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探索数字化电厂新架构，三维可视化成主力

发布时间 ：

2019-10-21

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近年来，网络信息技术的高度发展，为产业数字化发展提供了现实可能。数字电厂作为能源产业的新理论和方法，成为相关领域的热点话题。由于其可以对电厂物理和工作对象进行全生命周期量化、分析、控制和决策，进而提高电厂价值，于是一些企业对此进行了许多实用化尝试。

数字电厂融汇智慧技术

“数字电厂是‘数字华电’战略的重要部分，也是最难啃的骨头。”华电电力科学研究院有限公司热控技术研究所所长蔚伟在2019中国国际清洁能源博览会开幕式暨中国智慧能源产业峰会上表示，我们的研究目标是建设网源协同、指标最优、成本最低、满足电力市场需求的数字电厂，最终实现无人值班、少人值守。
据介绍，近几年数字电厂发展的基本架构是金字塔模型和立方体模型，目前各发电集团基本上都是在原有的立体化建模基础上，建设数字化模型、数字化控制等。但在建设数字电厂的过程中，许多电厂发现很难将数字电网搭建在原有基础上。
“本来我们的目标是实现无人值守和少人值守，然而在现有基础上建设数字电厂，就必须扩建大量机房，一方面增加了电厂的财政负担，另一方面也需要增派更多人员维护新系统。”蔚伟认为，在现有架构基础上开发数字电厂有些“得不偿失”，并且许多电厂在实施的过程中还未考虑远程控制等功能，这会对电厂的深度开发产生影响。要想解决这些问题，蔚伟认为，首先要转变理念，要将数字电厂作为一门“学科”来研究。
据了解，一些电厂已经意识到数字化的强大作用，于是开始建设数字电厂。这些电厂从数据标准、数据平台、数据应用等方面着手建设，试图解决信息传输与有效利用等问题，甚至还有电厂提出了“数据资产”的概念。但部分电厂也因此陷入数据质量、系统维护、平台建设的“泥潭”里，实际建设情况与期望的业务功能、应用效果相距甚远。
“以新一代人工智能为代表的方法和技术，能够与业务需求更紧密地结合，从而使大数据、云计算回归能源行业将之应用的初衷。”蔚伟表示，现在数字电厂有6个“靠谱”的研究方向，分别是一体化数据平台、三维可视化、设备状态监测与远程诊断中心、智能优化控制平台、智能管理系统、数字自起停技术。
蔚伟介绍，筹建一体化数据平台主要探索的内容是数据中心、服务和一体化应用，需要解决传统关系型数据库和大数据库融合的问题。华电参考AE4标准，建立了公共信息服务模型。
针对三维可视化电厂，华电主要进行三维数字化设计与移交、集成与管理。在设备状态监测与远程诊断中心方面，目前规模以上的电厂大多是国外全套引进、定制开发，而华电在此基础上建立了一套专业的远程诊断管控系统，可以将机理分析和数据分析有机结合，从而为优化系统提供指导。此外，为了智能优化控制平台能够实现无人值守、远程值班的功能，华电规划了庞大的平台架构，利用了先进的传感测量技术，将DCS和基础运行相打通，将运行监测、运行控制相结合，最终实现运行管理和控制的闭环。
在建设智能管理系统时，表面上体现出的问题是数据不佳，但实际却是管控模式和管理系统存在问题。华电在检修的过程中，严格把控从诊断监测到检修决策的系列环节，并将备品、备件和检修标准化形成完整闭环。为了完善机组自起停技术（APS/AUS），华电在许多环节引入了视频监控系统，可以在更大范围内实时监控机组状态。

深度挖掘数据价值

今年7月，西门子（中国）有限公司执行副总裁姚振国在接受采访时表示，以数字化手段形成最佳决策，已成为电力行业的新课题。数字化手段能够优化资产性能、降低成本，通过挖掘和利用发电设备每天产生的海量数据，形成设备“病历本”，从而为决策提供参考基础。
据了解，早在十几年前，西门子的发电设备就自带远程诊断功能，项目客户可自行决定是否使用该功能。若启动远程诊断功能，西门子分析团队则能根据设备运行数据制定主动预防性维护措施，尽可能防止或减少非计划停机时长。
据介绍，西门子基于以往项目数据进行估算，燃煤电厂在部署数字化方案后，非计划停机时间可减少7%，非计划减负荷运转可降低8%，运维人力成本可下降20%。对于中小型燃机电厂来说，非计划停机时间可减少13%，非计划减负荷运转可降低16%，运维人力成本可下降33%。
数字化电厂将设备运行数据具象化后，需要同时处理的状态感知数据量增多，这对管理相应数据的智能平台提出了巨大挑战。在采购国外企业系统的同时，一些企业也在联合高等院校开发属于自己的新系统。
“在综合能源管理方面，我们和清华大学一起，开发了IEMS系统，通过数字建模和优化算法，实现多能耦合和源网荷储协同，提升了30%的能源利用效率。”国家电投集团信息技术有限公司党委书记徐祖永在会上表示，国家电投实现了多平台一体化，将多个场站的多个设备组织到一个平台上，进行数据共享、预警等，其中还包括智慧决策。
据介绍，国家电投在智能平台上接入了200多台火电机组，同时还把塔站和ERP有机融合，实现了工单自动生成。如果系统发现需要检修的地方，能够自动生成工单，通过GPS实现人员安全和设备安全，并辅助运维人员实现精准操作。相关数据显示，国家电投已有70%的机组已经开展或者正在开展智慧化电厂建设。
“整体来说，现在我们仍然处于初期探索阶段，还有很多需要进一步开拓创新的地方，也还有很多需要借助科研机构、生产厂家以及能源领域相关同仁共同研究、共同探索的地方。”徐祖永说。


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