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和利時(shí)助力用戶實(shí)現(xiàn)全流程智慧電廠建設(shè)

★杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司朱珂

1　項(xiàng)目背景和概況

陜投新疆吉木薩爾北三電廠1號(hào)2號(hào)機(jī)組工程（2×660MW），是第二條疆電外送線路“準(zhǔn)東-皖南±1100kV”特高壓直流輸電工程配套電源項(xiàng)目，是綜合開發(fā)準(zhǔn)東煤炭資源，推動(dòng)新疆能源、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和諧發(fā)展的綠色工程。電廠項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為2臺(tái)660兆瓦高效超超臨界燃煤間接空冷發(fā)電機(jī)組，三大主機(jī)由哈爾濱電氣集團(tuán)提供，DCS采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化的HOLLiAS-MACS系統(tǒng)。

2　項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用介紹

陜投吉木薩爾北三電廠1號(hào)2號(hào)機(jī)組工程（2x660MW）智慧電廠項(xiàng)目于2020年8月簽約，2021年6月完成基礎(chǔ)建設(shè)，2022年12月進(jìn)行各模塊調(diào)試并完成上線試運(yùn)行，2023年11月完成項(xiàng)目全部分項(xiàng)驗(yàn)收工作。

該項(xiàng)目作為和利時(shí)主機(jī)、輔網(wǎng)一體化+全廠現(xiàn)場(chǎng)總線+全流程智慧電廠標(biāo)桿項(xiàng)目，建成的“全流程智慧協(xié)同中心”涵蓋“智能發(fā)電平臺(tái)、智慧管理服務(wù)平臺(tái)、智能設(shè)施應(yīng)用、信息主動(dòng)安全防御”四大功能模塊。并將新一代信息技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝相結(jié)合，通過人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和管理的集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同、能效閉環(huán)。把陜投吉木薩爾發(fā)電打造成為低碳環(huán)保、技術(shù)領(lǐng)先、世界一流的智能化電站，為國(guó)內(nèi)火電行業(yè)全流程智慧電廠建設(shè)提供新的樣板案例。整體方案架構(gòu)如圖1所示，模塊分區(qū)布置如圖2所示。

圖1 方案架構(gòu)

圖2 模塊分區(qū)布置

2.1　和利時(shí)智能發(fā)電平臺(tái)（ICS）

ICS是全廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)和運(yùn)行指揮調(diào)度中心，平臺(tái)以智能分散控制系統(tǒng)（DCS）為核心，部署智能AGC、智能燃燒、智能報(bào)警、故障溯源、智能吹灰、智能空冷、機(jī)組性能尋優(yōu)與輔助運(yùn)行、智能噴氨優(yōu)化等先進(jìn)控制優(yōu)化應(yīng)用，覆蓋了發(fā)電工藝的全流程。實(shí)現(xiàn)在極少人干預(yù)的情況下，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確感知、精準(zhǔn)控制和精明決策，達(dá)成更加經(jīng)濟(jì)、高效、清潔、低碳、靈活的發(fā)電生產(chǎn)目標(biāo)。

和利時(shí)智能發(fā)電控制平臺(tái)中的智能尋優(yōu)系統(tǒng)結(jié)合先進(jìn)的人工智能與控制技術(shù)，通過智能算法+機(jī)理復(fù)合建模，搭建動(dòng)態(tài)標(biāo)桿值數(shù)據(jù)庫(kù)體系，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘機(jī)組歷史最優(yōu)工況進(jìn)行尋優(yōu)；運(yùn)用新型仿真模型技術(shù)建立數(shù)字孿生體模型進(jìn)行在線尋優(yōu)；使用操作量化技術(shù)實(shí)時(shí)指導(dǎo)運(yùn)行人員生產(chǎn)；將精益六西格瑪管理手段應(yīng)用于生產(chǎn)管理，降低了操作員勞動(dòng)強(qiáng)度。在火電廠運(yùn)行優(yōu)化方面，采用聚類與概率密度統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的多維度邊界劃分方法，通過數(shù)據(jù)與機(jī)理復(fù)合建模技術(shù)，建立動(dòng)態(tài)標(biāo)桿值數(shù)據(jù)庫(kù)體系，以構(gòu)建一套普適有效的全廠實(shí)時(shí)操作指導(dǎo)機(jī)制。實(shí)現(xiàn)了火電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)、繼承和應(yīng)用。輔助尋優(yōu)模塊界面如圖3所示。

