電力是一種相當靈活、實(shí)用的能源，是現代人類(lèi)生活和工作的必需品。電力在已取得相當廣泛應用的情況下，仍在快速擴展其使用場(chǎng)所。由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節組成的電力工業(yè)，是其它眾多國民經(jīng)濟、社會(huì )產(chǎn)業(yè)或行業(yè)的先導，是現代社會(huì )不可缺少的基礎設施。因此電力工業(yè)的增長(cháng)或發(fā)展已成為衡量一個(gè)國家現代化和工業(yè)化發(fā)展程度的重要指標之一。

為了準確把握“十三五”電力及其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，本文首先簡(jiǎn)要分析了電力工業(yè)的發(fā)展基礎及所面臨挑戰，接著(zhù)分析了電力發(fā)展重點(diǎn)，預測了自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢。最后闡明了數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化對電力工業(yè)的影響。

1　發(fā)展基礎及面臨挑戰

經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放后三十多年的快速發(fā)展，我國電力工業(yè)取得了長(cháng)足進(jìn)步。特別是進(jìn)入21世紀后，電力供應能力穩步增長(cháng)，系統結構不斷優(yōu)化，清潔能源比重逐步增加，技術(shù)裝備水平快速提升，節能環(huán)保取得成效，建成了世界最大的電力供應體系，有效保障了經(jīng)濟社會(huì )的持續發(fā)展。以電源側為例，我國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量分別從2000年的3.19億kW、1.37萬(wàn)億kW?h躍升到2014年的13.6億kW、5.65萬(wàn)億kW?h。截至2014年底，國內火電裝機容量91569萬(wàn)kW，水電裝機容量30183萬(wàn)kW，核電裝機容量1988萬(wàn)kW，并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量9581萬(wàn)kW，并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電裝機容量2652萬(wàn)kW。在大型循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、百萬(wàn)千瓦級壓水堆核電站、特高壓等先進(jìn)發(fā)、輸、變電技術(shù)研發(fā)應用方面已居世界領(lǐng)先水平。

“十三五”時(shí)期，我國既面臨由能源大國向能源強國轉變的難得歷史機遇，又面臨諸多問(wèn)題和挑戰。發(fā)展的長(cháng)期矛盾和短期問(wèn)題相互交織，資源和環(huán)境約束進(jìn)一步加劇，節能減排形勢嚴峻，能源資源對外依存度快速攀升，能源控總量、調結構、保安全面臨全新的挑戰。因此，在看到成績(jì)的同時(shí)，也應清醒地認識到存在的問(wèn)題。譬如在“十二五”期間，我國發(fā)電裝機規模和電網(wǎng)規模已雙雙躍居世界第一位，但也成為CO2排放量最大的國家。簡(jiǎn)而言之，“十三五”電力工業(yè)所面臨的挑戰主要是在確保能源可利用性和滿(mǎn)足經(jīng)濟和人口增長(cháng)需求的同時(shí)，還需保護人類(lèi)賴(lài)以生存的脆弱生態(tài)環(huán)境。

2　電力工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)

在國務(wù)院2014年發(fā)布的《能源發(fā)展戰略行動(dòng)計劃（2014-2020年）》中明確提出，要堅持“節約、清潔、安全”的戰略方針，重點(diǎn)實(shí)施“節約優(yōu)先、立足國內、綠色低碳、創(chuàng )新驅動(dòng)”四大戰略，加快構建清潔、高效、安全、可持續的現代能源體系。

電能作為高效、優(yōu)質(zhì)、綠色的能源，在社會(huì )生活的方方面面起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。利用電能替代煤、油、氣等化石能源，可以提高燃料的使用效率、減少污染物排放。另外，風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能、海洋能、生物質(zhì)能等這些可再生能源的開(kāi)發(fā)、利用，主要也是依靠轉換為電能來(lái)實(shí)現。因此，積極推動(dòng)電能替代戰略，對于構建以安全發(fā)展、高效發(fā)展、清潔發(fā)展為目標的現代能源保障體系至關(guān)重要。

當前，我國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的主要特征是工業(yè)化、信息化、城鎮化、市場(chǎng)化、國際化，能源結構清潔低碳化大勢所趨。這些重大社會(huì )需求決定電能綠色、低碳、智能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用技術(shù)，已成為電力技術(shù)發(fā)展的主導方向。

