智能电厂数据平台建设探索

郭廷锦

（福建福能股份有限公司 福建福州 350001）

0 引言

在节能减碳“3060”目标指引下，我国着力构建新型能源体系。根据中国电力企业联合会发布的《2023 年1—3 月份电力工业运行简况》［1］，截至2023 年3 月底，全国发电装机容量26.2 亿kW，其中非化石能源发电装机容量13.3 亿kW，同比增长15.9%，占总装机容量的50.5%。水电、火电、风电、太阳能发电分别为4.2 亿、13.4 亿、3.8 亿、4.3 亿kW，其中燃煤发电11.3 亿kW，同比增长仅1.8%，风电同比增长11.7%，太阳能发电同比增长33.7%，可见燃煤发电在未来能源结构的占比将越来越低。如何提高煤电的运营管理精细化水平、提高煤电的盈利能力将是煤电企业的重要课题。

2015 年，《中国制造2025》［2］明确提出要“以信息化与工业化深度融合为主线”，提出了中国制造强国建设“三步走”战略，是中国制造向智能化转型的行动纲领，实现从相互促进、相互带动到深度融合的发展，核心是通过信息化支撑，促进企业做大做强。2016 年，我国正式发布了《关于推进互联网+智慧能源发展的指导意见》［3］，促进能源和信息深度融合，实现智能发电是发电企业提升管理水平、培育市场竞争优势的创新举措和有效途径。

智能电厂是发电企业的未来发展方向，也是发电企业信息化应用的高级阶段，更是多学科、多领域之间相互交叉、相互渗透、相互支持，实现信息化与工业化深度融合的必由之路。本文针对智能电厂总体框架中数据平台部分，从提高大容量热电联产电厂的运营管理效率、提高安全性和可靠性的工程需求出发，结合当前的工程实践和技术成熟度2 个维度，对智能电厂的工程数据平台进行探索研究，提出了智能电厂工程数据平台总体方案及实施路径。

1 智能电厂总体架构

2016 年，中国自动化学会发电自动化专业委员会提出《智能电厂技术发展纲要》［4］，对于智能电厂的定义为：智能电厂（Smart Power Plant）是以现代数字信息技术、通信技术以及智能传感、执行、控制、决策技术等为基础的智能发电模式，可使电厂更高效、更安全、更环保。智能电厂包含4 层体系架构，即智能设备层、智能控制层、智能生产监管层和智能管理层。

智能电厂以人工智能、大数据、物联网、移动互联等现代信息技术为支撑，围绕电厂的“安全、运行、检修、管理”，构建全厂统一的数据平台，由“智能运行”“智能检修”“智能基建”“智能经营”“智能安防”“智能园区”体系，建设具有自我及环境感知、主动预测预警、辅助诊断决策、统一集约指挥的“智能电厂”，实现电厂运行、维护和管理的信息化、自动化、智能化，实现全面的人员和设备安全管控［5］。

智能电厂的本质是进行信息化和智能化的深度融合，其建设基础是数字化解决方案和一体化的数据中心。人工智能的基础是大数据，智能电厂的成熟和部署，取决于电厂大数据的开发和人工智能应用方案的进展。

智能电厂总体框架将依据企业私有云实现，通过厂级云平台形成计算、存储、网络的统一资源池，结合智能应用的开发、成熟、部署而逐渐完善平台功能。智能电厂网络架构见图1。

图1 智能电厂网络架构

2 智能电厂数据平台架构

2.1 智能电厂数据平台概述

智能电厂数据平台是实现信息传输、数据存储、业务融合、信息展现的基础平台，为智能电厂提供可靠的技术支撑，促进业务融合，消除信息孤岛，实现各业务管理子系统间的数据贯通。

平台中数据经过数据分析和挖掘，转变为信息、知识，并对外提供统一的数据访问接口，作为公司的数据中台，为智能化应用提供支持［7］。这也是数据中台（DAAS）的实现方式。

2.2 智能电厂数据平台架构

电厂数据平台提供统一的数据采集、数据存储、数据分析以及应用资源管理与运维监控等功能，具备应用弹性伸缩、高可用集群、负载均衡、持续开发与集成的能力，见图2。

图2 智能电厂数据平台架构

3 智能电厂数据平台建设探索

3.1 总体建设原则

传统火力发电厂控制和管理系统可分为3 个层次：厂（管理）级SIS/MIS；机组（车间）级DCS/PLC；现场设备级。目前，机组（车间）级DCS/PLC 已经实现了数字化，厂（管理）级SIS/MIS也普遍建立了数据库及各种监控和管理软件，数字化基本实现。现场设备级目前主要通过现场总线技术，在工程规划建设和后期运营期间，通过不断扩展现场总线接口，可实现完全的数字化。由于机组（车间）级已经实现了数字化，只需要给下层的现场设备级预留充分的接口，数据平台的现场数据采集传输模块可以完全贯通。此外，基于数据平台的数据存储挖掘以及后续的数据应用，只需在数据平台预留数据接口即可。

