智能电厂技术发展纲要.

1、智能电厂技术发展纲要Technology Development Program in SmartPower Plant（征求意见稿）中国自动化学会发电自动化专业委员会电力行业热工自动化技术委员会2016年 6月 25日1目录1智能电厂概念 .51.1智能电厂定义 .51.2智能电厂特征 .51.3智能电厂理念 .62智能电厂体系架构 .62.1智能设备层 .72.2智能控制层 .72.3智能实时生产监管层 .72.4智能管理层 .83智能电厂建设思路和范围 .83.1智能电厂建设思路 .错误！未定义书签。3.2全过程各阶段任务 .104智能电厂技术发展建议 .114.1智能电厂建设目标 .1

2、14.2各层架构具体技术建议 .124.3智能电厂建设的组织建议.142前言技术创新是推动世界经济发展和人类生活方式变革的源泉。当前，正在兴起的第四次工业革命将信息技术与工业深度融合，将为人类生产和生活图景描绘出无限生机。2015年，中国国家发展战略 中国制造 2025出台，明确提出要 “以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向”，基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革，通过“三步走”实现制造强国的战略目标，火电厂建设面临着新的机遇与挑战。工信部提出从设计信息化、生产制造信息化、物流信息化、信息化综合集成创新、服务型制造、装备信息化、产品

3、信息化、产业服务及行业管理信息化等 12个方向实施两化深度融合，加强系统整合与业务协同，提高大型企业集团信息化管控水平，增强企业资源共享和业务整合能力。在节能、减排政策要求和发电集团集约化、高效管理需求驱动下，发电企业对数字化电厂的建设已经进行了探索。过去十多年中，国内发电企业按照“管控一体化、仿控一体化”的发展方向，在数字化电厂建设方面取得了长足进步，如 DCS功能拓展、全厂控制一体化、现场总线应用、 SIS与管理信息系统深度融合等。大数据、物联网、移动互联、云计算、三维可视化、智能控制等技术的发展，为发电企业由主要以建设数字化物理载体为主的阶段，向更加清洁、高效、可靠的智能化电厂发展奠定了

4、基础。一些发电集团已经开始进行智能化电厂建设的前期规划、论证与实施。建设智能电厂已成为行业共识的目标。电厂数字化是智能电厂的基础，电厂智能化是电厂数字化技术的延伸与发展。智能电厂建设，需要进行顶层设计、全面规划、统一技术，梳理理念、明确路径、建立标准。智能电厂建设是电厂智能化的一个过程，应因地制宜、顺序渐进。3智能电厂与智能电网共同组成了智能电力，支撑着国民经济发展对能源的新需求。建设智能电厂是发电企业未来较长时期的发展方向。为此，中国自动化学会发电自动化专业委员会、中国电机工程学会热工自动化专委会、电力行业热工自动化技术委员会，联合进行了智能电厂技术发展和方向调研、 研讨，在侯子良教授级高级

5、工程师的指导下，组织广东电网有限责任公司电力科学研究院、国网浙江省电力公司电力科学研究院、国网河南省电力公司电力科学研究院、浙江能源技术研究院、上海明华电力技术工程公司等单位进行专题研究，制定了“智能电厂技术发展纲要”，提供给发电企业在进行智能电厂建设过程中参考。本纲要由中国自动化学会发电自动化专业委员会、中国电机工程学会热工自动化专业委员会、电力行业热工自动化技术委员会联合提出。本纲要由中国自动化学会发电自动化专业委员会归口。本纲要主要制定单位：广东电网有限责任公司电力科学研究院、国网浙江省电力公司电力科学研究院、国网河南省电力公司电力科学研究院、浙江能源技术研究院、上海明华电力技术工程有限

6、公司。本纲要主要编制人员：陈世和、尹峰、郭为民、杨新民、侯子良、胡伯勇、孙长生、朱北恒、沈丛奇。本纲要发布试行时间：本纲要在试行过程中的意见或建议反馈至北京市海淀区中关村东路95号中国自动化学会发电自动化专业委员会；邮政编码： 100190 。4智能电厂技术发展纲要（征求意见稿）1 智能电厂概念1.1智能电厂定义智能电厂（ SmartPower Plant， SPP）是指在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，达到更安全、高效、环保运行，与智能电网相互协调的发电厂。1.2智能电厂特征1.2.1 泛在感知： 基于信息物理系统（ CyberPhysica