在“十三五”期間，電力工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)預計主要有以下六個(gè)方面。

第一方面是發(fā)展更高容量、更高參數、更高效潔凈的常規發(fā)電機組，新建燃煤發(fā)電機組供電煤耗須低于300g(標準煤)/kW?h，污染物排放應接近燃氣機組排放水平。當前國際上發(fā)達國家的發(fā)電機組正在向更高容量和更高參數方向發(fā)展，以實(shí)現進(jìn)一步節能、降耗、綠色環(huán)保的發(fā)展目標。概括其發(fā)展趨勢為四點(diǎn)。

其一是開(kāi)發(fā)更高參數的超（超）臨界常規發(fā)電機組，如歐盟的“AD700計劃”，擬將汽輪機主汽溫度由目前的600/620℃提高到700/720℃，發(fā)電效率由目前的45%～47%提高到52%；美國的“Vision 21”計劃，擬研發(fā)主汽參數為35MPa、760℃，發(fā)電效率高于55%的超超臨界發(fā)電機組。我國也正在進(jìn)行700℃超超臨界機組計劃。其二是常壓循環(huán)流化床（CFB）機組的進(jìn)一步大型化和超臨界化。其三是燃氣輪機（CT）的大型化和高參數化，如日本MHI三菱重工已研發(fā)出透平入口溫度可高達1600℃、單機ISO容量可達470MW的J系列CT發(fā)電機組。其四是開(kāi)發(fā)新一代的高效潔凈IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）發(fā)電技術(shù)。如美國的“清潔煤技術(shù)計劃”、日本的“新日光”計劃等，與之類(lèi)似，我國也在發(fā)展以煤氣化為龍頭，以IGCC為核心，實(shí)現動(dòng)力與化工生產(chǎn)過(guò)程的耦合，高效、潔凈、經(jīng)濟、靈活的多聯(lián)產(chǎn)系統，從而使發(fā)電效率達到45%~50%，設備可用率達到85%以上，實(shí)現污染物的近零排放以及煤炭的清潔高效利用。

第二方面是大力發(fā)展分布式能源，科學(xué)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，鼓勵有條件的地區發(fā)展熱/電/冷多聯(lián)供，發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等先進(jìn)可再生能源發(fā)電技術(shù)。到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%，力爭常規水電裝機達到3.5億kW，風(fēng)電裝機達到2億kW，光伏裝機達到1億kW左右，地熱能利用規模達到5000萬(wàn)t標準煤。與之相對應的是還需進(jìn)行大容量?jì)δ芗夹g(shù)的創(chuàng )新研究，并實(shí)施儲能配套部署，以切實(shí)解決電網(wǎng)的棄風(fēng)、棄水、棄光問(wèn)題，提高可再生能源利用水平。

第三方面是安全發(fā)展核電，以顯著(zhù)降低減排壓力。在采用國際最高安全標準、確保安全的前提下，適時(shí)啟動(dòng)沿海地區新的核電項目建設，研究論證內陸核電建設。重點(diǎn)推進(jìn)AP1000、CAP1400、高溫氣冷堆、快堆及后處理技術(shù)攻關(guān)。加快國內自主技術(shù)工程驗證，重點(diǎn)建設大型先進(jìn)壓水堆、高溫氣冷堆重大專(zhuān)項示范工程。到2020年，核電裝機容量達到5800萬(wàn)kW，在建容量達到3000萬(wàn)kW以上。

第四方面開(kāi)發(fā)利用先進(jìn)的綜合節能、節水技術(shù)。以節水為例，常規發(fā)電需要大量的循環(huán)冷卻水、工業(yè)冷卻水和化學(xué)補給水，目前火電機組平均發(fā)電水耗約為0.58m3/(s?GW)。為了進(jìn)一步節約用水，加強水的重復利用，首先是深化發(fā)展大型空冷技術(shù)；其次是利用高效的水質(zhì)穩定處理藥劑、補充水的深度軟化處理等技術(shù)手段，加大循環(huán)冷卻水濃縮倍率，以提高水的重復利用率，以有效節約循環(huán)冷卻水；再次是開(kāi)展干式除渣技術(shù)、輔機空冷技術(shù)、活性焦干法煙氣脫硫技術(shù)、廢水/污水多效深度處理技術(shù)等的研發(fā)，使我國發(fā)電機組的水耗大幅度降低。

