業(yè)務(wù)辦理工作中去，豐富黨群活動(dòng)中心的服務(wù)內容，提高黨群活動(dòng)中心的利用率。

智慧決策支持：定位于滿(mǎn)足高級生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理人員以經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jì)考核指標為核心，構建含蓋：安全、節能、環(huán)保、可靠性、科技、計劃、經(jīng)營(yíng)、財務(wù)、燃料、物資等全口徑指標對標分析體系；通過(guò)引入計劃值、考核值、同期值、環(huán)比值、歷史最優(yōu)值、同型先進(jìn)值等多種對標標桿，讓數據開(kāi)口說(shuō)話(huà)，為公司決策提供觸手可及的數據支撐。

智慧運營(yíng)：建設覆蓋電廠(chǎng)安全、運行、設備、應急、經(jīng)營(yíng)、營(yíng)銷(xiāo)、燃料、物資、風(fēng)險、行政管理等業(yè)務(wù)的管理體系，實(shí)現對全廠(chǎng)設備資產(chǎn)數字化、可視化、智能化的監控與管理，以及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)各環(huán)節的智能預測、智能分析、智能診斷及智能決策。智能生產(chǎn)應用以數據為核心資產(chǎn)，以積累有效數據的重要支撐，在管理層面消除電廠(chǎng)信息孤島，實(shí)現業(yè)務(wù)和信息、數據高度統一，使企業(yè)內部協(xié)同達到高水平，最大程度夯實(shí)管理，發(fā)揮管理價(jià)值和效益。

智能點(diǎn)巡檢：將“巡檢、點(diǎn)檢、精密點(diǎn)檢、機器人、防磨防爆”集成并與設備的優(yōu)化檢修進(jìn)行有機融合，建立可視化的優(yōu)化檢修一體化智能管控系統。實(shí)現以點(diǎn)檢人員為責任主體的全員設備狀態(tài)監測和預知檢修，以巡、點(diǎn)檢數據為支撐，實(shí)現設備巡、點(diǎn)檢的多級預警與報警，使設備在可靠性、維護性、經(jīng)濟性上達到精細化管理。

精密點(diǎn)檢及遠程診斷：深度分析設備運行狀態(tài)，了解設備目前運行過(guò)程中存在的問(wèn)題，降低設備維護成本，具體包含旋轉機械故障診斷、電流診斷、紅外診斷、油液診斷。精密點(diǎn)檢并非孤立的存在，如在點(diǎn)檢執行過(guò)程中直接了解設備實(shí)時(shí)信息、歷史缺陷信息、歷史處理措施、設備故障預警等。同時(shí)借助專(zhuān)業(yè)的業(yè)務(wù)能力，將設備管理系統、實(shí)時(shí)監視、運行管理、診斷等實(shí)現與精密點(diǎn)檢的高度融合，達到管控一體化目的。

智能機器人：使用一套既能對電廠(chǎng)設備自動(dòng)進(jìn)行數據采集，又能對數據進(jìn)行全面綜合分析和比較的智能化巡、點(diǎn)檢機器人系統，使用機器人+視頻圖像結構化技術(shù)，實(shí)現關(guān)鍵區域巡檢及故障預警，對設備表盤(pán)和狀態(tài)燈等設備讀取，發(fā)生異常自動(dòng)報警，當設備發(fā)生變化，如漏水、漏油、溫度異常、設備附件變化等自動(dòng)識別完成電氣智能巡檢系統（含配電室）、升壓站、輸煤、化水、脫硫系統區域智能巡點(diǎn)檢，實(shí)現減員增效。

鍋爐防磨防爆：建立鍋爐“四管”設備的三維數字矢量模型，與實(shí)際設備的空間形態(tài)與結構進(jìn)行對應；針對鍋爐不同位置的管道和檢修過(guò)程中檢修規則，對鍋爐進(jìn)行合理的區域劃分，并進(jìn)行編碼；錄入檢修數據，形成設備動(dòng)態(tài)臺賬，指導鍋爐防磨防爆檢修工作。