7、l Systems，CPS）技术，通过先进的传感测量及网络通讯技术，实现对电厂生产和经营管理的全方位监测和感知。 智能电厂利用各类感知设备和智能化系统， 识别、立体感知环境、状态、位置等信息的变化，对感知数据进行融合、分析和处理，并能与业务流程深度集成，为智能控制和决策提供依据。1.2.2自适应： 采用数据挖掘、自适应控制、预测控制、模糊控制和神经网络控制等先进和智能控制技术，根据环境条件、环保指标、燃料状况的变化，自动调整控制策略和管理方式，适应机组运行的各种工况，使电厂生产过程长期处于安全、经济和环保运行状态。1.2.3智能融合：基于全面感知、 互联网、大数据、三维可视化等技术，深度融合多

8、源数据，实现对海量数据的计算、分析和深度挖掘，提升电厂与发电集团的决策能力。1.2.4互动化： 通过网络（包括无线网络）技术的发展，为电厂中设备与设备、人与设备、人与人之间的实时互动提供了基础，增强智能电厂作为自适应系统信息获取、实时反馈和智能控制的能力。通过与智能电网、能源互联网、电力大用户等系统信息交互和共享，实时分析和预测5电力市场供需状况，合理规划生产和管理过程，使电能产品能更好满足用户安全性和快速性要求。1.3智能电厂理念1.3.1全生命周期管理： 智能电厂的基本要求，即实现全厂设备的全生命周期（设计、制造、建设、运行、退役）智能管理。把设计过程中的三维模型、图纸和文档，建设过程中产

9、生的制造和调试文档，以及运行过程中产生的资产管理及实时数据在同一平台上集成应用，利用三维可视化技术和三维定位技术，实现设备安装、运行巡检过程中的三维仿真和实时互动功能。在智能电厂的各个层级实现针对全厂设备的全生命周期管理，实现全程可视化和全生命周期管理透明化。1.3.2 管控一体化： 综合考虑管理系统和控制系统在电厂智能化过程中的融合过程，根据实时的管理要求，调整生产计划和生产任务，并利用智能化控制手段将管理要求及时反映到生产控制层，根据调度要求和生产资料情况，调整生产控制策略，实现电厂生产的最佳经济性。1.3.3信息高度融合： 在智能电厂的建设过程中，信息流包括各类数据流、控制指令流、业务流

10、等，需要把握各类信息的流向，发掘和整合数据的价值。在信息融合的过程中，利用物联网技术，实现智能设备层的数据融合；在智能化控制层和智能化生产层，利用云计算、互联网技术进行数据存储，经过分析后整合为业务、生产和管理的信息条目，利用智能化数据提取技术完成管控一体化的要求；在智能化运营层利用大数据技术，整合与管理、决策相关的大数据内容，利用数据分析和数据挖掘工具，实现在集团层面的增值数据内容分析，应对新一轮电改形势下的购售电需求2 智能电厂体系架构智能电厂宜主要包括四个层级的体系架构，由低到高分别是智能设备层（ IntelligentField Equipment）、智能控制层（ Intelligen

11、tControl ）、智 能 生 产 监 管 层 （ IntelligentSupervisory ） 和 智 能 管 理 层6（ IntelligentManagement）。四层架构各有分工、高度融合，在滿足安全的前提下高效、合理组织信息流和指令流。2.1智能设备层智能电厂应对数量巨大的现场测控设备实施现代化信息管理， 完整、实时监测现场设备的运行数据与状态，执行机构动作及时、准确，大幅度减少调校、维护工作量。智能设备层主要包括现场总线设备、移动检测与智能执行机构，以及特种先进检测设备，分别为在线分析仪表、炉内检测设备、软测量技术应用、视频监控与智能安防系统、现场总线系统、无线设备网络、智

12、能巡检机器人、可穿戴检测系统等先进检测技术与智能测控设备。2.2智能控制层智能控制层是智能电厂控制的核心， 实现生产过程的数据集中处理、在线优化，是安全等级最高的系统。主要包括智能诊断与优化运行，分别为机组自启停控制技术、全程节能优化技术、燃烧在线优化技术、冷端优化技术、适应智能电网的网源协调控制技术及超低排放系统控制优化技术等，并实现控制系统安全防护。2.3智能生产监管层智能生产监管层汇集、融合全厂生产过程与管理的数据与信息，实现厂级负荷优化调度与燃料的优化配置，生产过程的寻优指导，设备状态监测与故障预警，实时监控与三维可视化互动、定位等，并实时监控生产成本。主要包括优化调度、状态分析与实时