第五方面提升和完善煙氣處理技術(shù)。面對經(jīng)濟社會(huì )快速發(fā)展需求和日趨強化的資源環(huán)境約束之間的矛盾，低碳綠色發(fā)展和節能減排，增強可持續發(fā)展能力，提高生態(tài)文明水平，建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )的理念正漸漸成為全社會(huì )的共識。因而，火力發(fā)電面臨的減排壓力更大，迫切需要大幅度地提高煙氣處理技術(shù)水平?！笆濉逼陂g，除塵技術(shù)發(fā)展趨勢仍以高效電除塵方式為主，布袋除塵或電/袋混合除塵快速擴充，陶瓷式等其它高性能阻擋式先進(jìn)除塵方式不斷完善，除PM2.5排放技術(shù)的強化等；煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢近期仍以石灰石—石膏濕法脫硫法為主，煙氣CFB半干法脫硫工藝、旋轉噴霧半干法脫硫工藝向600MW容量以上發(fā)展，活性焦煙氣脫硫工藝將取得一定的市場(chǎng)份額，采用物理法、化學(xué)法或微生物法等的洗煤和煤氣化等燃燒前脫硫技術(shù)也會(huì )獲得相應發(fā)展；煙氣脫硝技術(shù)仍將以選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）為主，但基于濃淡分離、熱煙氣回流、再燃燒等技術(shù)的低NOx燃燒技術(shù)也會(huì )有著(zhù)廣泛的應用。此外，脫汞、CCS（CO2的捕集處理）等高效煙氣處理技術(shù)也會(huì )相應發(fā)展。

第六方面是智能電廠(chǎng)、智能電網(wǎng)的進(jìn)一步推進(jìn)。究其因：一方面是隨著(zhù)數字經(jīng)濟和信息時(shí)代的到來(lái)，電力消費者對于供電可靠性、電能質(zhì)量以及多元化服務(wù)的要求越來(lái)越高；另一方面則是電力工業(yè)面臨減員增效和節能減排的雙重壓力，因而電力的數字化、信息化、智能化將成為我國電力發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。

3　自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1　自動(dòng)化水平

近年來(lái)，我國電力行業(yè)新建或擴建的大型電廠(chǎng)，基本上都采用了智能儀器儀表（如帶Hart協(xié)議的智能變送器、Profibus或FF現場(chǎng)總線(xiàn)儀表等）和計算機監視控制系統（如DCS分散控制系統、FCS現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統、PLC可編程序控制器等）。自動(dòng)化水平可以達到：?jiǎn)卧獧C組和各輔助車(chē)間能在就地人員的巡回檢查和少量操作的配合下，在集中控制室或輔助車(chē)間控制室內實(shí)現機組或輔助車(chē)間工藝系統的啟停、運行工況監視和調整、事故處理等。少部分電廠(chǎng)還設置了機組自啟?？刂葡到y（UAS或APS），應用先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)（如多變量模型預測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制NNC等），可以實(shí)現帶少量人工確認斷點(diǎn)的發(fā)電機組自動(dòng)啟動(dòng)和停止控制，發(fā)電過(guò)程的多目標優(yōu)化控制等?？傮w來(lái)講，電廠(chǎng)自動(dòng)化系統在確保我國電力安全生產(chǎn)、節能降耗、經(jīng)濟環(huán)保運行方面發(fā)揮了重大作用。