圖3 輔助尋優(yōu)模塊界面

針對(duì)我國(guó)火電機(jī)組調(diào)峰頻繁、燃料多變和環(huán)境溫度差異大的現(xiàn)狀，以及傳統(tǒng)火電廠普遍存在的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等方面的缺陷和問題，和利時(shí)智能發(fā)電控制平臺(tái)研發(fā)了智能控制優(yōu)化系統(tǒng)，通過采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬等方法，建立基于單元過程的火電機(jī)組熱力設(shè)備計(jì)算模型，獲得深度調(diào)峰工況及瞬態(tài)過程熱力設(shè)備的性能，查清燃煤機(jī)組、燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組及供熱機(jī)組熱力系統(tǒng)多因素耦合工況及機(jī)組快速升、降負(fù)荷等典型瞬態(tài)過程的能耗特性，綜合考慮負(fù)荷、燃料和環(huán)境等外部因素的時(shí)變特性，從設(shè)計(jì)、運(yùn)行及余熱深度回收利用等三個(gè)方面建立火電機(jī)組熱力系統(tǒng)全工況優(yōu)化與能耗控制策略。作為實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行目標(biāo)的有效手段，控制優(yōu)化體系不僅能降低火電機(jī)組能耗，同時(shí)可以提高電廠在生產(chǎn)運(yùn)行中的效率和安全性。參數(shù)波動(dòng)趨勢(shì)界面如圖4所示。

圖4 參數(shù)波動(dòng)趨勢(shì)界面

2.2　和利時(shí)智慧管理服務(wù)平臺(tái)（ISS）

ISS平臺(tái)將應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行集成，打通全廠數(shù)據(jù)通道，消除信息孤島，建立全廠數(shù)據(jù)中心；ISS平臺(tái)是企業(yè)信息資源統(tǒng)一訪問的入口，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的“人的集成、界面集成、流程集成、業(yè)務(wù)集成、消息集成、應(yīng)用集成”。基于平臺(tái)建設(shè)智慧巡檢、智能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、三維安全管控、智慧倉(cāng)儲(chǔ)、智慧決策等豐富全面的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)用，“平臺(tái)+應(yīng)用”的管控一體化模式，大大提升了企業(yè)的數(shù)字化、智能化。和利時(shí)智慧管理服務(wù)平臺(tái)界面如圖5所示。

圖5 和利時(shí)智慧管理服務(wù)平臺(tái)界面

和利時(shí)以“設(shè)備智能運(yùn)維”為核心，結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算以及5G應(yīng)用等技術(shù)手段，為吉木薩爾發(fā)電構(gòu)建了一套集智能點(diǎn)巡檢、機(jī)器人巡檢、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)等功能融合于一體的大型火電廠智能運(yùn)維管控平臺(tái)。其開放、共享、互通的智能設(shè)備運(yùn)維體系，幫助電廠實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的高度互聯(lián)、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障智能分析，最終完美達(dá)到設(shè)備巡檢全過程的智能控制、全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(duì)和利時(shí)“智能設(shè)備運(yùn)維體系”的應(yīng)用，進(jìn)一步深化了“機(jī)器人巡檢+核心裝備運(yùn)維”在電力行業(yè)的應(yīng)用。

和利時(shí)智慧運(yùn)平臺(tái)建設(shè)覆蓋電廠安全、運(yùn)行、設(shè)備、應(yīng)急、經(jīng)營(yíng)、營(yíng)銷、燃料、物資、風(fēng)險(xiǎn)、行政管理等業(yè)務(wù)的管理體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化、可視化、智能化的監(jiān)控與管理，以及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)各環(huán)節(jié)的智能預(yù)測(cè)、智能分析、智能診斷及智能決策。智能生產(chǎn)應(yīng)用以數(shù)據(jù)為核心資產(chǎn)，以積累有效數(shù)據(jù)的重要支撐，在管理層面消除電廠信息孤島，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和信息、數(shù)據(jù)高度統(tǒng)一，使企業(yè)內(nèi)部協(xié)同達(dá)到高水平，最大程度夯實(shí)管理，發(fā)揮管理價(jià)值和效益。

