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1      方案背景與目標

隨著碳達峰、碳中和目標及“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的提出，智能發(fā)電技術已成為全面提高電力系統(tǒng)運行效率、推動能源革命的必然趨勢。國內(nèi)外多家能源企業(yè)及自動化公司對電廠運行智能輔助駕駛系統(tǒng)技術進行研究，但尚無成熟應用，且目前電廠運行智能輔助駕駛系統(tǒng)概念并無行業(yè)標準，電廠運行智能輔助駕駛系統(tǒng)建設架構及內(nèi)容存在明顯差異。

科遠智慧基于豐富的智能控制行業(yè)應用經(jīng)驗，以解決行業(yè)痛點為目標，融合大數(shù)據(jù)、專家知識等最新技術，推出電廠運行智能輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用現(xiàn)場已積累的海量數(shù)據(jù)和新增的運行數(shù)據(jù)，通過將智能技術與控制技術深度融合，實現(xiàn)火電廠智能監(jiān)測、預警診斷及運行優(yōu)化等應用功能，構建靈活、安全可控、高效運行的智能控制體系，實現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)-信息-知識的快速轉(zhuǎn)化和循環(huán)交互，有效提升生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性，推動發(fā)電生產(chǎn)過程運行控制模式發(fā)生深刻變化，促進行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2024年8月，科遠智慧、大唐南電共同承擔的“電廠運行智能輔助系統(tǒng)技術研究及應用”順利通過中國自動化學會專家鑒定：該項目成果整體達到國際先進水平，其中智能系統(tǒng)與DCS有機高效融合技術達到國際領先水平。

2      方案詳細介紹

圖 系統(tǒng)架構

2.1 四大功能：

智能控制技術平臺

平臺充分利用現(xiàn)場已積累的海量數(shù)據(jù)和新增的運行數(shù)據(jù)，基于專家知識、機器學習等先進算法，采用機理分析+數(shù)據(jù)建模方式，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、算法、算力的深度融合，通過低代碼和無代碼，為機組智能分析、智能優(yōu)化、智能監(jiān)盤等功能提供穩(wěn)定高效的底座支撐。

智能分析

通過對電廠設備及系統(tǒng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)挖掘、二次計算與能效分析，實現(xiàn)性能計算與耗差分析、啟動過程評價、工質(zhì)與能量平衡分析等功能，替代運行人員完成大量繁瑣的數(shù)據(jù)監(jiān)測和初步分析工作，將智算結果推送給運行人員輔助監(jiān)盤，降低人員工作量，提升電廠工作效率。

智能優(yōu)化

基于數(shù)據(jù)挖掘與分析、智能算法、機理建模和機器學習等技術，在考慮設備及工藝系統(tǒng)運行特性的基礎上，對鍋爐、汽機、輔機等系統(tǒng)設備節(jié)能潛力進行深度挖掘，實現(xiàn)工況尋優(yōu)、脫硫優(yōu)化、風煤比優(yōu)化、汽機冷端優(yōu)化、吹灰優(yōu)化、二次風優(yōu)化、三大風機工況智能調(diào)整、磨煤機優(yōu)化、鍋爐氧量優(yōu)化等分析與優(yōu)化功能，使機組更加經(jīng)濟、高效、環(huán)保的運行，降低能源消耗，提高發(fā)電運行經(jīng)濟性。

智能監(jiān)盤

采用大數(shù)據(jù)分析、人工智能和專家系統(tǒng)等對電廠歷史運行、試驗調(diào)整等數(shù)據(jù)進行機器學習，將電廠運行知識和經(jīng)驗進行數(shù)字化、模型化，為電廠機組、設備和參數(shù)建立監(jiān)督模型，通過模型預測實現(xiàn)多種工況下運行參數(shù)的智能預警和典型設備/工藝系統(tǒng)智能診斷，降低設備發(fā)生故障的概率和風險，實現(xiàn)智能監(jiān)盤系統(tǒng)代替或部分代替人工監(jiān)盤。 

2.2 技術創(chuàng)新性及先進性：

方案聚焦火力發(fā)電行業(yè)長期存在的運行痛點，開發(fā)了具有穩(wěn)定、靈活、開放的微服務架構平臺，基于此技術平臺底座建設全面、先進、實用的智能監(jiān)測、智能預警、故障診斷及優(yōu)化運行的電廠運行智能輔助駕駛系統(tǒng)，能夠?qū)Πl(fā)電運行人員日常監(jiān)盤起到很好的輔助監(jiān)盤作用并能夠提高機組的高效運行能力。主要創(chuàng)新點如下：

1）   開創(chuàng)性地研發(fā)了電廠運行智能輔助駕駛系統(tǒng)與分散控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)流、控制流以及人機交互方面的一體化融合技術，在保障機組安全運行的前提下，實現(xiàn)電廠運行智能輔助駕駛系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)深度融合，賦予DCS更加智慧的功能拓展，避免了智能化功能與電廠實際業(yè)務脫離的問題。

2）   成功研發(fā)了智能控制技術平臺，具備多模態(tài)數(shù)據(jù)接入、短時數(shù)據(jù)緩存、結構化管理及大數(shù)據(jù)清洗的預處理技術功能。基于算力需求的分布式運算，合理的進行資源管理，滿足大數(shù)據(jù)及人工智能算法建模需求；基于Python語言自定義算法及多類型數(shù)據(jù)接入提供了更強的智能化算法擴展性功能；平臺特有的報警抑制、報警擱置、報警收藏及故障案例庫等功能極大的提高了平臺操作便捷性。

3）   基于運行規(guī)則及人工智能算法的工藝測量參數(shù)異常分析，能夠全天候、全過程輔助發(fā)電運行人員對重要參數(shù)進行監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)異常并報警提示，防止小故障演變成大事故。

