智慧电厂系统解决方案

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来源：《工业技术创新》2017年第03期

        摘 要：鑫光发电有限公司智慧电厂建设是一项系统工程。作为新技术推广应用，从实用性和可用性的角度出发，从基建MIS、信息化设计架构、三维可视化仿真系统、电厂管控一体化系统和基于互联网+的安全管理系统等各个环节作了详细论述，提供了实现智慧电厂的具体实施方案。智慧电厂提高了发电厂的信息化和智能化水准，为电厂实现提升管理水平、提高运行指标、实现节能降耗和达成减员增效提供了技术保障。

        关键词：智慧电厂；基建MIS；互联网+；节能；减员增效

        中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 03-170-04

        工业技术创新 URL： http： //www.china-iti.com DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.03.048

        引言

        智慧电厂是在广泛采用现代数字信息处理和通信技术的基础上，集成智能传感与执行、智能控制和管理决策等技术，达到安全、高效、环保运行，并与智能电网相互协调的现代化电厂[1-10]。鑫光发电有限公司智慧电厂的建设是一项系统工程。作为新技术的推广应用，本文将从实用性和可用性的角度出发，从智慧电厂的总体方案设计进行详细论述，提供智慧电厂的具体实施方案。

        1 总体方案设计

        1.1 MIS方案

        目前，鑫光基建MIS主要是为用户提供基建项目执行阶段、项目投运阶段的信息化解决方案。包含以下功能：投资管理（概算管理、投资计划管理、资金计划管理）、招投标管理、合同管理、材料管理、设备管理、工程进度管理、工程设计管理、安全管理、质量管理、达标投产管理、人力资源管理、档案管理、办公自动化管理、企业网站管理、辅助决策、系统管理。核心业务系统流程图如图1所示。

        1.2 信息化设计架构

        信息化设计是实现全生命周期信息化电厂的基础。由设计院将三维设计升级到信息化电厂设计，包括流程图、模型、文档、表格、清册、说明等。同时还有设计院牵头负责设备厂商、施工单位、调试单位移交的纸质技术资料转化成信息化文件，最终形成真正的信息化移交成果。设计院需完成的三维信息化模型设计主要包括建筑物结构、主设备结构、主要辅助设备结构、管道、电缆敷设、供热网络等内容，从而建立电厂的三维模型，为DCS系统三维可视化和数字虚拟电厂建设创造条件。

        1.3 三维智能监控仿真系统

        我国能源结构的调整对传统电厂的运营水平提出了更高要求。与此同时，电厂还必须使员工在运行、检修维护方面得到更好的训练，对高效的人员培训需求更为迫切。但传统仿真机是基于二维画面的培训过程，往往过于抽象，非专业人员或新手不易理解，且无法表现现场真实的设备结构及动作过程，使培训过程变得枯燥而冗长。而三维可视化仿真系统的出现解决了这一问题，它是在传统仿真机的基础上建设具有特色的三维可视化仿真系统模型，是集虚拟现实（VR）技术和交互技术于一体的高精度、沉浸式仿真系统。如图2所示，充分利用设计院的三维模型和电厂激光扫描数据，向用户呈现一种三维虚拟现实（VR）工作环境仿真场景，学员可以在此场景内简便而快速地进行浏览、学习，就像在操作计算机游戏一样。

        1.3.1 智能可视可控资产布局

        发电厂生产现场多为高温高压设备，具有一定的危险性，火电厂全厂面积大、设备多，新员工需要很长时间熟悉厂内环境及设备位置。通过虚拟现实技术，可直观、真实、精确地展示工厂各种设施、设备形状及生产工艺的组织关系，以及设施、设备的分布和拓扑情况。用户在电脑上就可以浏览整个工厂现场，如同亲临现场。同时系统将装置模型与实时、档案等基础数据绑定在一起，实现设备在三维场景中的快速定位与基础信息查询。