DCS遠程診斷：對邊緣采集數據挖掘，利用遠程DCS知識庫和專(zhuān)家資源對控制系統精準診斷，產(chǎn)品遠程維護及升級、專(zhuān)家型人才復用，降低維護成本；定期評估生產(chǎn)人員操作規范性，通過(guò)系統全面的系統全面實(shí)時(shí)診斷和專(zhuān)家經(jīng)驗系統的結合，建立綜合評價(jià)機制，進(jìn)一步提高DCS系統運行的安全性、可靠性。

智能安防一體化：將北三電廠(chǎng)已建成智慧門(mén)禁、AI視頻、電子周界防護、環(huán)境監控等安防實(shí)況進(jìn)行集成，實(shí)現系統間“一點(diǎn)觸發(fā)、全面聯(lián)動(dòng)”，形成預防、監控、應急和決策支持為一體的全面安防體系，為物聯(lián)網(wǎng)、智能產(chǎn)品與智慧電廠(chǎng)深度融合提供研發(fā)、集成測試與應用示范的一站式服務(wù)。   

3.2.1智能發(fā)電運行控制系統（ICS）

以分散控制系統（DCS）為核心，擴展智能優(yōu)化算法庫、高級值班員工作站、開(kāi)放應用服務(wù)器等資源，實(shí)現發(fā)電過(guò)程的智能檢測、智能控制與智能運行監控，為火電廠(chǎng)控制優(yōu)化與運行優(yōu)化、狀態(tài)監測及診斷預警提供可靠的軟硬件平臺。在智能發(fā)電控制系統上，過(guò)去SIS中的性能計算、耗差分析、故障預警等功能可以下移至系統中，同時(shí)系統預留運行第三方高級應用的開(kāi)放環(huán)境，具備吸收各種優(yōu)秀資源能力，實(shí)現機組在線(xiàn)深度優(yōu)化、智能運行監控等智能化的應用。

（1）軟測量：煤質(zhì)的變化對于鍋爐運行參數有著(zhù)很廣泛的影響，軟測量通過(guò)實(shí)時(shí)采集機組運行參數，建立電站鍋爐入爐煤質(zhì)在線(xiàn)監測模型，根據磨煤機的能量平衡和質(zhì)量平衡，進(jìn)行煤質(zhì)的在線(xiàn)軟測量，快速準確測定入爐煤質(zhì)。

（2）性能計算與耗差分析：通過(guò)采集 DCS數據對單個(gè)設備或子系統進(jìn)行效率計算，進(jìn)而計算機組整體效率、煤耗、廠(chǎng)用電等參數，計算的結果實(shí)時(shí)顯示并在歷史數據庫中保存。耗差分析采用能量平衡和汽輪機變工況計算方法，分析計算機組運行中的關(guān)鍵參數偏離基準值時(shí)產(chǎn)生的煤耗之差，分析結果實(shí)時(shí)在線(xiàn)推送給運行人員，支持與指導運行人員進(jìn)行優(yōu)化操作，調整機組運行方式，提升機組運行效率。

（3）機組性能尋優(yōu)與輔助運行：通過(guò)創(chuàng )建基于綜合最優(yōu)工況判別技術(shù)下的動(dòng)態(tài)標桿值數據庫體系，實(shí)現運行動(dòng)態(tài)過(guò)程的綜合最優(yōu)工況尋優(yōu)。系統以運行穩定性和經(jīng)濟性作為尋優(yōu)判據，對當前工況實(shí)時(shí)分析，當發(fā)現比現有標桿庫更好的標桿值時(shí)，會(huì )及時(shí)提示。修改后的標桿值可以用戶(hù)閉環(huán)控制。系統還可以實(shí)時(shí)計算運行人員可控因子操作耗差得分，運用動(dòng)態(tài)標桿值數據庫的運行操作量化評價(jià)技術(shù)，量化運行操作效果，并直接關(guān)聯(lián)個(gè)人績(jì)效管理系統，進(jìn)而實(shí)現對運行操作的指導與科學(xué)評價(jià)。

（4）柔性協(xié)調及深度調峰：通過(guò)柔性因子計算邏輯、制粉風(fēng)煙控制系統深調參數拓展邏輯。實(shí)現機組35%～50%深調負荷范圍內， AGC速率不低于2%Pe/min，主汽壓力偏差不超過(guò)±0.6MPa，中間點(diǎn)溫度偏差不超過(guò)±6℃。

