1      方案背景與目標

隨著(zhù)碳達峰、碳中和目標及“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的提出，智能發(fā)電技術(shù)已成為全面提高電力系統運行效率、推動(dòng)能源革命的必然趨勢。國內外多家能源企業(yè)及自動(dòng)化公司對電廠(chǎng)運行智能輔助駕駛系統技術(shù)進(jìn)行研究，但尚無(wú)成熟應用，且目前電廠(chǎng)運行智能輔助駕駛系統概念并無(wú)行業(yè)標準，電廠(chǎng)運行智能輔助駕駛系統建設架構及內容存在明顯差異。

科遠智慧基于豐富的智能控制行業(yè)應用經(jīng)驗，以解決行業(yè)痛點(diǎn)為目標，融合大數據、專(zhuān)家知識等最新技術(shù)，推出電廠(chǎng)運行智能輔助系統。系統充分利用現場(chǎng)已積累的海量數據和新增的運行數據，通過(guò)將智能技術(shù)與控制技術(shù)深度融合，實(shí)現火電廠(chǎng)智能監測、預警診斷及運行優(yōu)化等應用功能，構建靈活、安全可控、高效運行的智能控制體系，實(shí)現發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中數據-信息-知識的快速轉化和循環(huán)交互，有效提升生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟性，推動(dòng)發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程運行控制模式發(fā)生深刻變化，促進(jìn)行業(yè)轉型發(fā)展。

2024年8月，科遠智慧、大唐南電共同承擔的“電廠(chǎng)運行智能輔助系統技術(shù)研究及應用”順利通過(guò)中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )專(zhuān)家鑒定：該項目成果整體達到國際先進(jìn)水平，其中智能系統與DCS有機高效融合技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

2      方案詳細介紹

圖 系統架構

2.1 四大功能：

智能控制技術(shù)平臺

平臺充分利用現場(chǎng)已積累的海量數據和新增的運行數據，基于專(zhuān)家知識、機器學(xué)習等先進(jìn)算法，采用機理分析+數據建模方式，實(shí)現生產(chǎn)數據、算法、算力的深度融合，通過(guò)低代碼和無(wú)代碼，為機組智能分析、智能優(yōu)化、智能監盤(pán)等功能提供穩定高效的底座支撐。

智能分析

通過(guò)對電廠(chǎng)設備及系統參數進(jìn)行數據挖掘、二次計算與能效分析，實(shí)現性能計算與耗差分析、啟動(dòng)過(guò)程評價(jià)、工質(zhì)與能量平衡分析等功能，替代運行人員完成大量繁瑣的數據監測和初步分析工作，將智算結果推送給運行人員輔助監盤(pán)，降低人員工作量，提升電廠(chǎng)工作效率。

智能優(yōu)化

基于數據挖掘與分析、智能算法、機理建模和機器學(xué)習等技術(shù)，在考慮設備及工藝系統運行特性的基礎上，對鍋爐、汽機、輔機等系統設備節能潛力進(jìn)行深度挖掘，實(shí)現工況尋優(yōu)、脫硫優(yōu)化、風(fēng)煤比優(yōu)化、汽機冷端優(yōu)化、吹灰優(yōu)化、二次風(fēng)優(yōu)化、三大風(fēng)機工況智能調整、磨煤機優(yōu)化、鍋爐氧量?jì)?yōu)化等分析與優(yōu)化功能，使機組更加經(jīng)濟、高效、環(huán)保的運行，降低能源消耗，提高發(fā)電運行經(jīng)濟性。

智能監盤(pán)

采用大數據分析、人工智能和專(zhuān)家系統等對電廠(chǎng)歷史運行、試驗調整等數據進(jìn)行機器學(xué)習，將電廠(chǎng)運行知識和經(jīng)驗進(jìn)行數字化、模型化，為電廠(chǎng)機組、設備和參數建立監督模型，通過(guò)模型預測實(shí)現多種工況下運行參數的智能預警和典型設備/工藝系統智能診斷，降低設備發(fā)生故障的概率和風(fēng)險，實(shí)現智能監盤(pán)系統代替或部分代替人工監盤(pán)。 