13、监控，分别为厂级负荷优化调度技术，数字化煤场技术，全负荷过程优化指导，设备状态监测与故障预警，生产全区域的实时监控， 三维可视化互动、 定位，在线仿真技术，竞价上网分析报价系统等。72.4智能管理层智能管理汇集全局生产过程与管理的信息与数据，利用互联网与大数据技术，打破地域界限，实时监控生产全过程，实现智能决策，提高整体运营的经济性。智能管理主要包括智能管理与辅助决策，分别为集团安全生产监控系统，辅助决策与管理，专家诊断，网络信息安全，燃料智能物流，备品备件虚拟联合仓储，运营数据深度挖掘等。3 智能电厂建设思路根据智能电厂功能层次规划及相关的建设标准，各发电厂应结合企业自身的现状和特点，因地制

14、宜、注重实效，积极稳妥地推进智能电厂的试点和推广。智能电厂的建设应包括设计、制造、基建、运营、退役五个过程，体现全生命周期管理特点，需要不断积累建设与运营经验，使成果应用水平不断提升。智能电厂建设首先应做好总体规划，宜贯彻信息共享、功能融合、数据平台协调性的要求。3.1总体规划智能电厂总体规划应根据电厂建设机组容量大小、新建机组还是在运机组，以及原有信息和控制系统配置水平及管理水平等不同情况，从实际出发制定各个阶段的目标和实施步骤。智能电厂信息网络架构建设要充分考虑可扩性，以适应信息技术快速发展的特点。智能电厂系统规划时，各子系统的整合应确保之间的信息交换安全可靠，响应速度满足技术要求。各子系

15、统可以采用选择同一产品的一体化方案或不同产品间通过标准通信协议整合的集成方案。当采用集成方案时，不同厂家的二个子系统间的通信应事先经过充分实验，验证其有效性与可靠性。8应优先建设技术成熟、收益率高的智能技术项目；对于发展前景明显，但当前还未取得较丰富的成功实践经验的项目可先安排进行试点，采取积极稳妥、逐步推广应用的技术策略。3.2基本技术原则智能电厂应以可靠的智能装置、控制系统和信息系统为基础，其建设基本技术原则如下：3.2.1 实效性：对建设智能电厂应用的技术要进行认真评估， 讲求实效，经得起实践验证，确实对电厂安全、经济和环保发挥明显作用。3.2.2 前瞻性：智能电厂建设，特别是数字化物理

16、载体建设要有前瞻性，防止由于物理载体建设限制了各种智能技术的进一步开发和应用。3.2.3 安全性：智能电厂建设要确保设备安全， 严格执行有关国家标准、行业标准和行政法规。3.2.4 控制要求： 设备应具有自适应、故障自检能力，满足可观测、可控制及互操作能力要求。3.2.5 运行水平： 智能电厂可靠性、经济性、负荷调节性能和环保运行水平应优于传统电厂。应满足生产过程无人干预和少人值守要求，并提供丰富的可视化手段。3.2.6评判标准： 以功能和性能评价为主，可采用常规技术实现，鼓励成熟新技术的应用。3.2.7全过程： 智能化系统应覆盖电厂生产运行全过程，以及检修维护和经营管理的主要过程。3.2.8

17、 管理创新：智能电厂建设要把发展智能技术和管理创新紧密结合，要根据智能技术的发展适时创新管理模式，更新管理理念，只有这样智能技术才能按新的管理模式健康发展，充分发挥作用，真正取得实效。3.2.9 信息安全：智能电厂的核心要求是实现本质安全的智能发电技术，信息安全是最基础和需要始终保持高度关注的建设内容。信息安全应做为智能化电厂的基础设施全局实施，评估新技术引入后给智能电厂带来的安全隐患。智能电厂按照“横向分区、纵向防御”的安全策略，建立基于智能电厂的信息安全策略，主要建立在几个层面：包括智能设备级9的智能装置和传输协议的安全、智能化控制层中工业控制系统和工业控制网络的安全、智能化实时生产监管层