4）   基于MGM/MSM等智能算法，利用先進的電力數(shù)據(jù)挖掘手段，結合發(fā)電廠重要設備、系統(tǒng)的故障機理，構建了發(fā)電廠故障預警與診斷方法。利用專家知識，精準分析設備、系統(tǒng)運行狀態(tài)，提前預警潛在故障，并提供可視化的故障分析與解決方案，為電廠的穩(wěn)定運行提供有力支持。 

圖 智能輔助系統(tǒng)界面 

2.3 優(yōu)異的性能指標：

l  智能控制技術平臺

(1)   高可用的微服務架構體系，接口響應速度小于100ms，1000+并發(fā)響應速度小于500ms；

(2)   高性能計算服務，單個服務進程內(nèi)存占用小于100MB，最小支持50ms計算周期；

(3)   海量數(shù)據(jù)存儲能力，最大千萬級關系數(shù)據(jù)存儲和十萬級實時數(shù)據(jù)存儲；

(4)   實時數(shù)據(jù)讀取能力，單服務最大支持每秒100000+測點數(shù)據(jù)讀取；

(5)   實時數(shù)據(jù)寫入能力，單服務最大支持每秒10000+測點數(shù)據(jù)寫入；

(6)   多種數(shù)據(jù)源接入能力，支持70多種數(shù)據(jù)源接入；

(7)   內(nèi)置數(shù)百種計算函數(shù)與功能塊，支持常用數(shù)學函數(shù)、類型轉(zhuǎn)換、位運算指令、比較指令等；

(8)   支持arm、mips、x86等多種架構處理器運行；

(9) 支持windows、linux等跨平臺運行；

(10) 可在DCS控制網(wǎng)絡層面操作DCS過程數(shù)據(jù)變量，實現(xiàn)跨控制器的順序控制、規(guī)則推理、邏輯計算、高級報警及事件處理等功能。

l  智能監(jiān)測

性能計算與耗差分析指標誤差5%以內(nèi)；

l  智能監(jiān)盤

預警準確率97%；誤報率低于3%；無漏報；

l  運行優(yōu)化

(1)   風煤比優(yōu)化、氧量優(yōu)化、配風優(yōu)化：鍋爐燃燒效率提高0.2%~0.5%，NOx生成量減少10%~15%；

(2)   吹灰優(yōu)化：單次投用吹灰器數(shù)減少2~5個，月均吹灰次數(shù)減少3次，月均尾部煙道超溫次數(shù)減少3次。

3      代表性及推廣價值

3.1  應用成果：

科遠智能運行輔助系統(tǒng)自發(fā)布以來，承接了大唐南電、浙能六橫、粵電大埔、宿州錢營孜、國信沙洲、蒙能科右中、盤江普定、國能舟山等數(shù)十家發(fā)電企業(yè)智能運行輔助系統(tǒng)的建設，對燃煤機組的生產(chǎn)工藝、設備狀況、組織機構、控制系統(tǒng)、各系統(tǒng)接口方式都非常地了解，目前多個項目己投運，并得到了客戶的充分認可。 

電廠運行智能輔助系統(tǒng)以廣泛梳理火電機組運行監(jiān)盤工作經(jīng)驗為基礎，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能與機器學習等先進技術，重點關注監(jiān)盤工作的普遍痛點和盲點，智能輔助運行監(jiān)盤人員全面掌握機組、系統(tǒng)、設備運行情況，主要實現(xiàn)機組多維指標智能監(jiān)盤、簡潔高效的智能預警、試驗與設備輪換等定期工作實時提醒、系統(tǒng)及設備異常標準化識別與處理指導。指導并智能監(jiān)護監(jiān)盤人員正確、安全的完成各項運行操作內(nèi)容，提高集控運行工作效率、降低運行人員工作量。

系統(tǒng)設計充分考慮后續(xù)推廣應用需求，其功能具有可復用性，可實現(xiàn)快速實施，系統(tǒng)定制與擴展靈活便捷，可推廣至不同類型火力發(fā)電機組以及化工等領域。電廠運行智能輔助系統(tǒng)推動發(fā)電生產(chǎn)過程運行控制模式發(fā)生深刻變化，促進行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，具有較好的推廣應用前景。 

3.2 顯著效益：

l  提高電廠經(jīng)濟效益

當前電廠面臨運行效率低、能耗高、維護復雜等問題，而建設智能優(yōu)化模塊可顯著提升效率、降低成本，優(yōu)化資源配置，推動電廠向更高效、智能、環(huán)保的未來發(fā)展。

l  變被動防御為主動防御

DCS系統(tǒng)大多采用反饋機制，當設備參數(shù)超固定上下限后才會報警；智能運行輔助系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)+人工智能+專家系統(tǒng)算法，能提早發(fā)現(xiàn)故障的征兆，進行預警，避免設備故障進一步加大。

l  提高設備可靠性

通過全系統(tǒng)單參數(shù)的死點、晃動、速率、偏差等異常監(jiān)測，預判設備故障，將故障消除在萌芽狀態(tài)。維護人員通過監(jiān)盤系統(tǒng)，可及時了解設備狀態(tài)，提前進行檢修維護或定期工作，降低設備發(fā)生故障的概率和風險，提高設備運行的可靠性。

l  固化、傳承運行專家經(jīng)驗

通過智能控制技術平臺，接入控制系統(tǒng)的參數(shù)及設備狀態(tài)，將運行人員平時對故障判斷的機理邏輯進行組態(tài)，將高水平的監(jiān)盤人員經(jīng)驗賦能給整個團隊，提升整體運行水平，提高組織的管理能力和抗風險能力。