和利時(shí)部署的智能安防一體化平臺(tái)，將北三電廠已建成智慧門禁、AI視頻、電子周界防護(hù)、環(huán)境監(jiān)控等安防實(shí)況進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間“一點(diǎn)觸發(fā)、全面聯(lián)動(dòng)”，形成預(yù)防、監(jiān)控、應(yīng)急和決策支持為一體的全面安防體系，為物聯(lián)網(wǎng)、智能產(chǎn)品與智慧電廠深度融合提供研發(fā)、集成測(cè)試與應(yīng)用示范的一站式服務(wù)。

3　項(xiàng)目創(chuàng)新性和建設(shè)意義

（1）構(gòu)建人機(jī)協(xié)同，能效閉環(huán)的智能發(fā)電控制平臺(tái)

采用與常規(guī)DCS一體化的智能DCS，集成到原DCS畫面中，消除“黑匣子”，實(shí)現(xiàn)維護(hù)透明化和持續(xù)擴(kuò)展優(yōu)化能力。智能控制環(huán)境、智能計(jì)算環(huán)境、數(shù)據(jù)分析環(huán)境和開放的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、智能控制、智能運(yùn)行、智能監(jiān)控等功能；系統(tǒng)安全性更高，功能更強(qiáng)大，橫向擴(kuò)充，擁有更強(qiáng)大的計(jì)算、存儲(chǔ)能力。人工智能、大數(shù)據(jù)尋優(yōu)、模糊預(yù)測(cè)等先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的整體評(píng)估，通過人機(jī)正向知識(shí)交互，運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和機(jī)器智能不斷迭代增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同監(jiān)盤。通過能耗實(shí)時(shí)計(jì)算，經(jīng)過多目標(biāo)尋優(yōu)等智能控制算法及策略，對(duì)機(jī)組進(jìn)行高品質(zhì)控制，保持全局的最優(yōu)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的能效大閉環(huán)。

（2）依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建智慧管控服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全流程協(xié)同辦公

平臺(tái)改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心信息條塊分割，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化、一體化，管理數(shù)據(jù)資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)字化移交，內(nèi)部信息共享與集成，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析；建立有效的信息可視化模型，為用戶提供自主創(chuàng)新開發(fā)手段和按需部署應(yīng)用的環(huán)境，具備自動(dòng)化和信息化結(jié)合的分析決策功能，為管理決策提供有力保障，真正實(shí)現(xiàn)IT和OT融合。

（3）智能機(jī)器人+視頻圖像識(shí)別技術(shù)發(fā)展，變革生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作模式

使用機(jī)器人+視頻圖像結(jié)構(gòu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵區(qū)域巡檢及故障預(yù)警，智能機(jī)器人對(duì)關(guān)鍵區(qū)域巡檢（輸煤、制粉、變壓器、GIS室、汽機(jī)、化水車間、脫硫等），對(duì)設(shè)備狀態(tài)識(shí)別，對(duì)設(shè)備表盤和狀態(tài)燈等設(shè)備讀取，發(fā)生異常自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)設(shè)備發(fā)生變化，如漏水、漏油、溫度異常、設(shè)備附件變化等自動(dòng)識(shí)別。

（4）通過創(chuàng)建基于綜合最優(yōu)工況判別技術(shù)下的動(dòng)態(tài)標(biāo)桿值數(shù)據(jù)庫(kù)體系，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)過程的綜合最優(yōu)工況尋優(yōu)

利用可控因子耗差分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行操作量化評(píng)價(jià)，對(duì)運(yùn)行操作指導(dǎo)與科學(xué)評(píng)價(jià)。通過對(duì)DCS系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)分析，輔助運(yùn)行人員定時(shí)巡盤，監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行可靠性和系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（5）基于大數(shù)據(jù)的管理駕駛艙，實(shí)現(xiàn)一站式輔助決策