（5）燃燒優(yōu)化調整：燃燒調整試驗和燃燒系統建模優(yōu)化控制相結合，配煤摻燒和燃燒優(yōu)化緊密結合，合理調控磨煤機投運組合及機組配煤方案，根據煤質(zhì)變化在線(xiàn)調控煤粉細度、一、二次風(fēng)配風(fēng)方式等，實(shí)現風(fēng)煤比精細控制，達到爐內溫度場(chǎng)、動(dòng)力場(chǎng)和煙氣分布的均勻；系統還通過(guò)歷史數據自學(xué)習，實(shí)現優(yōu)化模型的不斷更新，適應外部運行條件和設備磨損變化，進(jìn)一步提升機組燃燒效率并兼顧環(huán)保排放。

（6）噴氨優(yōu)化：以控制NOx達標排放為目標，采用區域化測量系統，實(shí)時(shí)優(yōu)化SCR的噴氨量，真正實(shí)現NOx與氨的等摩爾比噴射，杜絕為達到國家環(huán)保排放標準而造成的“氨”過(guò)噴，大大降低空預器堵塞風(fēng)險。

（7）智能報警：利用智能發(fā)電控制系統高性能服務(wù)器的信息處理能力，采用人工智能技術(shù)，通過(guò)推理機制和故障知識庫，建立報警因果關(guān)系模型，實(shí)現報警過(guò)濾、溯源、診斷、預測等功能，幫助運行人員快速處理各類(lèi)異常，實(shí)現人機協(xié)同，智能監盤(pán)。

（8）智能吹灰：以傳熱效率、蒸汽消耗、管壁磨損綜合最優(yōu)為目標，以煙氣溫度差、汽溫偏差、減溫水開(kāi)度等作為邊界條件，建立鍋爐受熱面污染監測模型，通過(guò)安全性、經(jīng)濟性分析評估，判斷當前工況下鍋爐各受熱面的吹灰方案，自動(dòng)啟動(dòng)相應的吹灰程控系統。

（9）空冷溫度場(chǎng)監控：通過(guò)采集機組實(shí)時(shí)運行數據，并結合空冷島溫度場(chǎng)測量數據，對汽輪機冷端系統最佳真空設定值、空冷凝汽器單元風(fēng)機轉速指令進(jìn)行優(yōu)化分配，保證空冷島在最佳背壓運行基礎上，實(shí)現空冷島各翅片管束的換熱均衡，提升機組冬季防凍能力和經(jīng)濟運行能力。

3.2.3信息主動(dòng)安全防御系統

為滿(mǎn)足GB/T22239-2019等級保護基本要求中三級系統要求和國能安全36號文要求，遵從“一個(gè)中心三重防護”，為新疆準東五彩灣北三電廠(chǎng)ICS+ISS系統的網(wǎng)絡(luò )安全防護進(jìn)行設計，從邊界隔離及訪(fǎng)問(wèn)控制、防病毒和惡意代碼防范、主機加固、入侵檢測、綜合審計、外設管控、網(wǎng)絡(luò )安全集中監控以及業(yè)務(wù)系統和安全系統的雙因素認證和身份鑒別等方面進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)部署終端安全可信防護系統、綜合審計系統、工業(yè)入侵檢測、邊界防護產(chǎn)品、數據備份恢復系統及網(wǎng)絡(luò )安全集中管理和監控平臺等，實(shí)現對系統中存在的病毒危害、非法操作、異常事件和外部攻擊等威脅的有效防護，并對網(wǎng)絡(luò )內的安全設備、網(wǎng)絡(luò )設備及終端的安全策略進(jìn)行集中配置管理和安全事件集中監視處置，為電廠(chǎng)ICS和ISS系統構建在安全管理中心支持下的安全計算環(huán)境、安全區域邊界、安全通信網(wǎng)絡(luò )三重防御體系，保障電廠(chǎng)業(yè)務(wù)的安全穩定運行。

