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和利時助力用戶實現全流程智慧電廠建設

★杭州和利時自動化有限公司朱珂

1　項目背景和概況

陜投新疆吉木薩爾北三電廠1號2號機組工程（2×660MW），是第二條疆電外送線路“準東-皖南±1100kV”特高壓直流輸電工程配套電源項目，是綜合開發準東煤炭資源，推動新疆能源、經濟環境和諧發展的綠色工程。電廠項目建設規模為2臺660兆瓦高效超超臨界燃煤間接空冷發電機組，三大主機由哈爾濱電氣集團提供，DCS采用杭州和利時自動化的HOLLiAS-MACS系統。

2　項目實施與應用介紹

陜投吉木薩爾北三電廠1號2號機組工程（2x660MW）智慧電廠項目于2020年8月簽約，2021年6月完成基礎建設，2022年12月進行各模塊調試并完成上線試運行，2023年11月完成項目全部分項驗收工作。

該項目作為和利時主機、輔網一體化+全廠現場總線+全流程智慧電廠標桿項目，建成的“全流程智慧協同中心”涵蓋“智能發電平臺、智慧管理服務平臺、智能設施應用、信息主動安全防御”四大功能模塊。并將新一代信息技術與現場生產工藝相結合，通過人、技術、經營目標和管理的集成，進而實現人機協同、能效閉環。把陜投吉木薩爾發電打造成為低碳環保、技術領先、世界一流的智能化電站，為國內火電行業全流程智慧電廠建設提供新的樣板案例。整體方案架構如圖1所示，模塊分區布置如圖2所示。

圖1 方案架構

圖2 模塊分區布置

2.1　和利時智能發電平臺（ICS）

ICS是全廠生產實時數據平臺和運行指揮調度中心，平臺以智能分散控制系統（DCS）為核心，部署智能AGC、智能燃燒、智能報警、故障溯源、智能吹灰、智能空冷、機組性能尋優與輔助運行、智能噴氨優化等先進控制優化應用，覆蓋了發電工藝的全流程。實現在極少人干預的情況下，讓系統實現精確感知、精準控制和精明決策，達成更加經濟、高效、清潔、低碳、靈活的發電生產目標。

和利時智能發電控制平臺中的智能尋優系統結合先進的人工智能與控制技術，通過智能算法+機理復合建模，搭建動態標桿值數據庫體系，使用大數據技術挖掘機組歷史最優工況進行尋優；運用新型仿真模型技術建立數字孿生體模型進行在線尋優；使用操作量化技術實時指導運行人員生產；將精益六西格瑪管理手段應用于生產管理，降低了操作員勞動強度。在火電廠運行優化方面，采用聚類與概率密度統計相結合的多維度邊界劃分方法，通過數據與機理復合建模技術，建立動態標桿值數據庫體系，以構建一套普適有效的全廠實時操作指導機制。實現了火電廠運行經驗數字化轉化、存儲、繼承和應用。輔助尋優模塊界面如圖3所示。

圖3 輔助尋優模塊界面

針對我國火電機組調峰頻繁、燃料多變和環境溫度差異大的現狀，以及傳統火電廠普遍存在的設計、制造和運行等方面的缺陷和問題，和利時智能發電控制平臺研發了智能控制優化系統，通過采用理論分析、實驗研究以及數值模擬等方法，建立基于單元過程的火電機組熱力設備計算模型，獲得深度調峰工況及瞬態過程熱力設備的性能，查清燃煤機組、燃氣聯合循環機組及供熱機組熱力系統多因素耦合工況及機組快速升、降負荷等典型瞬態過程的能耗特性，綜合考慮負荷、燃料和環境等外部因素的時變特性，從設計、運行及余熱深度回收利用等三個方面建立火電機組熱力系統全工況優化與能耗控制策略。作為實現機組安全經濟高效運行目標的有效手段，控制優化體系不僅能降低火電機組能耗，同時可以提高電廠在生產運行中的效率和安全性。參數波動趨勢界面如圖4所示。

