智慧化全数字技术及其在电厂中的应用

张立峰

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150090

随着我国电力体制改革的深化，电力行业市场经济的逐步形成，发电企业必将加速进入信息化时代。从发电企业管控一体化模型和电厂的特征看，数字化电厂的层次结构模型可概括为四个内容、两个支持系统。四个内容分别是电厂对象数字化、设备运行数字化、过程控制数字化和生产管理、经营决策数字化，两个支持系统是数据库支持系统和计算机网络支持系统。但从一个电厂的全寿命周期来看，数字化电厂应包括项目前期、设计、采购、建设、调试、运行、检修和维护、改造直至退役整个过程。因此电厂数字化也应是整个电厂生命周期的数字化。而最重要的是应建立电厂的数字模型，并在此模型基础上，充分利用系统集成、专家系统、虚拟现实等现代信息处理和通信技术、智能控制和管理决策技术，实现电厂管控真正意义上的信息化、智能化，最大限度地达到电厂安全、高效、环保运行的状态。

1 智慧化全数字技术

智慧化是一个相对广义的概念，是在现有的、静态的信息和知识的基础上具备能够产生更多信息和知识的能力，即具有动态行为的特性[1]。智能化技术是以自适应、自学习、自组织、自调整为主要特征的，是实现自寻优的重要手段，在现代化生产中主要面向生产设备[1]。智慧化还包含对人的智能的充分的调动和应用，以及人与人之间、人与机器之间的关系的协调和统一。

智慧化系统的要素包含信息源、智慧主体、通信网络。智慧化所包含的客观主体有人和设备，即在一个智慧化的系统中，具有动态行为特性的既可以是机器也可以是人。智慧行为包括学习、分析、计算、调度、调整等，这些智慧的动态行为的主体是智慧化实现的基础。在一个大的系统中，通常还包括多个智慧主体，有时还构成分层结构或网状结构的智慧主体网络，各个智慧主体之间进行信息交互，可起到相互学习和指导的作用。

2 数字化电厂建设现状

我国电厂建设企业大体上都设有建设期管理信息系统，大体实现了对电厂建设期间的合同、项目投资、工程预算、工程质量、设备购买、项目施工等信息的数字化管理。然而从更深的层面出发，大多数建设单位没有设置可以兼容设计的项目管理信息平台，而且也没有无缝对接上游的数字设计产品的能力，另外，大多数建设项目还没有从设计那里获得充分完整的设计产品，因此，数字产品的潜力还没有得到尚未充分利用和充分发挥，尚未实现深层次的数字化建设管理及规划。我国电厂运行一般都配有计算机监控系统，而且一些电厂还配置有类似于国外生产执行系统的、在我国被叫做厂级监控信息系统，它们大体实现了过程控制和设备工作的数字化，并且具有一定的状态维修及控制优化能力。在电厂运作数字化上，和国际先进水平相对比，我国还需要设立以被控对象为前提的综合数字化逻辑模型，然后充分使用这些数字化逻辑模型，能够做到对数字化电厂模型的智能控制、故障诊断、优化控制、状态检修等[2]。我国在进行电厂管理时，非常多的业主采用比较完善的，包括行政管理、业务管理、资金及生产管理等主要作用的信息管理系统，但是有一些大型发电单位还运用单位资源计划管理系统。然而从数据链方面出发，从设计到运作的整个数据连接依旧没有完全疏通，依然做不到整个过程的数据共享。

3 智慧化全数字技术在发电厂中的应用

3.1 智慧化全数字基建

基于智慧化全数字技术的电厂基建工程，贯穿从电厂标识系统（KKS）编码、平面流程图、三维立体信息化模型、材料管理、全程三维设计优化、三维施工、设备建模和基建安全管理等多个环节。

智慧化全数字基建是从厂级数字化档案开始的，主要是基于KKS编码形成对设备和材料的管理。智慧化全数字电厂的管理信息系统具有较高的要求，通过引入KKS，形成一个能够贯穿电厂生命周期的编码体系，使电厂在规划设计、建设施工、启动调试及运行维护的各个阶段产生的信息都能被设计、施工、设备生产厂家、信息管理软件商和工程业主等各方准确理解和交流，同时易于计算机处理，使电厂的资产及信息从设计开始一直到运行维护都能够处于最佳配置。在基建的设计阶段，基于全数字化的三维模型平台，所有专业在共同的三维环境中协同设计，形成与真实电厂一致的工作过程[3]。

3.2 大数据分析平台

主要实现性能计算与耗差分析、节能优化与环保数据监测、为全厂资源优化调配提供数据支持等功能。主要组成部分包括：

（1）实时监控：基于HTML5技术，支持Web端和移动客户端，可覆盖DCS全部画面。

（2）历史趋势：可采用自定义查看、多参数查看等功能。

（3）报警预警：包括DCS定值报警、梯度报警、超限报警等，能实时生产报警报告。还可提供数据完整性校验、预测报警灯功能。

（4）性能计算：可依据国际标准、国家标准或行业标准对主要辅机进行耗差分析；还可实现设备、系统和机组级性能的数学模型的构建和性能的在线计算。

4 结语

数字化电厂的设计是一项复杂的系统工程，尤其是对已建成投产的大型电厂的数字化设计改造，受各种因素的限制，创建过程则更为复杂。目前国内还没有真正意义上的数字化电厂，因此，数字化电厂的创建必将使发电企业加速进入信息化时代，实现生产过程高度自动化和管理现代化质的飞跃。