18、以及管理层中基于内部专网，以及其它基于互联网的信息系统的安全。3.3全过程各阶段任务3.3.1 设计阶段： 利用三维数字化设计技术， 实现三维模型数字化。三维数字化系统以三维模型为数据集成的载体，数字化的三维模型结构以及三维模型编码技术是实现三维模型数字化的核心。同时优化设计方案，合理配置先进检测设备、基于工业以太网或现场总线协议的控制系统,以及优化配置监测控制、监管和管理信息系统。统一文档资料、图纸规范，方便归档与交流。根据国家编码要求，细化设备编码。3.3.2 制造阶段： 利用三维图纸等数字化设计资料，进行制造，智能电厂中的各部件、设备制造都必须依据国家编码进行分类与管理，制造厂家依据设计

19、院提供的三维图纸进行制造， 宜提供零件与设备的三维图形。完成现场检测及控制设备的生产、实时控制技术、厂级优化系统、集团级控制技术的软硬件开发。3.2.3基建阶段：这期间数据主要为各设备厂家、 施工单位、监理单位、调试单位等提交的各类纸质或电子文档，为保证基建期间数据的有效利用，需要相应的数字化处理流程，在保证数据完整、正确的同时，实现文档数据的数字化。利用先进的管理系统实现各基建单位之间的统筹管理。利用三维可视化技术实现设备安装、土建工程进度虚拟化，提高工程管理水平。完成各类现场软、硬件设备的安装及调试，实现相关控制与优化功能。根据相关技术标准，实现数字化移交。3.2.4 运营阶段： 针对电厂

20、实时监控、资产管理等电厂运维系统供应商提供的接口数据类型，开发数据接口，将运行期不同类型、不同格式、不同来源的数据进行筛选分解后，按照三维数字化系统要求的统一格式进行本地化处理，实现运行期生产运维数据的数字化及运行效益的最大化，提高火电厂运行可靠性。3.2.5退役阶段： 智能电厂在现有管理信息系统各模块的基础上，充分依据长期历史数据分析、三维模型特有的空间概念及三维实体造型，确10定合理、经济的退役时间，为企业的决策提供依据。分门归类统一记录格式，将各层级投运的软、硬件设备长年投运及检修的数据及资料进行分类整理，为后续系统的开发与完善、设备的再利用，积累经验及数据。4 智能电厂技术发展建议智能

21、电厂建设涉及发电企业的全过程与整体架构，是一项综合性、全局性、长期性的系统工程。本章将对近期我国智能电厂技术发展目标、架构和组织等提出建议。4.1智能电厂建设目标4.1.1 实现机组安全可靠、经济及环保运行，并能更好地满足电网运行和电力用户需求。4.1.2 提高对系统、设备运行状况的可靠感知水平，减轻员工现场工作强度，提高装备运行监控能力，提升管理效率和安全防范水平。4.1.3 实现设备的全方位、全生命周期管理和预防性检修，有效提高设备可靠性和寿命，降低运行和维护成本。4.1.4 实现燃料的精细化管理，以及实时分析和优化锅炉燃烧性能，提高燃烧效率，降低燃料成本。4.1.5提高发电企业的生产和管

22、理效率， 提升参与电力市场的竞争能力。4.1.6 开展技术专家系统对电厂的远程服务，包括机组的远程监测、优化指导、故障诊断等，实现控制系统参数的远程试验、调整及设备的远程故障诊断。4.1.7积极开展试点建设多层高级监管平台（级，集团级和科技中心级）、及其相应的高层监管智能决策系统, 在取得成功经验后再逐步推广。在电力市场化进一步推进的条件下，宜另外设置多级报价决策平台及其相应的竞价上网分析报价系统。4.1.8 实现发电集团对各电厂的实时监控、统一管控、资源共享和统筹经营管理，提升集团竞争力和效益。4.1.9 实现发电企业员工的高效和智能化培训。114.2各层架构具体技术建议4.2.1智能设备层