        1.3.2 可视化操作指导

        三维可视化监视系统实现操作流程演示学习，用于对生产装置所采用的技术方案、装置内各主要设备之间的关系及物流走向等内容进行讲解。以文字介绍、视点变换、动作模拟等方式对操作流程进行模拟演示，以被动接受的方式让使用人员熟悉装置操作流程。

        1.3.3 可视化设备培训

        设备培训是针对典型设备进行可视化培训，依托三维仿真及虚拟现实技术为技术支撑，制作典型设备的高精度3D模型。在模型基础上，制作出生动、形象的三维动画视频培训课件，从而实现对设备基本信息、结构组成、工作原理、标准操作以及故障分析等内容进行可视化培训。

        （1）基础信息：主要对设备的名称、类型、用途、特点等基本信息进行演示讲解；

        （2）设备结构：主要通过对高精度设备3D模型进行结构拆分或剖切，对设备的结构组成及各组件名称等信息进行动态演示讲解；

        （3）工作原理：运用虚拟现实技术，模拟设备正常工作时的运行状态，对设备的工作原理进行动态演示讲解。

        （4）标准操作：主要是对设备实际操作过程中需要遵循的标准规范进行动态演示讲解。

        （5）故障分析：主要对设备的常见故障及解决方法罗列总结进行动态演示讲解。

        1.4 电厂管控信息化系统

        智慧电厂管控信息化系统由传统管理信息系统MIS和监控信息系统SIS两者互相集成。系统主要功能包括财务、人资、运行、设备台帐、检修管理、安全管理、预算管理、物资管理、合同管理、巡点检、指标管理及无线智能终端的应用等软件模块。

        1.4.1 技术架构

        技术架构充分考虑智慧管控系统未来业务发展趋势。通过信息技术手段，充分体现发电企业各个环节的互动性和信息化，以及发电企业经营管理的集中化。以面向服务的设计理念，借助信息服务总线的业务应用，柔性接入机制支撑未来业务的调整和发展需要，并以先进的技术手段实现灵活的展现形式。通过技术手段保障业务、应用和数据领域涉及的信息安全。

        1.4.2 移动应用

        移动终端应用支持当前主流移动平台Android（安卓）和iOS（苹果）的移动终端应用，实现智慧管控在移动终端上的延伸使用。

        移动应用满足企业移动办公的需求，能够快速全面的将移动办公、辅助分析及消息提醒等功能延伸到管理人员和业务人员的手机中，为企业提供移动的实时的信息化服务。

        1.5 基于互联网+的安全管理系统

        基于互联网+的安全管理系统是通过定位基站和定位标签采集定位数据，通过基础配置维护区域、标签和人员的关系，通过集成定位数据和关系模型形成人员定位、人员轨迹回放、动态预警、区域及设备监测等应用功能。在这些集成应用功能的基础上，进行进一步的数据分析和处理，形成诸如安全管理、考勤管理、考核管理等高级应用功能。

        在电厂三维空间建模和现场通讯、定位基础上，按照安全类型和安全级别在电厂生产三维模型上对现场位置进行划分和定位，将每一位置所对应的安全注意事项和危险预防措施与该位置设备所对应的安全等级、注意事项、运行标准等信息关联起来。并根据人、机、料、法、环五要素进行安全内容分解，建立主动安全数据库。当人员在现场进行巡点检或检修工作，到达相应位置时，主动安全数据库自动定位人员位置，并将附近正在进行的运行操作、检修工作、当前位置安全信息、风险预控措施及历史事故记录等信息主动推送到人员携带的移动设备上，对现场工作人员进行主动安全综合信息提示，避免不必要的事故。

