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摘要：燃煤機組由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，為了提高企業(yè)競爭優(yōu)勢，本廠作為搭建智慧電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)首批試點單位，搭建基于大數(shù)據(jù)和人工智能的智慧監(jiān)盤系統(tǒng)，從安全、經(jīng)濟(jì)、偏差、故障預(yù)警、可靠性五個維度對機組健康度進(jìn)行在線、實時、量化評價。本文詳細(xì)介紹智慧監(jiān)盤系統(tǒng)平臺的搭建過程，運行前端界面的操作使用，模型服務(wù)器建模維護(hù)及整個架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、存儲、計算過程，軟件使用中的注意事項和智慧電廠發(fā)展展望。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；人工智能；PEMS；指標(biāo)；故障預(yù)判

0引言

當(dāng)前，電力需求增長日益放緩，新能源裝機比重不斷提高，電力行業(yè)已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，在信息化的推動下正經(jīng)歷著巨大的變革和創(chuàng)新，面臨巨大的機遇和挑戰(zhàn)。國家也明確要求堅持創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展，促進(jìn)新舊動能接續(xù)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，深化大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等研發(fā)應(yīng)用，加快在各行業(yè)各領(lǐng)域推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”[1]。在這樣的時代背景下，電力企業(yè)大力推進(jìn)智慧電廠的建設(shè)勢在必行。我廠作為試點，首批搭建了智慧電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)（PEMS）。PEMS智慧電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)是基于對國內(nèi)外火力電廠研究，對電廠機組運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、運行參數(shù)、設(shè)備故障、自動投入五個維度進(jìn)行實時評價，并通過大數(shù)據(jù)分析，實時數(shù)據(jù)建模優(yōu)化，有效進(jìn)行故障預(yù)警和操作指導(dǎo)的智慧型監(jiān)盤系統(tǒng)[2-3]。

1機組概況

1號機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)的超超臨界直流鍋爐，每臺爐配6套中速磨煤機制粉系統(tǒng)，汽輪機為上海汽輪機廠生產(chǎn)的型超臨界、一次中間再熱、單軸、凝汽式汽輪機，發(fā)電機由上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)。機組額定負(fù)荷1000MW。DCS控制系統(tǒng)采用了上海FOXBORO公司的EVO控制系統(tǒng)，設(shè)計包含DAS、BMS、MCS、SCS等系統(tǒng)。汽輪機控制系統(tǒng)采用上海汽輪機有限公司設(shè)計的DEH控制系統(tǒng)（數(shù)字控制部分采用西門子公司的SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)）。

2智慧電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)平臺搭建調(diào)試

2.1電廠智慧運行系統(tǒng)簡介。電廠智慧運行系統(tǒng)，包括末端智慧運行系統(tǒng)和云端智慧運行系統(tǒng)。通過末端智慧運行系統(tǒng)，利用電廠的海量歷史數(shù)據(jù)建立過程參數(shù)的預(yù)測模型，形成綜合評估系統(tǒng)，從安全性、經(jīng)濟(jì)性、自動化水平及運行狀態(tài)等五個維度對機組健康度進(jìn)行在線實時量化評價，提前判斷故障，減輕運行人員勞動強度或者實現(xiàn)減員增效。通過云端智慧運行系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)建立標(biāo)桿數(shù)據(jù)庫，對電廠提供運行指導(dǎo)，提高機組運行效率。利用人工經(jīng)驗、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、智慧算法和可視化技術(shù)對全局設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行分級和多維度的動態(tài)評價和智慧報警。將存儲在專業(yè)技術(shù)人員大腦中的模糊的隱性的運行經(jīng)驗不斷顯化為專家系統(tǒng)規(guī)則和知識庫。反之，顯化專家系統(tǒng)規(guī)則和知識庫又可以幫助運行人員快速積累運行經(jīng)驗，減少運行人員之間的經(jīng)驗差異。通過人機正向知識交互，運行人員的經(jīng)驗和機器智能不斷迭代增強，實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)監(jiān)控。PEMS系統(tǒng)可以大大減輕運行人員的監(jiān)盤勞動強度，提高機組運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

2.2前期數(shù)據(jù)收集。前期進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集：①數(shù)據(jù)庫點信息收集。收集機組DCS點表，包含DCS所有模擬量硬點、中間點（如總風(fēng)量、總煤量、給水流量等）和開關(guān)量的點表。開關(guān)量點要有描述，模擬量點要有高一、高二、低一、低二限報警值、量程、單位。同時收集設(shè)備自動投入、備用投入、聯(lián)鎖投入點的點名和描述。②收集DCS點表中所有點的歷史數(shù)據(jù)。半個小時一個數(shù)，跨度一年。③DCS畫面及測點畫面布置圖。④汽輪機、鍋爐、電氣三個專業(yè)的運行系統(tǒng)圖。⑤鍋爐、汽機、電氣專業(yè)運行規(guī)程。⑥電廠重要輔機（送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機；給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵）的性能曲線圖。