從縱向來(lái)看，自改革開(kāi)放以來(lái)我國電力行業(yè)的自動(dòng)化系統發(fā)展速度很快，進(jìn)步不小。當前國內電力行業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展水平符合國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃要求，滿(mǎn)足現行國家標準和電力行業(yè)標準相關(guān)規定。但從橫向來(lái)看，我國與國外發(fā)達國家先進(jìn)電力自動(dòng)化水平相比，還有不小差距。例如，國外先進(jìn)電站自動(dòng)化水平從高到低可分為四級：第一級為無(wú)人值守；第二級為非全天值守，多機組監督；第三級為增強安全，降低操作員可用性要求；第四級為單機組全能值守。國內目前自動(dòng)化水平基本上只能達到第四級。又以報警優(yōu)化管理為例，歐洲EEMUA （工程設備及材料用戶(hù)協(xié)會(huì )）191標準規定：操作人員可接受報警量為150個(gè)/d（即1個(gè)/10min），可管理報警量為300個(gè)/d（即1個(gè)/5min）；美國ISA（國際自動(dòng)化學(xué)會(huì )） 18.2標準規定：操作人員可接受平均報警量限值為1個(gè)/10min，在大擾動(dòng)后允許為10個(gè)/10min；澳大利亞電力公司規定雙機組單操作人員報警量限值為1個(gè)/20min/機組。迄今為止，國內電力行業(yè)尚未見(jiàn)到滿(mǎn)足EEMUA和ISA標準要求的電廠(chǎng)，更不用說(shuō)達到澳大利亞電力公司的嚴格指標了。

在市場(chǎng)競爭壓力下，減員增效是一個(gè)趨勢，所以自動(dòng)化水平亟需進(jìn)一步提高。 “十三五”期間，在對計算機控制系統優(yōu)化基礎上，輔以視頻遠程監控和無(wú)線(xiàn)遠程報警等手段，單循環(huán)燃機電廠(chǎng)和普通電廠(chǎng)的大部分輔助車(chē)間有條件實(shí)現無(wú)人值守；燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠(chǎng)、分步式發(fā)電站或能源站、常規電廠(chǎng)較為復雜的輔助車(chē)間均可以實(shí)現非全天值守；其它電廠(chǎng)則可全部降低對操作員的可用性要求，利用廠(chǎng)級自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現多機組的集中少人監控。

3.2　計算機控制及管理系統

3.2.1　控制及管理功能

面對新一輪能源革命的興起、節能減排降耗要求、安全和市場(chǎng)競爭的壓力，計算機系統已不僅僅局限于基本的監視和常規控制，其功能正向以下幾方面發(fā)展。

（1）新能源發(fā)電方面

風(fēng)電、光電：因風(fēng)電、光電（包括光伏和光熱）等新能源電力具有強隨機性、波動(dòng)性和不確定性，需建立準確可靠的風(fēng)電、光電功率預測模型，輔之以MPC模型預測或NNC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等現代控制手段，適應環(huán)境、機組設備、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)擾動(dòng)，解決其出力可預測性、暫態(tài)穩定性和發(fā)電功率穩定性（包括低電壓穿越能力）、出力可控性問(wèn)題，從而保障機組、電網(wǎng)的長(cháng)期安全可靠運行。另外，還需優(yōu)化光伏和光熱的太陽(yáng)輻射能跟蹤控制系統，以最大程度地增加光電裝置所接收到的太陽(yáng)輻射量，進(jìn)一步提高光電總體發(fā)電量。對各類(lèi)光熱發(fā)電蓄熱系統進(jìn)行細化研究，設計相應的最優(yōu)運行監視和控制策略，有效平抑太陽(yáng)輻射能的間歇性變化，增加發(fā)電設備的可利用率和有效發(fā)電量。

生物質(zhì)發(fā)電、地熱發(fā)電等：生物質(zhì)發(fā)電和地熱發(fā)電種類(lèi)較多。以生物質(zhì)發(fā)電為例，常見(jiàn)的就有農林生物質(zhì)直燃發(fā)電、生物質(zhì)氣化發(fā)電、沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電等。因此需針對性地研究各類(lèi)燃料監測、燃燒控制和污染物減排控制策略。如對垃圾焚燒發(fā)電而言，可采用基于模型的基本控制器和模糊優(yōu)化控制器復合燃燒控制方式（常態(tài)時(shí)采用基于模型的控制方式，紊態(tài)時(shí)切換到模糊控制方式），以確保較高的燃料燃燼率、穩定可靠的蒸汽供應量、較低的污染物排放量。