3.3項目創(chuàng )新性

（1）構建人機協(xié)同，能效閉環(huán)的智能發(fā)電控制平臺：采用與常規DCS一體化的智能DCS，集成到原DCS畫(huà)面中，消除“黑匣子”，實(shí)現維護透明化和持續擴展優(yōu)化能力。智能控制環(huán)境、智能計算環(huán)境、數據分析環(huán)境和開(kāi)放的應用開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現智能檢測、智能控制、智能運行、智能監控等功能；系統安全性更高，功能更強大，橫向擴充，擁有更強大的計算、存儲能力；支持集成各種形式的第三方算法，對算法和應用支持多種診斷和冗余，同時(shí)可以對第三方算法應用能進(jìn)行有效網(wǎng)絡(luò )抑制，不會(huì )對DCS系統網(wǎng)絡(luò )負荷率造成影響。人工智能、大數據尋優(yōu)、模糊預測等先進(jìn)算法實(shí)現對機組運行狀態(tài)的整體評估，通過(guò)人機正向知識交互，運行人員的經(jīng)驗和機器智能不斷迭代增強，實(shí)現人機協(xié)同監盤(pán)。通過(guò)能耗實(shí)時(shí)計算，經(jīng)過(guò)多目標尋優(yōu)等智能控制算法及策略，對機組進(jìn)行高品質(zhì)控制，保持全局的最優(yōu)狀態(tài)，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的能效大閉環(huán)。

（2）依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺搭建智慧管控服務(wù)平臺，實(shí)現全流程協(xié)同辦公;平臺改變傳統數據中心信息條塊分割，消除信息孤島，實(shí)現數據的標準化、統一化、一體化，管理數據資產(chǎn)，實(shí)現資產(chǎn)數字化移交，內部信息共享與集成，數據統計分析；通過(guò)挖掘電廠(chǎng)各系統相對獨立的信息系統的結構、非結構化數據，并結合云計算、大數據、3D引擎等新一代技術(shù)，建立有效的信息可視化模型，為用戶(hù)提供自主創(chuàng )新開(kāi)發(fā)手段和按需部署應用的環(huán)境，具備自動(dòng)化和信息化結合的分析決策功能，為管理決策提供有力保障，真正實(shí)現IT和OT融合。

（3）智能機器人+視頻圖像識別技術(shù)發(fā)展，變革生產(chǎn)現場(chǎng)巡檢工作模式;使用機器人+視頻圖像結構化技術(shù)，實(shí)現關(guān)鍵區域巡檢及故障預警，智能機器人對關(guān)鍵區域巡檢（輸煤、制粉、變壓器、GIS室、汽機、化水車(chē)間、脫硫等），對設備狀態(tài)識別，對設備表盤(pán)和狀態(tài)燈等設備讀取，發(fā)生異常自動(dòng)報警，當設備發(fā)生變化，如漏水、漏油、溫度異常、設備附件變化等自動(dòng)識別。

（4）通過(guò)創(chuàng )建基于綜合最優(yōu)工況判別技術(shù)下的動(dòng)態(tài)標桿值數據庫體系，實(shí)現運行動(dòng)態(tài)過(guò)程的綜合最優(yōu)工況尋優(yōu)。利用可控因子耗差分析技術(shù)實(shí)現運行操作量化評價(jià)，對運行操作指導與科學(xué)評價(jià)。通過(guò)對DCS系統參數的實(shí)時(shí)分析，輔助運行人員定時(shí)巡盤(pán)，監視設備運行可靠性和系統運行的經(jīng)濟性。

（5）基于大數據的管理駕駛艙，實(shí)現一站式輔助決策；智慧管控平臺通過(guò)對數據進(jìn)行抽取、清洗、聚類(lèi)、挖掘、預測等處理來(lái)產(chǎn)生可透析的展示數據，從時(shí)間、縱向和橫向等維度進(jìn)行分析，以總結歷史經(jīng)驗、預測未來(lái)發(fā)展趨勢，為管理決策提供支撐，使決策分析成為各級決策者獲取數據、知識的平臺，為各級決策者在經(jīng)營(yíng)、采購、設備選型、運維效率和績(jì)效評價(jià)等方面提供輔助決策支持。建立全局指標體系，對生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)指標數據進(jìn)行分析、跟蹤、監控。通過(guò)各種常見(jiàn)的圖表形象表示企業(yè)運行的關(guān)鍵指標，直觀(guān)監測企業(yè)運營(yíng)情況，并可以對異常關(guān)鍵指標預警和進(jìn)一步分析，使管理層人員能及時(shí)、準確地把握企業(yè)的運行狀態(tài)，為管理層決策提供數據支持。