2.3智慧電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)平臺搭建。在電廠的生產(chǎn)控制區(qū)部署電廠末端智慧運行系統(tǒng)，通過態(tài)勢感知系統(tǒng)安全區(qū)鏈路，將數(shù)據(jù)回傳至中心服務(wù)器。在電廠生產(chǎn)控制區(qū)借用一臺操作員站作為OPC服務(wù)器。OPC服務(wù)器經(jīng)過接口機、麥杰盒子再到正向隔離，經(jīng)過交換機將數(shù)據(jù)送至安全區(qū)模型服務(wù)器，再經(jīng)過數(shù)據(jù)服務(wù)器匯總后通過VPN安全網(wǎng)關(guān)、VPDN加密后傳輸至中心服務(wù)器及集團(tuán)服務(wù)器。同時中心云數(shù)據(jù)平臺下發(fā)安全情報到各場站，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、分析和反饋的閉環(huán)安全防護(hù)策略，保障電廠網(wǎng)絡(luò)的安全。電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與電廠網(wǎng)絡(luò)隔離開，邊界采用隔離設(shè)備進(jìn)行隔離，數(shù)據(jù)經(jīng)過模型服務(wù)器及數(shù)據(jù)服務(wù)器后傳至集團(tuán)數(shù)據(jù)中心和北京中能云數(shù)據(jù)中心。其中麥杰盒子是Dass部署的硬件載體，用于連接現(xiàn)場設(shè)備，獲取設(shè)備數(shù)據(jù)。盒中有一套麥杰數(shù)據(jù)采集管理軟件Dass，Dass是一套在邊緣端運行的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序，主要用于配置數(shù)據(jù)的采集，存儲，上傳，并對這些進(jìn)程守護(hù)，確保其穩(wěn)定運行，是數(shù)據(jù)能穩(wěn)定可靠地從設(shè)備端獲取出的基礎(chǔ)。具體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1。

2.4運行前端監(jiān)視平臺。運行前端監(jiān)視平臺，如圖2，將一臺機組劃分為24系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都分為五個維度對機組健康度進(jìn)行量化評價。五大性能指標(biāo)：安全指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、參數(shù)分析、故障預(yù)警、自動投入。一個系統(tǒng)中的安全指標(biāo)和故障指標(biāo)都是一票否決制，取所有參數(shù)的最低分作為此系統(tǒng)此維度指標(biāo)得分。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和偏差指標(biāo)都是有一個的綜合評估算法得來，可靠性就是自動和備用的投入率直接來計算的。每個系統(tǒng)的總得分是安全指標(biāo)占50%，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占10%，偏差指標(biāo)占10%，故障預(yù)警指標(biāo)占20%，可靠性指標(biāo)占10%。每個系統(tǒng)每個評價指標(biāo)點進(jìn)去，最低分排在最上面，點擊對應(yīng)的參數(shù)可以查看相關(guān)曲線。畫面右側(cè)報警信息也是按分?jǐn)?shù)從低到高進(jìn)行排列，而且將安全指標(biāo)和別的指標(biāo)報警顏色做了區(qū)分，點擊報警信息可以鏈接到對應(yīng)的系統(tǒng)和報警參數(shù)信息。畫面下面會詳細(xì)記錄每次的操作記錄，哪個登錄的賬戶在什么時間進(jìn)行了什么操作。運行平時根據(jù)這一張畫面可以大概了解機組的重要參數(shù)的運行狀態(tài)，有助于提前預(yù)判故障的發(fā)生，由被動處理變?yōu)橹鲃影l(fā)現(xiàn)。