        系统由高精度定位基站、定位标签、网络传输设备、定位服务器、应用服务器、实时数据库、关系数据库等部分组成。

        2 讨论

        鑫光电厂充分具备了提高生产效率、减少能源损耗、优化人力资源配置、降低维修费用、增强安全性和可靠性等优点，最终达到了电厂安全、经济运行和节能增效的目的。

        2.1 优化人力资源配置

        全厂统一采用基于DCS的现场总线技术，实现机、炉、电、辅一体化集中控制，可以大幅度减少辅助车间的运行人员，达到减员增效的目的。

        智能仪表设备管理系统的应用，实现了智能仪表的在线组态、调试、校验管理、诊断及数据库事件记录，可大大降低检修维护人员的工作难度和强度。

        2.2 增强安全性和可靠性

        采用机、炉、辅、电一体化集中控制方式后，各系统控制功能之间的数据交互可以在统一的通信平台上进行，避免了众多的数据交换接口，可以很大程度上减少数据交换的故障发生率。

        采用机组一键启停（APS）技术后，大大减轻了操作人员的工作强度，减少了出现误操作的可能，提高了机组运行的安全可靠性。APS还可缩短机组启动时间，提高机组的经济效益。

        智能仪表设备管理系统的应用，可以对仪表设备信息进行实时、准确的掌握，有助于从全局角度加强设备的安全监管，增强设备的安全性。

        2.3 减少机组非计划停机，提高上网电量

        采用厂级监控信息系统，对机组的故障和工况偏离进行预测分析，分析发生异常或故障的原因，预测异常事件的发生和安全预警，并对运行人员的操作提出建议，减少机组非计划停机，提高上网电量。

        2.4 减少建设费用

        一体化的控制系统，可以减少采购费用，避免在各种通信接口或通信界面上的投资。采用信息化管理技术，可以改善从施工、安装、调试到生产运行、维护的过程，使其更加准确有序，缩短建设和检修周期，减少无谓建设和停机检修。

        3 结论和展望

        随着现代科学技术的发展，智慧电厂支持系统技术（数据库支持系统、计算机网络支持系统、三维模型支持系统和信息编码支持系统）日趋成熟，智慧电厂已有了充分的基础。以下阶段性成果即将产生：

        （1）发展“机炉辅电”控制一体化，消灭控制孤岛，实现全厂集中控制。

        （2）深入开展智能信息化协同设计，完善信息化设计移交成果，实现虚拟化数字电厂产品。

        （3）现场总线和工业以太网技术成熟与统一，实现控制系统的全信息化。

        （4）电厂三维模型与电厂信息数据达成耦合，建立智能化的电厂三维模型。

        参考文献

        [1] 冯庆东. 能源互联网与智慧能源[M]. 北京： 机械工业出版社， 2015.

        [2] 陈明， 梁乃明. 智能制造之路： 数字化工厂[M]. 北京： 机械工业出版社， 2016.

        [3] 杨青峰. 智慧的维度：工业4.0时代的智慧制造[M]. 北京： 电子工业出版社， 2015.

        [4] 揭骏仁. 智慧电厂的物联网环境监测平台[D]. 北京： 北京交通大学， 2013.

        [5] 广东省电力行业协会. 智慧提升效益创新成就发展——广东红海湾发电有限公司打造智慧型电厂纪实[J]. 中国电力企业管理， 2012（8）： 66-67.

        [6] 建设节能环保燃煤电厂——国电福州发电有限公司环境保护工作侧记[J]. 环境教育， 2011（9）： 109.

        [7] 科学建设环保电厂 倾力打造绿色能源——记江西中电投新昌发电有限公司总经理黄传安[J]. 环境保护， 2010（15）： 74-75.

        [8] 王亚连. 华电昆明发电有限公司昆明二电厂一期工程全部建成投产[J]. 云南电力技术， 2006（5）： 85.

        [9] 张帆. 智慧电厂一体化大数据平台关键技术及应用分析[J]. 华电技术， 2017， 39（2）： 1-3.

        [10] 燃煤电厂超低排放再升级——华电章丘发电有限公司节能减排工作纪实[J]. 环境教育， 2015（3）： 94-97.