因此，智能电厂数据平台的建设，应遵循一次总体规划、分模块分阶段逐步实施的原则。对于工程建设过程中的设计、采购、建造、竣工等工程信息应全部采用数字化移交；对数据平台的数据采集、传输、存储和数据挖掘等模块，应统一规划，预留接口，逐步完善，分步实施。

3.2 数字化设计

三维数字化电厂建模，是整个智能电厂的模型和数据的基础性工作，是对专业性要求很强的工作。需做到模型与实物的一致性，保证模型外观、层级、位置、编码、属性的一致，以满足三维数字化电厂展示与查询、图纸关联查询、设备编码，满足后期ERP、SIS、MIS 等系统的应用要求。

以设计院、制造厂提供的三维模型为基础，通过对主、辅机设备进行三维建模，形成高精度、等比例的三维模型，构建与电厂一致的虚拟电厂，将现实电厂的工业厂房及设备在计算机中三维虚拟展示出来，利用数据库技术、数据采集与监视控制技术，将电厂的工业厂区和生产设备的运行状态参数与运行及监控系统同步连接，实时展示在虚拟电厂系统中。在三维虚拟场景中可实现对工业厂区的浏览和设备的查询管理。

3.3 数字化移交

数字化移交工作是智能电厂的基础，也是智能电厂的重要组成部分。数字化移交工作应以工程编码为基础，构建好数字化移交的文件结构，以数字化项目管理为手段，将工程建设中与电厂物理对象相关的信息收集好、管理好，并最终形成1 个完整的电厂信息产品，给用户提供合格有效的原始基础数字化内容以支撑实体电厂的数字化管理、数字化控制等信息系统。

电厂数字化移交工作需要多方面的协调配合，因此需要对移交过程、移交策略、移交计划、移交内容和移交的形式进行规定，以指导、规范整个工程数据移交的工作，约束和统一参与工程各方提供的数据。项目应建立或支持满足一定要求的信息化环境，以相容的方式产生、管理、使用、交换、获取所有与设计、采购、建造、竣工等工程相关的信息，并将其作为工程成果交付。

3.4 数字工程平台

智能电厂数字工程平台是建设集成三维数据的电厂全生命周期数据融合平台，实现三维数据与设备信息、运维业务信息、ERP 数据等的整合与融合，并通过电厂全息三维数字化模型实现物理世界与虚拟世界的联接，为全价值链数字化电厂的建设打下基础。

智能电厂数字工程平台能够同时实现数据聚合和管理提维。数据聚合的重点是实现数据的互联互通，在电厂各独立运行的信息系统之上建立数据总线，统一追踪、存储、分析数据，为电厂生产的运维决策提供数据支撑；基于数据的互联互通，并依托电厂三维模型的可视化，能够实现电厂管理提维，即将管理操作系统由现有二维管理体系提升到三维管理体系，在实现管理操作界面直观可视化的同时，获取信息更快捷、更高效，从而建立起1 套更高效、更安全、更友好的管理体系。依托智能电厂数字工程平台中的VR 组件，可以进行员工培训、安全教育等富有沉浸感知功能的体验，丰富培训形式。

3.5 信息安全平台

近年来，国家在电力监控系统安全防护方面出台了许多政策，例如《电力监控系统安全防护规定》（国家发展和改革委员会2014 年第14 号令）、国家能源局《关于印发电力监控系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通知》以及网络安全等级保护制度2.0 标准等正式发布，电厂也应严格按照电力监控系统安全防护的要求开展工作。比如成立组织机构、完善制度、“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”、安全加固、风险评估等工作；按照《网络安全等级保护基本要求》（GB/T 22239—2019）组建安全通用要求框架结构见图3。

图3 安全通用要求框架结构

4 结语

随着我国新型能源体系的构建，智能电厂对于技术相对复杂的传统火电企业的降本增效安全稳定运行具有重要意义，而智能电厂建设基础是数字化解决方案和一体化的数据中心。对于工程建设过程中的设计、采购、建造、竣工等工程信息应全部采用数字化移交；对数据平台的数据采集、传输、存储和数据挖掘等模块，应统一规划，预留接口，逐步完善，分步实施；通过上述措施，智能电厂数据平台的建设不仅可以匹配智能电厂的实际运行需求，也能不断提升智能电厂的数字化、智能化水平。