2.2 技術(shù)創(chuàng )新性及先進(jìn)性：

方案聚焦火力發(fā)電行業(yè)長(cháng)期存在的運行痛點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了具有穩定、靈活、開(kāi)放的微服務(wù)架構平臺，基于此技術(shù)平臺底座建設全面、先進(jìn)、實(shí)用的智能監測、智能預警、故障診斷及優(yōu)化運行的電廠(chǎng)運行智能輔助駕駛系統，能夠對發(fā)電運行人員日常監盤(pán)起到很好的輔助監盤(pán)作用并能夠提高機組的高效運行能力。主要創(chuàng )新點(diǎn)如下：

1）   開(kāi)創(chuàng )性地研發(fā)了電廠(chǎng)運行智能輔助駕駛系統與分散控制系統在數據流、控制流以及人機交互方面的一體化融合技術(shù)，在保障機組安全運行的前提下，實(shí)現電廠(chǎng)運行智能輔助駕駛系統與DCS系統深度融合，賦予DCS更加智慧的功能拓展，避免了智能化功能與電廠(chǎng)實(shí)際業(yè)務(wù)脫離的問(wèn)題。

2）   成功研發(fā)了智能控制技術(shù)平臺，具備多模態(tài)數據接入、短時(shí)數據緩存、結構化管理及大數據清洗的預處理技術(shù)功能?；谒懔π枨蟮姆植际竭\算，合理的進(jìn)行資源管理，滿(mǎn)足大數據及人工智能算法建模需求；基于Python語(yǔ)言自定義算法及多類(lèi)型數據接入提供了更強的智能化算法擴展性功能；平臺特有的報警抑制、報警擱置、報警收藏及故障案例庫等功能極大的提高了平臺操作便捷性。

3）   基于運行規則及人工智能算法的工藝測量參數異常分析，能夠全天候、全過(guò)程輔助發(fā)電運行人員對重要參數進(jìn)行監控，提前發(fā)現異常并報警提示，防止小故障演變成大事故。

4）   基于MGM/MSM等智能算法，利用先進(jìn)的電力數據挖掘手段，結合發(fā)電廠(chǎng)重要設備、系統的故障機理，構建了發(fā)電廠(chǎng)故障預警與診斷方法。利用專(zhuān)家知識，精準分析設備、系統運行狀態(tài)，提前預警潛在故障，并提供可視化的故障分析與解決方案，為電廠(chǎng)的穩定運行提供有力支持。 

圖 智能輔助系統界面 

2.3 優(yōu)異的性能指標：

l  智能控制技術(shù)平臺

(1)   高可用的微服務(wù)架構體系，接口響應速度小于100ms，1000+并發(fā)響應速度小于500ms；

(2)   高性能計算服務(wù)，單個(gè)服務(wù)進(jìn)程內存占用小于100MB，最小支持50ms計算周期；

(3)   海量數據存儲能力，最大千萬(wàn)級關(guān)系數據存儲和十萬(wàn)級實(shí)時(shí)數據存儲；

(4)   實(shí)時(shí)數據讀取能力，單服務(wù)最大支持每秒100000+測點(diǎn)數據讀??；

(5)   實(shí)時(shí)數據寫(xiě)入能力，單服務(wù)最大支持每秒10000+測點(diǎn)數據寫(xiě)入；

(6)   多種數據源接入能力，支持70多種數據源接入；

(7)   內置數百種計算函數與功能塊，支持常用數學(xué)函數、類(lèi)型轉換、位運算指令、比較指令等；

(8)   支持arm、mips、x86等多種架構處理器運行；

(9) 支持windows、linux等跨平臺運行；

(10) 可在DCS控制網(wǎng)絡(luò )層面操作DCS過(guò)程數據變量，實(shí)現跨控制器的順序控制、規則推理、邏輯計算、高級報警及事件處理等功能。

l  智能監測

性能計算與耗差分析指標誤差5%以?xún)龋?/p>

l  智能監盤(pán)