（2）傳統發(fā)電方面

一方面，燃煤/燃氣等化石燃料電站、水電站和核電站相對而言屬傳統發(fā)電范疇，具有較好的確定性和可控性。除作為可靠的主力發(fā)電機組外，還需作為隨機波動(dòng)強的新能源發(fā)電與隨機不確定性的負荷需求之間供需平衡的重要支撐，以平抑規?；履茉措娏﹄娋W(wǎng)的不利影響。因此，控制系統（以常規火電機組為例）需充分利用鍋爐側蓄熱（如鍋爐汽水工質(zhì)蓄熱、金屬蓄熱等）和汽機側蓄熱（如凝結水節流、凝汽器冷卻工質(zhì)節流等），綜合優(yōu)化機組協(xié)調控制策略，最大限度地提高機組的爬坡能力、調峰能力、調頻能力，滿(mǎn)足新形勢下的快速深度變負荷運行控制需求。

另一方面，通過(guò)過(guò)程精準建模（包括機理分析、模型建立、參數辨識、模型驗證等過(guò)程）、新興檢測技術(shù)（如聲波、激光等測溫及氣體濃度檢測裝置，鍋爐蓄熱、熱效率等軟測量技術(shù)）和現代控制技術(shù)（如模型預測控制、狀態(tài)空間控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和模糊邏輯控制等）的應用、優(yōu)化控制策略的推廣（如鍋爐燃燒優(yōu)化、吹灰優(yōu)化、汽溫優(yōu)化、節流優(yōu)化等策略），使機組獲得更高的運行靈活性、效率、可用率和更低的污染物排放量。

（3）功能安全和信息安全的推廣應用及融合

電力是現代化的基礎和動(dòng)力，電力安全事關(guān)我國現代化建設全局，安全是電力建設及營(yíng)運的第一要務(wù)。一方面，隨著(zhù)安全相關(guān)系統系列國家標準的發(fā)布，開(kāi)始在重要保護系統和關(guān)鍵控制系統中推廣采用符合功能安全需求的安全儀表系統；另一方面，隨著(zhù)《電力監控系統安全防護規定》（發(fā)改委2014年第14號令）、信息安全等級保護系列國家標準、控制系統安全防護系列國家標準的逐漸發(fā)布，包括物理安全、網(wǎng)絡(luò )安全、主機安全、應用安全、數據安全等在內的安全防護措施已開(kāi)始在計算機系統中部署實(shí)施。

不久的將來(lái)，功能安全和信息安全還會(huì )融為一體，綜合考慮并配置安全措施，以更好地實(shí)現安全最大化的目標。之所以如此，是考慮到兩者割裂會(huì )帶來(lái)不一致或沖突的現狀：功能安全針對的是自控人員，其國際標準IEC 61508將功能安全分為SIL1-4級；信息安全針對的是IT人員，其國際標準IEC 62443將信息安全分為SL1-4級。由此將安全割裂為兩部分，導致實(shí)際工程或系統應用中的困惑和困難。為此，IEC已啟動(dòng)相應的功能安全和信息安全的標準融合工作。

（4）遠程監視和故障分析診斷應用繼續快速增長(cháng)

遠程監視和故障分析診斷系統通常由知識管理、監視控制系統、遠程通信等構成，通過(guò)利用專(zhuān)家系統、模式識別、狀態(tài)檢修等技術(shù)，實(shí)現電力設備和性能的遠程監視和異常工況及故障的早期檢測和診斷，有效提高機組設備可利用率，以適應有經(jīng)驗的自動(dòng)化、運維和檢修專(zhuān)家人數減少的現狀，并可達到減員增效的功用。