（6）全方位的信息主動(dòng)安全防御體系；遵循“網(wǎng)絡(luò )分區、安全專(zhuān)用，橫向隔離、縱向認證”的總體方針，融合工業(yè)控制特點(diǎn)，采用管理與技術(shù)相結合，建立覆蓋管理層、監控層、控制層與部件層，結合功能安全、信息安全、操作安全，實(shí)現貫穿設計、運行、服務(wù)等全生命周期的信息安全主動(dòng)防御體系，保障工業(yè)控制系統安全性、可用性、可靠性與穩定性。

（7）以物聯(lián)網(wǎng)+人工智能識別技術(shù)為核心，實(shí)現安全風(fēng)險主動(dòng)預控；在電廠(chǎng)范圍內建立廠(chǎng)區視頻、身份識別、門(mén)禁控制、電子圍欄、人員定位、人臉識別等功能，以可靠、適用、開(kāi)放、擴展為原則，和三維可視化技術(shù)相結合，構建三維智能安防平臺，實(shí)現電廠(chǎng)全面安全管控，保障運行、檢修、作業(yè)的安全性，避免安全事故發(fā)生。

（8）基于深度學(xué)習的技術(shù)，實(shí)現設備早期預警與診斷；整合全廠(chǎng)智能診斷中心，對主機及主要輔機采用可視化的狀態(tài)監測及故障預警診斷系統，基于多變量狀態(tài)空間故障診斷技術(shù)，根據設備機理及內在多參數的內在關(guān)聯(lián)性，實(shí)現多變量狀態(tài)空間上的設備運行狀態(tài)自學(xué)習。通過(guò)對設備運行參數預測值和實(shí)際值的殘差分析，清晰發(fā)現設備性能的劣化趨勢，提前進(jìn)行調整或者安排維修處理。高級智能模塊所有應用成果都將推送到分析診斷展示中心及各應用終端運行。

4  效益分析

（1）全國同類(lèi)型機組廠(chǎng)用電率最低

采用1臺100%容量的汽動(dòng)給水泵、1臺100% 容量的汽動(dòng)引風(fēng)機方案,結合智慧電廠(chǎng)燃燒調整方案較常規方案，廠(chǎng)用電率降低至3.94%，全年雙機運行可節約標煤 16620 噸，實(shí)現增收472.38 萬(wàn)元。

（2）全國同類(lèi)型機組應用機器人巡檢覆蓋面最廣

采用機器人自動(dòng)巡檢，覆蓋運行正常巡檢區域60% 以上，100% 覆蓋環(huán)境惡劣、危險性高、巡檢頻繁區域，切實(shí)發(fā)揮巡檢機器人熱成像測溫、有害氣體及粉塵檢測等功能，提前檢測預警有毒有害氣體，煤粉自燃等重大事故,極大提高現場(chǎng)運行安全性。

（3）全國同類(lèi)型機組運行水耗最低

輔機冷卻水采用干濕聯(lián)合輔機冷卻塔的再循環(huán)供水系統，機組運行耗水 0.064m /s·GW，全年可節約水量15.4萬(wàn)m，節省水費123.2萬(wàn)元;全年可節約電耗602.25萬(wàn)kWh,節省電費155.38 萬(wàn)元。

（4）全國同類(lèi)型機組污染物排放濃度最低

污染物排放指標為煙塵0.9mg/m,二氧化硫10.9mg/Nm，氮氧化物27mg/Mm(燃汽機排放指標為煙塵5mg/N，二氧化硫35mg/Nm;氮氧化物50mg/Nm’)，優(yōu)于超凈排放指標,對推進(jìn)火電機組節能減排具有示范性意義。

通過(guò)管控一體的智能化建設，基本實(shí)現管理決策信息化，人員經(jīng)驗的程序化，設備運行的智能化， 經(jīng)濟效益的最大化，并已形成5項發(fā)明專(zhuān)利、4項實(shí)用新型專(zhuān)利、發(fā)表7篇科技核心論文。