圖4 參數波動趨勢界面

2.2　和利時智慧管理服務平臺（ISS）

ISS平臺將應用系統、數據資源、網絡資源進行集成，打通全廠數據通道，消除信息孤島，建立全廠數據中心；ISS平臺是企業信息資源統一訪問的入口，實現統一的“人的集成、界面集成、流程集成、業務集成、消息集成、應用集成”。基于平臺建設智慧巡檢、智能設備在線監測、三維安全管控、智慧倉儲、智慧決策等豐富全面的生產運營管理應用，“平臺+應用”的管控一體化模式，大大提升了企業的數字化、智能化。和利時智慧管理服務平臺界面如圖5所示。

圖5 和利時智慧管理服務平臺界面

和利時以“設備智能運維”為核心，結合大數據、物聯網、人工智能、邊緣計算以及5G應用等技術手段，為吉木薩爾發電構建了一套集智能點巡檢、機器人巡檢、設備在線監測等功能融合于一體的大型火電廠智能運維管控平臺。其開放、共享、互通的智能設備運維體系，幫助電廠實現了設備的高度互聯、設備狀態的實時在線監測、設備故障智能分析，最終完美達到設備巡檢全過程的智能控制、全系統的數據融合、以及全生命周期的高效管理。在陜投吉木薩爾智慧電廠對和利時“智能設備運維體系”的應用，進一步深化了“機器人巡檢+核心裝備運維”在電力行業的應用。

和利時智慧運平臺建設覆蓋電廠安全、運行、設備、應急、經營、營銷、燃料、物資、風險、行政管理等業務的管理體系，實現對全廠設備資產數字化、可視化、智能化的監控與管理，以及生產經營各環節的智能預測、智能分析、智能診斷及智能決策。智能生產應用以數據為核心資產，以積累有效數據的重要支撐，在管理層面消除電廠信息孤島，實現業務和信息、數據高度統一，使企業內部協同達到高水平，最大程度夯實管理，發揮管理價值和效益。

和利時部署的智能安防一體化平臺，將北三電廠已建成智慧門禁、AI視頻、電子周界防護、環境監控等安防實況進行集成，實現系統間“一點觸發、全面聯動”，形成預防、監控、應急和決策支持為一體的全面安防體系，為物聯網、智能產品與智慧電廠深度融合提供研發、集成測試與應用示范的一站式服務。

3　項目創新性和建設意義

（1）構建人機協同，能效閉環的智能發電控制平臺

采用與常規DCS一體化的智能DCS，集成到原DCS畫面中，消除“黑匣子”，實現維護透明化和持續擴展優化能力。智能控制環境、智能計算環境、數據分析環境和開放的應用開發環境，實現智能檢測、智能控制、智能運行、智能監控等功能；系統安全性更高，功能更強大，橫向擴充，擁有更強大的計算、存儲能力。人工智能、大數據尋優、模糊預測等先進算法實現對機組運行狀態的整體評估，通過人機正向知識交互，運行人員的經驗和機器智能不斷迭代增強，實現人機協同監盤。通過能耗實時計算，經過多目標尋優等智能控制算法及策略，對機組進行高品質控制，保持全局的最優狀態，實現生產過程的能效大閉環。

（2）依托工業互聯網平臺搭建智慧管控服務平臺，實現全流程協同辦公

平臺改變傳統數據中心信息條塊分割，消除信息孤島，實現數據的標準化、統一化、一體化，管理數據資產，實現資產數字化移交，內部信息共享與集成，數據統計分析；建立有效的信息可視化模型，為用戶提供自主創新開發手段和按需部署應用的環境，具備自動化和信息化結合的分析決策功能，為管理決策提供有力保障，真正實現IT和OT融合。

（3）智能機器人+視頻圖像識別技術發展，變革生產現場巡檢工作模式

使用機器人+視頻圖像結構化技術，實現關鍵區域巡檢及故障預警，智能機器人對關鍵區域巡檢（輸煤、制粉、變壓器、GIS室、汽機、化水車間、脫硫等），對設備狀態識別，對設備表盤和狀態燈等設備讀取，發生異常自動報警，當設備發生變化，如漏水、漏油、溫度異常、設備附件變化等自動識別。