3.2.2　系統結構及組成

操作員站/服務(wù)器、控制器、I/O接口、通信總線(xiàn)是計算機控制系統的重要組成。主要發(fā)展趨勢一是虛擬化（包括服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、應用虛擬化等）、瘦客戶(hù)機等商用IT技術(shù)，因其具有低成本、更高的可靠性、更長(cháng)的壽命、更好的安全性等特點(diǎn)，而開(kāi)始快速在工控系統中得以應用。同時(shí)基于VR虛擬現實(shí)技術(shù)，由3D模型和生產(chǎn)控制及管理數據集成于一體的虛擬培訓系統也在拓展其應用，該培訓系統借助可穿戴電子設備，可實(shí)現控制室值班人員、現場(chǎng)操作員及巡檢員的沉浸式培訓；二是控制器結構向小型、分散（如SoC、MCU、μC及其它嵌入式）和大型、集中（如集成報警、控制、診斷、優(yōu)化、數據管理等于一體的ACE自動(dòng)計算引擎）兩端延伸，且基于多變量模型識別及預測算法的MPC模型預測控制器、基于規則的仿人智能控制器、基于模糊邏輯的FC模糊控制器、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的NNC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制器等新一代智能控制器用量大增；三是帶有現場(chǎng)總線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)接口的設備憑借其先進(jìn)的組網(wǎng)和數據管理能力，得以大范圍應用，特別是在分布式能源系統中；四是開(kāi)始大量應用面向對象、池技術(shù)（如數據池）、優(yōu)化管理技術(shù)（如報警優(yōu)化管理）、大數據處理分析技術(shù)進(jìn)行數據和對象的有效監控和管理，在決策過(guò)程中實(shí)現在正確時(shí)間向正確的人員提供正確的信息，從而大大節省時(shí)間，改善工作效率；五是全部由FPGA構成的、基于硬件的、無(wú)微處理器的、無(wú)軟件的安全系統，因其類(lèi)似常規模擬系統，具有相當高的安全等級，開(kāi)始在核電等對安全級要求較高的領(lǐng)域推廣應用；六是由WSN無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)、IOT物聯(lián)網(wǎng)、基于安全技術(shù)的安全網(wǎng)絡(luò )（如PROFIsafe、CIP Safety等）、工業(yè)以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)等組成的泛在網(wǎng)開(kāi)始在電力行業(yè)示范應用。

3.3　現場(chǎng)儀表及控制執行設備

現場(chǎng)儀表及控制執行設備是自動(dòng)化系統的眼睛、手與腳，主要發(fā)展趨勢有四方面：（1）廣泛采用現場(chǎng)總線(xiàn)、智能儀表及設備。究其因是該類(lèi)儀表或設備帶有微處理器，兼有傳感檢測（或驅動(dòng)控制）、信號處理和通信功能，且具備自動(dòng)補償，自動(dòng)采集數據及處理數據，自標定、自校正、自診斷等基礎功能。甚至有的還具備自學(xué)習、自適應等高級功能。（2）逐步采用新型測量控制技術(shù)和物理轉換機理的現場(chǎng)儀表及設備。如利用光纖、微波、聲波、激光、磁諧振等新型測量技術(shù)的傳感器，用于測量磁、聲、力、溫度、位移、旋轉、加速度、液位、扭矩、應變、電流、電壓、傳像和某些化學(xué)成份分析的光纖傳感器等。（3）數據融合：組成多變量傳感器陣列，利用多傳感器數據融合技術(shù)，充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn)，利用其容錯性、互補性、實(shí)時(shí)性，提高測量信息的精度和可靠性，延長(cháng)系統的使用壽命。（4）安全儀表設備逐步開(kāi)始應用。隨著(zhù)安全法規及標準的實(shí)施，SIL1-3等級的安全儀表或控制執行設備開(kāi)始在重要保護系統和關(guān)鍵控制系統中投入使用。（5）軟測量、虛擬儀表、無(wú)線(xiàn)傳感或控制設備在試點(diǎn)基礎上推廣應用。如就軟測量而言，已有CEM連續排放監測軟測量、煙氣含氧量軟測量、飛灰含碳量軟測量、磨煤機一次風(fēng)量軟測量、入爐煤質(zhì)監視軟測量等技術(shù)在少數電廠(chǎng)應用，且CEM軟測量在美國早已獲得EPA環(huán)保署的認可。

此外，隨著(zhù)無(wú)人機、機器人等先進(jìn)技術(shù)的成熟和工業(yè)應用經(jīng)驗的積累，在強調可靠且較為傳統的電力行業(yè)也開(kāi)始得以推廣應用。如采用無(wú)人機用于鍋爐爐膛、煙囪、冷卻塔、風(fēng)力發(fā)電機群、光伏組件群、輸電線(xiàn)路等的巡檢或故障檢查等。