預警準確率97%；誤報率低于3%；無(wú)漏報；

l  運行優(yōu)化

(1)   風(fēng)煤比優(yōu)化、氧量?jì)?yōu)化、配風(fēng)優(yōu)化：鍋爐燃燒效率提高0.2%~0.5%，NOx生成量減少10%~15%；

(2)   吹灰優(yōu)化：?jiǎn)未瓮队么祷移鲾禍p少2~5個(gè)，月均吹灰次數減少3次，月均尾部煙道超溫次數減少3次。

3      代表性及推廣價(jià)值

3.1  應用成果：

科遠智能運行輔助系統自發(fā)布以來(lái)，承接了大唐南電、浙能六橫、粵電大埔、宿州錢(qián)營(yíng)孜、國信沙洲、蒙能科右中、盤(pán)江普定、國能舟山等數十家發(fā)電企業(yè)智能運行輔助系統的建設，對燃煤機組的生產(chǎn)工藝、設備狀況、組織機構、控制系統、各系統接口方式都非常地了解，目前多個(gè)項目己投運，并得到了客戶(hù)的充分認可。 

電廠(chǎng)運行智能輔助系統以廣泛梳理火電機組運行監盤(pán)工作經(jīng)驗為基礎，利用大數據分析、人工智能與機器學(xué)習等先進(jìn)技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注監盤(pán)工作的普遍痛點(diǎn)和盲點(diǎn)，智能輔助運行監盤(pán)人員全面掌握機組、系統、設備運行情況，主要實(shí)現機組多維指標智能監盤(pán)、簡(jiǎn)潔高效的智能預警、試驗與設備輪換等定期工作實(shí)時(shí)提醒、系統及設備異常標準化識別與處理指導。指導并智能監護監盤(pán)人員正確、安全的完成各項運行操作內容，提高集控運行工作效率、降低運行人員工作量。

系統設計充分考慮后續推廣應用需求，其功能具有可復用性，可實(shí)現快速實(shí)施，系統定制與擴展靈活便捷，可推廣至不同類(lèi)型火力發(fā)電機組以及化工等領(lǐng)域。電廠(chǎng)運行智能輔助系統推動(dòng)發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程運行控制模式發(fā)生深刻變化，促進(jìn)行業(yè)轉型發(fā)展，具有較好的推廣應用前景。 

3.2 顯著(zhù)效益：

l  提高電廠(chǎng)經(jīng)濟效益

當前電廠(chǎng)面臨運行效率低、能耗高、維護復雜等問(wèn)題，而建設智能優(yōu)化模塊可顯著(zhù)提升效率、降低成本，優(yōu)化資源配置，推動(dòng)電廠(chǎng)向更高效、智能、環(huán)保的未來(lái)發(fā)展。

l  變被動(dòng)防御為主動(dòng)防御

DCS系統大多采用反饋機制，當設備參數超固定上下限后才會(huì )報警；智能運行輔助系統采用大數據+人工智能+專(zhuān)家系統算法，能提早發(fā)現故障的征兆，進(jìn)行預警，避免設備故障進(jìn)一步加大。

l  提高設備可靠性

通過(guò)全系統單參數的死點(diǎn)、晃動(dòng)、速率、偏差等異常監測，預判設備故障，將故障消除在萌芽狀態(tài)。維護人員通過(guò)監盤(pán)系統，可及時(shí)了解設備狀態(tài)，提前進(jìn)行檢修維護或定期工作，降低設備發(fā)生故障的概率和風(fēng)險，提高設備運行的可靠性。

l  固化、傳承運行專(zhuān)家經(jīng)驗

通過(guò)智能控制技術(shù)平臺，接入控制系統的參數及設備狀態(tài)，將運行人員平時(shí)對故障判斷的機理邏輯進(jìn)行組態(tài)，將高水平的監盤(pán)人員經(jīng)驗賦能給整個(gè)團隊，提升整體運行水平，提高組織的管理能力和抗風(fēng)險能力。