智慧管控平臺(tái)通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、聚類、挖掘、預(yù)測(cè)等處理來產(chǎn)生可透析的展示數(shù)據(jù)，從時(shí)間、縱向和橫向等維度進(jìn)行分析，以總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)、預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)，為管理決策提供支撐，使決策分析成為各級(jí)決策者獲取數(shù)據(jù)、知識(shí)的平臺(tái)，為各級(jí)決策者在經(jīng)營(yíng)、采購(gòu)、設(shè)備選型、運(yùn)維效率和績(jī)效評(píng)價(jià)等方面提供輔助決策支持。

（6）構(gòu)建全方位的信息主動(dòng)安全防御體系

遵循“網(wǎng)絡(luò)分區(qū)、安全專用，橫向隔離、縱向認(rèn)證”的總體方針，融合工業(yè)控制特點(diǎn)，采用管理與技術(shù)相結(jié)合，建立覆蓋管理層、監(jiān)控層、控制層與部件層，結(jié)合功能安全、信息安全、操作安全，實(shí)現(xiàn)貫穿設(shè)計(jì)、運(yùn)行、服務(wù)等全生命周期的信息安全主動(dòng)防御體系，保障工業(yè)控制系統(tǒng)安全性、可用性、可靠性與穩(wěn)定性。

（7）以物聯(lián)網(wǎng)+人工智能識(shí)別技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)預(yù)控

在電廠范圍內(nèi)建立廠區(qū)視頻、身份識(shí)別、門禁控制、電子圍欄、人員定位、人臉識(shí)別等功能，以可靠、適用、開放、擴(kuò)展為原則，和三維可視化技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建三維智能安防平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電廠全面安全管控，保障運(yùn)行、檢修、作業(yè)的安全性，避免安全事故發(fā)生。

（8）基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備早期預(yù)警與診斷

整合全廠智能診斷中心，對(duì)主機(jī)及主要輔機(jī)采用可視化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障預(yù)警診斷系統(tǒng)，基于多變量狀態(tài)空間故障診斷技術(shù)，根據(jù)設(shè)備機(jī)理及內(nèi)在多參數(shù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)多變量狀態(tài)空間上的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自學(xué)習(xí)。

4　項(xiàng)目效益分析

全部主要業(yè)務(wù)利用370個(gè)標(biāo)準(zhǔn)流程作為載體進(jìn)行處理，導(dǎo)入433個(gè)法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公司制度，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工作表單超過2955張，實(shí)現(xiàn)90%工作流程標(biāo)準(zhǔn)化，各類工作審批流轉(zhuǎn)效率提升90%以上，日常工作報(bào)表標(biāo)準(zhǔn)化覆蓋率達(dá)到90%以上，基本實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化、信息化。具體如下：

·利用設(shè)備運(yùn)行智能化，基本實(shí)現(xiàn)減員增效目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)減員7人，升壓站、輸煤棧橋?qū)崿F(xiàn)無人巡檢，實(shí)現(xiàn)設(shè)備巡檢工作少人化、無人化。

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

·投入二次風(fēng)門的自動(dòng)，改善了燃燒狀態(tài)，解決了兩側(cè)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(guó)同類型機(jī)組廠用電率最低：采用1臺(tái)100%容量的汽動(dòng)給水泵、1臺(tái)100%容量的汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，結(jié)合智慧電廠燃燒調(diào)整方案較常規(guī)方案，廠用電率降低至3.94%，全年雙機(jī)運(yùn)行可節(jié)約標(biāo)煤16620噸，實(shí)現(xiàn)增收472.38萬元。

·全國(guó)同類型機(jī)組應(yīng)用機(jī)器人巡檢覆蓋面最廣：采用機(jī)器人自動(dòng)巡檢，覆蓋運(yùn)行正常巡檢區(qū)域60%以上，100%覆蓋環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)性高、巡檢頻繁區(qū)域，切實(shí)發(fā)揮巡檢機(jī)器人熱成像測(cè)溫、有害氣體及粉塵檢測(cè)等功能，提前檢測(cè)預(yù)警有毒有害氣體，煤粉自燃等重大事故，極大提高現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行安全性。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年10月刊