4　數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化對電力工業(yè)的影響

在全球經(jīng)濟已步入數字時(shí)代的今天，工業(yè)領(lǐng)域也發(fā)生著(zhù)驚人的變革，現場(chǎng)總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、數據挖掘、工業(yè)云、大數據等新概念、新技術(shù)如雨后春筍般層出不窮，數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化即為其中的熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)既單獨又相互交織作用于電力各個(gè)環(huán)節，已經(jīng)對電力工業(yè)產(chǎn)生了較大影響且以后還必將產(chǎn)生更加深遠的影響。

4.1　數字化及數字電廠(chǎng)、數字變電站

數字化對電力行業(yè)的最終影響結果是造就了數字電廠(chǎng)、數字變電站。

以電廠(chǎng)為例，電廠(chǎng)屬典型的流程工廠(chǎng)，電廠(chǎng)數字化即是利用計算機信息處理技術(shù)把電廠(chǎng)各個(gè)生存周期階段（如圖1所示）所存在或發(fā)生或關(guān)聯(lián)的、反映電廠(chǎng)各個(gè)過(guò)程或結果的現象、特征、本質(zhì)及規律的聲音、文字、數字、符號、圖形和圖像等模擬信息轉換為數字信息。

圖1 流程工廠(chǎng)生存周期活動(dòng)模型

所謂數字工廠(chǎng)，國際標準IEC/TR 62794定義為：表現工廠(chǎng)基本組成單元、自動(dòng)化資產(chǎn)、它們的行為和關(guān)系的工廠(chǎng)通用模型。德國工程師學(xué)會(huì )VDI 4499導則將其定義為：一個(gè)由數字模型、方法和工具（包括仿真和3D可視）全部交織在一起的、由連續的數據管理將其集成在一起的綜合網(wǎng)絡(luò )所形成的超常概念。

基于電廠(chǎng)從模擬轉化而成的數字信息，或直接利用工具生成的數字信息，建立電廠(chǎng)各部分數字模型（包括結構、功能、性能、位置、業(yè)務(wù)等基本元素），由此再建立對實(shí)體電廠(chǎng)全面電子描述而形成數字電廠(chǎng)倉庫，從而構成數字電廠(chǎng)。在所建立的數字電廠(chǎng)上，可以實(shí)施對電廠(chǎng)的數字管理、控制、決策、仿真，實(shí)現電廠(chǎng)的高度可視化、信息化。

當前國內的數字電廠(chǎng)、數字變電站建設主要停留在工程設計的部分數字化、運維及管理系統的數字化，從覆蓋階段和應用范圍及廣度上都屬初級水平。預計在“十三五”，隨著(zhù)《中國制造2025》的發(fā)布，國家對信息化與工業(yè)化深度融合的大力推進(jìn)，數字電廠(chǎng)、數字變電站的建設又會(huì )躍升到新的高度。

4.2　網(wǎng)絡(luò )化與虛擬電廠(chǎng)

網(wǎng)絡(luò )化通常是指利用通信技術(shù)和計算機技術(shù)，把分布在不同地點(diǎn)的計算機及各類(lèi)儀表與控制設備或其它電子終端互聯(lián)起來(lái)，按照一定的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議相互通信，以達到共享軟件、硬件和數據資源的目的。當前在電力系統的發(fā)變、輸電、變電環(huán)節，甚至供電環(huán)節，采用SCADA、DCS等計算機控制系統及智能儀表和設備，在監控層面已基本實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )化。

虛擬電廠(chǎng)最早由歐洲提出，是電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò )化繼續向前推進(jìn)的一個(gè)顯著(zhù)代表，是一種新型的發(fā)電模式，是分布式發(fā)電集控或群控技術(shù)的發(fā)展。所謂虛擬電廠(chǎng)是以交易電能或提供系統支持服務(wù)為目的，在一定地域或區域范圍內通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信及監控技術(shù)，聚合一定數量的、連接到配電網(wǎng)各節點(diǎn)的、使用不同技術(shù)且擁有豐富的操作模式和可用性的分布式電源。簡(jiǎn)而言之，虛擬電廠(chǎng)即是由多個(gè)小規模的分布式發(fā)電機組通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)而構成一個(gè)大型發(fā)電池，其對外表現如同一個(gè)真實(shí)的大容量常規電廠(chǎng)。其網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)主要是通過(guò)LAN、WAN、GPRS、ISDN或總線(xiàn)系統而實(shí)現。由此，可以在一定程度上解決分布式發(fā)電機組的強隨機波動(dòng)性，并可減少環(huán)境污染，降低發(fā)電總體費用，增加發(fā)電靈活性和電力系統的可靠性，實(shí)現電力的可持續發(fā)展。虛擬電廠(chǎng)通常由分布式發(fā)電機組及其控制系統、發(fā)電側及電網(wǎng)側的負荷預測管理系統（也稱(chēng)為分布式能量管理系統DEMS）、電力管理系統等組成。