2.5模型服務(wù)器建模。運行前端監(jiān)視平臺監(jiān)視查看機組健康度，最終需要維護(hù)就要進(jìn)入到后臺的維護(hù)模型界面。在模型維護(hù)菜單中有連接設(shè)置、結(jié)果分析、模型維護(hù)、變量維護(hù)、賬戶維護(hù)、重載模型。連接設(shè)置，進(jìn)行將模型服務(wù)器的模型維護(hù)軟件與數(shù)據(jù)服務(wù)器建立連接，點擊啟動，選擇實時診斷才開始進(jìn)行診斷，交替顯示等待數(shù)據(jù)和正在計算。結(jié)果分析可以匯總顯示DCS所有模擬量點的安全、經(jīng)濟(jì)、參數(shù)動態(tài)偏差評分。變量維護(hù)可以對模型服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫點表進(jìn)行增加和刪除。賬戶維護(hù)可以建立不同級別的賬戶，設(shè)置不同的權(quán)限。變量維護(hù)可以對24個子系統(tǒng)包含的模型進(jìn)行修改優(yōu)化，也可以對每個子系統(tǒng)的五大性能指標(biāo)進(jìn)行修改優(yōu)化，結(jié)合各個廠機組實際運行情況進(jìn)行不斷優(yōu)化，可以使得各個模型的預(yù)判功能發(fā)揮到最優(yōu)。一個系統(tǒng)中的安全指標(biāo)是需要設(shè)置報警值和跳閘值的測點勾選安全指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和偏差指標(biāo)都是基于采集到的海量數(shù)據(jù)自動識別出的邊界值，實時值與大數(shù)據(jù)判斷的期望值的偏差在大數(shù)據(jù)自動識別的正常范圍內(nèi)不減分，超出范圍外，參數(shù)實時值在“高邊界”、“低邊界”之間，得分為100分；當(dāng)超出高、低邊界，處于“高報警”、“低報警”之間時，得分為70-100分；當(dāng)超出高、低報警，處于“高跳閘”、“低跳閘”之間時，得分為0-70分；當(dāng)達(dá)到高、低跳閘值時，得分為0分。故障預(yù)判是設(shè)備、系統(tǒng)的性能評估，比如汽泵性能評估模型，評估汽泵當(dāng)前工作狀態(tài)下的理論揚程與實際揚程偏差，在汽泵轉(zhuǎn)速和出口壓力已知的情況下，計算泵的揚程，評估方法為按實際值與期望值偏差分布評估?？煽啃跃褪抢帽磉_(dá)式模型計算自動和備用的投入率。其中數(shù)據(jù)相關(guān)變量維護(hù)可以針對模型中使用的變量進(jìn)行增減，優(yōu)化模型。當(dāng)對模型變量修改后需重新建模，在模型維護(hù)管理界面左上角“模型數(shù)據(jù)操作”中點擊“采集數(shù)據(jù)”→“數(shù)據(jù)清洗”→“訓(xùn)練模型”完成建模?；蛘咭绘I點擊連續(xù)操作直接完成上面三步。最后，所有的修改結(jié)束后都要回到菜單進(jìn)行重載模型，這樣才能修改成功。

2.6數(shù)據(jù)流傳輸。數(shù)據(jù)流的流向是接口機通過OPC服務(wù)從DCS采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過麥杰盒子、交換機送至數(shù)據(jù)服務(wù)器儲存，數(shù)據(jù)服務(wù)器將帶有時間戳的數(shù)據(jù)送至模型服務(wù)器，模型服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、運算、出結(jié)果，將計算出的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器接收存儲，模型服務(wù)器上的前端運行監(jiān)視畫面再讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。其中接口機中數(shù)據(jù)點表、麥杰盒子中DASS的數(shù)據(jù)點表和模型數(shù)據(jù)庫中點表是一一對應(yīng)的，要是增加測點，都要按照各自標(biāo)準(zhǔn)的格式進(jìn)行一一對應(yīng)的增加，刪除也要注意數(shù)據(jù)的流向，否則可能造成數(shù)據(jù)故障報警。從數(shù)據(jù)流向來看，這個后臺的系統(tǒng)模型維護(hù)軟件不能關(guān)，否則模型維護(hù)軟件就會斷開與數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的連接，同時不再進(jìn)行實時診斷，即不再實時進(jìn)行計算、發(fā)送計算結(jié)果至數(shù)據(jù)服務(wù)器，所以前臺運行監(jiān)視畫面無法讀取到新的診斷數(shù)據(jù)。

3結(jié)論

在PEMS運行初期，技術(shù)人員和電廠人員根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際運行情況，逐個對評分低的參數(shù)、設(shè)備進(jìn)行核查，根據(jù)實際情況對設(shè)備報警高低限和動態(tài)偏差限值進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后前端監(jiān)視平臺一個畫面就可以真實反映出機組目前的運行健康狀態(tài)，很大程度上減輕了運行人員的監(jiān)盤壓力，不用不停地翻看畫面。運行人員根據(jù)各個指標(biāo)的評分和提前預(yù)警情況可以提前預(yù)判設(shè)備故障，將故障消除在萌芽狀態(tài)。維護(hù)人員也可以查看監(jiān)盤系統(tǒng)，及時了解設(shè)備狀態(tài)，提前進(jìn)行檢修維護(hù)或定期工作，降低設(shè)備發(fā)生故障的概率和風(fēng)險，同時也減輕夜間值班的壓力。最終實現(xiàn)PEMS的愿景，少人值守，運維兩便，通過一個監(jiān)視總圖就可對機組全參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，由原先被動等待故障發(fā)生轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑹鹿暑A(yù)警在萌芽狀態(tài)。本廠智慧電力生產(chǎn)監(jiān)盤系統(tǒng)的成功搭建，不僅本廠向智慧電廠建設(shè)邁了一大步，同時也為其他火電廠提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。智慧電廠建設(shè)目前仍然處于摸索階段，但是在國家“兩化”融合方針和節(jié)能減排政策等因素的驅(qū)動下，智慧電廠的建設(shè)將成為電力行業(yè)發(fā)展的一大趨勢。

參考文獻(xiàn)

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作者:李嬌 印偉 單位:國家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司