23、：1）新建电厂单元机组和辅助系统（车间）宜积极推广现场总线系统以及智能化总线变送器、执行机构、电动阀门和辅机电动机开关柜，以便为电厂长远发展奠定智能化物理基础。2）对已经部分应用现场总线技术的电厂，应组织力量、加强管理，应用和研究完善智能测控设备的智能化功能，提高电厂运行安全性和测控设备信息化管理水平。3）煤质、飞灰含碳量、氧量（一氧化碳）、风粉混合物浓度、煤粉细度以及炉膛温度场等的测量是确保智能电厂运行和控制优化的重要基础。对于经实践证明已经初步可以成功工程应用的设备和技术，包括软测量技术，应积极安排试点，总结经验，推动完善，并积极稳妥的逐步推广应用。4）关注物联网技术、射频技术以及可移动视

24、频图像技术（机器人、无人机、可穿戴设备）的发展，积极开展应用试点，将人工巡检和信息手工录入提高到智能巡检的水平，使各级生产维护人员能够直观及时共享电厂各类设备的运行工况，及时发现和处理设备运行中出现的异常、缺陷和其它安全隐患。4.2.2智能控制层：1）实时生产过程控制层中各单元机组和全厂辅助系统应分别设置DCS（PLC）控制系统，相应的优化控制系统在条件许可的条件下，宜一体化的列入到各通用控制系统中；也可设置专用优化控制平台，但应确保与通用控制系统无缝整合和控制安全。3） 600MW 及以上容量的新建火电机组应配置和投运机组自启停功能（Automatic unit start-up and s

25、hut-down system，AUS）,以提高机组启停和初期低负荷阶段的自动化水平和运行安全性。对于未配 AUS功能的在运 1000MW 等级机组也宜通过改造增配 AUS功能，并以此促进整个机组自动化控制系统的完善。124）根据智能电网对智能化电厂的需求，应通过机理分析和系统辨识相结合建模，釆用先进控制策略与技术， 实现控制参数最优搜索和整定，完成过程重要参数的精细控制，最大限度实现机组全负荷范围的控制，保证其安全性和经济性，包括燃烧在线优化、滑压优化控制、凝结水压力适应控制等技术。在试点取得成功经验的基础上, 先在一部分电厂配置锅炉燃烧优化控制系统，重视和着力对超低排放没备和系统的控制系统

26、进行优化，并争取尽快推广应用，以满足火电厂超低排放的需求。4.2.3智能生产监管层：1）智能电厂宜设置厂级控制系统，完成全厂负荷（包括有功功率和无功功率）优化调度，并作为机组数据挖掘和优化控制通用平台。2）电厂厂级实时生产过程监管层与电力集团级实时生产过程监管层间应通过电力集团专网（内网）进行信息通讯，以确保电厂信息安全。3）智能电厂体系结构规划时， 电厂厂级和电力集团级报价决策系统应按安全区分级为二区的原则留有今后设置的可行性。4）应重视高端复杂的数据挖掘和智能优化开环指导技术的开发和应用，它与闭环智能控制技术共同构成智能电厂优化功能不可分割的两翼。高端实时监管层（系统）应在实现基本物理架构

27、和基本应用功能的基础上，发展以下智能分析和指导功能：系统（设备）故障诊断和预警功能；机组间运行方式和性能优化功能，包括冷端优化技术等；电厂级和集团级负荷调度和报价决策功能（客观条件成熟时）；设备状态检修技术。4）对电厂实时生产过程，在厂级实时生产过程监管系统的基础上，宜在全厂设立一个由高级技术人员值班的全厂负荷实时调度控制，以及机组高层监管（诊断）中心，把单元机组一线值班员无力完成的职责，以及离线生技部门低效的非值班制的管理方式，变成一个高级的值班控制和监管（诊断）中心的模式，提高电厂智能化水平。5) 建立发电设备远程诊断中心，实现对发电设备的生产过程监视、性能状况监测及分析、运行方式诊断、设备故障诊断及趋势预警、设备异常报警，主要辅助设备状态检修、远程检修指导等功能。通过应用软件分析诊断结合专家会诊，定期为发电企业提供诊断及建议报告（包括13设备异常诊断、机组性能诊断、机组运行方式诊断、主要辅助设备状态检修建议）；服务包括：实时在线服务、定期服务、专题服务。6) 开展控制系统远程服务，包括控制系统远程监测、测试、维护、优化，控制设备远程故障诊断，机组模型远程辨识等，如调节系统的控制品质监测和评价，调节系统的对象特性、