伴隨“ 互聯(lián)網(wǎng)+ ” 的推進(jìn)和電力體制改革的深化，“十三五”期間國內虛擬電廠(chǎng)預計也會(huì )逐步成形，并加以快速發(fā)展。

4.3　智能化與智能電網(wǎng)、智能電廠(chǎng)

過(guò)程工業(yè)中“智能化”通常是指廣泛采用現代信息處理和通信技術(shù)、智能儀器儀表技術(shù)，以及智能控制方法和管理決策技術(shù)，最大限度達到工業(yè)過(guò)程安全、高效、環(huán)保運行狀態(tài)的過(guò)程。由此可見(jiàn)，“數字化”、“網(wǎng)絡(luò )化”與“智能化”有著(zhù)緊密的內在聯(lián)系?！皵底只迸c“網(wǎng)絡(luò )化”是構建現代信息化電力企業(yè)的重要基礎，也是實(shí)現電力智能化、自治運行的重要手段?！爸悄芑笔恰皵底只焙汀熬W(wǎng)絡(luò )化”的終極目標，即數字化、網(wǎng)絡(luò )化的宗旨是使電力信息化、智能化，實(shí)現電力過(guò)程的現代化運行和管理，達到營(yíng)運成本最低，能源消耗最小，污染物達標排放，設備可用系數高，全過(guò)程效益最大化。

“智能化”是人之所求，也是人之所向。正如德國政府于2013年所啟動(dòng)的“工業(yè)4.0” 戰略項目，也是旨在推動(dòng)傳統工業(yè)領(lǐng)域的計算機化，使之向智能生產(chǎn)、智能工廠(chǎng)轉型。我國電力工業(yè)也不例外，也在向智能電網(wǎng)、智能電廠(chǎng)的目標奮進(jìn)。以智能電網(wǎng)為例，國家電網(wǎng)公司在2010年所發(fā)布的《綠色發(fā)展白皮書(shū)》中將“堅強智能電網(wǎng)”定義為“是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，以通信信息平臺為支撐，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征，包含電力系統的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度各個(gè)環(huán)節的堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)的現代電網(wǎng)”。分為規劃試點(diǎn)、全面建設、引領(lǐng)提升三個(gè)建設階段，計劃到2020年基本建成堅強智能電網(wǎng)，實(shí)現管理、技術(shù)和裝備國際領(lǐng)先。當前正處于2011-2015為期5年的全面建設階段，“十三五”則處于智能電網(wǎng)建設成功與否的關(guān)鍵中盤(pán)及收官階段。

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，“智能化”也會(huì )不斷有新概念、新技術(shù)融入?！爸悄芑睕](méi)有最好，只有更好，智能電網(wǎng)或智能電廠(chǎng)的建設也是一個(gè)不斷優(yōu)化提升的過(guò)程，從“十三五”末預計建成的智能電網(wǎng)或電廠(chǎng)1.0向著(zhù)智能電網(wǎng)或電廠(chǎng)2.0、智能3.0…繼續躍進(jìn)。

參考文獻：

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[3] International Electrotechnical Commission. Industrial-process measurement,control and automation – Reference model for representation of productionfacilities (digital factory) IEC/TR 62794 [R]. [S.l.]:IEC，2012.

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[5] 國家電網(wǎng)公司. 綠色發(fā)展白皮書(shū)[R/OL]. http://www.sgcc.com.cn/bps/_lsfzbps_/index.shtml.

作者簡(jiǎn)介

張晉賓（1967-），男，漢族，中共黨員，教授級高級工程師?，F就職于西南電力設計院，任設計總工程師，長(cháng)期從事電力設計、咨詢(xún)、研究及管理，智能設計軟件的研發(fā)及應用管理工作等。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年9月刊