（4）通過創建基于綜合最優工況判別技術下的動態標桿值數據庫體系，實現運行動態過程的綜合最優工況尋優

利用可控因子耗差分析技術實現運行操作量化評價，對運行操作指導與科學評價。通過對DCS系統參數的實時分析，輔助運行人員定時巡盤，監視設備運行可靠性和系統運行的經濟性。

（5）基于大數據的管理駕駛艙，實現一站式輔助決策

智慧管控平臺通過對數據進行抽取、清洗、聚類、挖掘、預測等處理來產生可透析的展示數據，從時間、縱向和橫向等維度進行分析，以總結歷史經驗、預測未來發展趨勢，為管理決策提供支撐，使決策分析成為各級決策者獲取數據、知識的平臺，為各級決策者在經營、采購、設備選型、運維效率和績效評價等方面提供輔助決策支持。

（6）構建全方位的信息主動安全防御體系

遵循“網絡分區、安全專用，橫向隔離、縱向認證”的總體方針，融合工業控制特點，采用管理與技術相結合，建立覆蓋管理層、監控層、控制層與部件層，結合功能安全、信息安全、操作安全，實現貫穿設計、運行、服務等全生命周期的信息安全主動防御體系，保障工業控制系統安全性、可用性、可靠性與穩定性。

（7）以物聯網+人工智能識別技術為核心，實現安全風險主動預控

在電廠范圍內建立廠區視頻、身份識別、門禁控制、電子圍欄、人員定位、人臉識別等功能，以可靠、適用、開放、擴展為原則，和三維可視化技術相結合，構建三維智能安防平臺，實現電廠全面安全管控，保障運行、檢修、作業的安全性，避免安全事故發生。

（8）基于深度學習的技術，實現設備早期預警與診斷

整合全廠智能診斷中心，對主機及主要輔機采用可視化的狀態監測及故障預警診斷系統，基于多變量狀態空間故障診斷技術，根據設備機理及內在多參數的內在關聯性，實現多變量狀態空間上的設備運行狀態自學習。

4　項目效益分析

全部主要業務利用370個標準流程作為載體進行處理，導入433個法律法規、行業標準、公司制度，設計標準工作表單超過2955張，實現90%工作流程標準化，各類工作審批流轉效率提升90%以上，日常工作報表標準化覆蓋率達到90%以上，基本實現業務管理的流程化、標準化、數據化、信息化。具體如下：

·利用設備運行智能化，基本實現減員增效目標。實現減員7人，升壓站、輸煤棧橋實現無人巡檢，實現設備巡檢工作少人化、無人化。

·冬季真空平均下降約1kPa，相當于標煤耗降低約1克每千瓦時。鍋爐效率提升約0.15%~0.2%。

·投入二次風門的自動，改善了燃燒狀態，解決了兩側汽溫偏差大問題，鍋爐出口氮氧化物排放降低30%左右，基本控制在170~200mg/m³，飛灰和大渣可燃物含量降低，鍋爐效率提升約0.15%~0.2%。

·全國同類型機組廠用電率最低：采用1臺100%容量的汽動給水泵、1臺100%容量的汽動引風機方案，結合智慧電廠燃燒調整方案較常規方案，廠用電率降低至3.94%，全年雙機運行可節約標煤16620噸，實現增收472.38萬元。

·全國同類型機組應用機器人巡檢覆蓋面最廣：采用機器人自動巡檢，覆蓋運行正常巡檢區域60%以上，100%覆蓋環境惡劣、危險性高、巡檢頻繁區域，切實發揮巡檢機器人熱成像測溫、有害氣體及粉塵檢測等功能，提前檢測預警有毒有害氣體，煤粉自燃等重大事故，極大提高現場運行安全性。

摘自《自動化博覽》2024年10月刊