浅析智慧热电厂架构及建设方案

摘要：目前，热电行业正深入研究数字电厂和智慧电厂等内容，并不断提出和实施一系列创新的解决方案。可以采用人工智能、物联网、云计算、大数据等新兴技术建立智慧热电厂的精细化、现代化、数字化管理平台，从原有的被动检修转变为主动检修，降本增效。基于此，本文介绍了智慧电厂建设架构，、提出了智慧电厂建设解决方案，在充分考虑智慧电厂网络安全的前提下，建立智慧电厂一体化平台，对智慧电厂建设具有一定的借鉴意义。

关键词：智慧；热电厂；架构；方案

引言

伴随“中国制造2025”的发布，作为能源领域的代表性行业，发电行业需要响应国家整体战略，不断探索能源互联网以及智能化技术在发电厂的运用，打造面向未来的新型智能化发电厂。在智慧电厂建设中，智慧管控平台为全厂提供统一的信息硬件资源，通过大量数据接口将全厂数据资源进行统一整理、处理和存储。因此，智慧管控平台可以优化基础设施建设，提高系统运行的安全性和可靠性；可以消除电厂中信息孤岛的问题，实现各系统资源信息的相互协同；大幅提升电厂的生产效率。

1智慧电厂信息化控制的概述

智慧电厂信息化控制系统主要由远程系统层、主控管理层和过程感知层三个关键组成部分。其中，远程系统层是通过网络连接和远程监控技术，实现对电厂各个设备和系统的远程监测和控制。管理人员可以通过远程系统层实时监视电厂的运行状态，及时发现问题并采取相应的措施。同时，远程系统层还能够实现对电厂的远程诊断和维护，提高设备的可靠性和稳定性，减少因设备故障而导致的停机时间。主控管理层则承担着监控和管理电厂整体运行的任务。通过综合管理中心，对电厂的生产过程进行全面的监控和调度。管理人员可以通过智能移动终端实现对生产计划的实时调整，优化设备运行参数，提高电厂的整体效率和生产质量。过程感知层作为智慧电厂信息化控制系统的基础，负责采集和处理电厂各个环节的实时数据。通过传感器和数据采集设备，过程感知层可以实时监测电厂生产过程中的各项参数，包括智能机器人系统、安防监控系统、环境监测系统等。这些数据经过处理和分析后，可以为管理人员提供准确的生产信息，帮助他们更好地掌握电厂运行情况，及时调整生产策略，确保电厂运行的安全、高效和稳定。

2智慧电厂建设架构

首先，现场设备层是整个电厂运行的终端与执行端，如果智慧电厂系统是“大脑”，那么现场设备则是“神经末梢”，其为智慧电厂一体化控制平台的基础，包括传统IO设备、总线智能传感器和总线智能执行器。传统IO设备负责采集各种参数数据，将现场数据源源不断地上传至基础控制层，而总线智能传感器和执行器则通过数字通信总线与控制系统进行连接，实现对现场设备的智能控制和监测。这些设备的数据采集和传输是智慧电厂一体化控制平台正常运行的基础，也是大数据分析的重要数据来源。

基础控制层是智慧电厂的控制中心，主要由主流控制系统组成。这些控制系统负责接收来自现场设备层的数据，进行初步的处理和控制，确保火电厂设备的正常运行和生产过程的安全稳定，其本身并没有大数据的处理与分析能力。因此，需要将从现场设备层搜集来的数据上传至大数据智能控制层。基础控制层通过对现场设备的实时监控和控制，为大数据智能控制层提供了必要的数据基础。

第三层是大数据智能控制层，大数据智能控制层是智慧电厂一体化控制平台的核心部分，包括大数据存储服务器、智能控制器、工控服务器和拓展设备。这一层面向大数据技术，通过海量数据的存储、处理和分析，实现对火电厂生产过程的智能监控和运行优化。大数据存储服务器负责存储来自现场设备层和基础控制层的数据，智能控制器通过数据挖掘、机器学习等技术，对数据进行深度分析，实现对火电厂生产过程的智能控制和优化。工控服务器和拓展设备则提供了强大的计算和处理能力，支持大数据智能控制的实时性和稳定性。

最后，智能管理层是整个智慧电厂系统的最高层级，负责监管和决策，其决策结果将通过大数据通信链路与统一门户、控制室和大屏展示等设备呈现给智能管理层，以供决策层进行管理决策。智能管理层可以通过实时监控数据、分析报告等信息，进行智能分析和预测，优化火电厂的运行策略，对电厂的运行状态进行全面的监管和决策，从而实现对整个电力生产过程的全生命周期监控和管理，提高整体运行效率和经济性。

3智慧电厂建设方案

3.1智能化现场设备应用

现场智能仪表、执行器等是电厂不可或缺的智能装备，电厂智能测量技术已成为智能电厂关键技术之一。目前智能仪表除了4～20mA等标准模拟信号传输，还带有HART、Profibus、FF等现场总线通信协议，不但传输测量值，同时还可以传输智能设备的状态、自诊断、量程校核等设备，另外从科技文献发表数量来看，智能仪表在“十三五”期间已经进入成熟期，智能仪表已经在电力、石油化工企业的得到了广泛应用，智能仪表的应用程度会在一定程度上左右电厂智慧化程度。

3.2生产优化监控系统应用

依托SIS机组生产过程监控与运行优化项目实现DCS、PLC、FCS控制系统数据采集，建立数据库以及软件平台，建立数据采集接口，实现实施数据的采集和处理，消除信息孤岛，实现全场生产过程整合监控，包括生产流程监视、生产数据存储、生产数据趋势查询，扩展开发机组级和厂级性能计算、经济指标分析及诊断、运行优化指导、热电机组符合优化分配、机组性能实验、过程信息统计分析以及向上发布功能，发挥数据监控层作用。

3.3发挥优化层促智慧建设

保证装置各回路自动控制效果，在设计阶段充分考虑实现装置一键启动方案，实现新建燃气锅炉和燃机的全态一键启停。另外，保证一键启停充分考虑各汽水系统阀门自动化配置，减少人工干预和就地操作。燃气锅炉实现上水、冷态点火、启炉、启机的一键启动，并借助生产优化监控系统开发的“优化运行”模块，以燃气锅炉、燃机效率为目标进行优化分析，结合多约束条件的稳定工况，根据寻优目标，找出当前工况下最优的稳定工况区域。

3.4一体化平台建设

①通过生产区域DCS+双线以太网+控制系统、智能定位、智慧巡检以及视频监控实现可靠感知；②通过传统PID控制与APC先进控制等技术结合，与条件程控逻辑搭接，实现燃炉和燃机的一键启停，并在稳态运行中实现自动控制，同时利用生产优化监控系统优化结果智慧寻优；③通过生产优化监控系统、三维模型、视频监控，积累历史设备运行参数以及工艺运行参数，实现装置虚拟再现；④利用智能生产管理系统、智能预警、人员巡检移动化、安防整合、噪声监控实现异地动态监控、智能预警以及进度信息实时跟踪，支撑智慧工厂随时办公、及时响应；⑤依托智能检修工作票、增强全业务流程以及管理层功能建设，以业务流程为主线，实现智能预警、性能计算与业务流程穿透，达到业务协同目的；⑥围绕生产经营指标分析，实施更新采集生产优化监控以及生产运营相关数据，按照分岗位、分层次化模拟人的思维实现参考决策服务；⑦实现非生产区域的智能化建设。最终通过智慧电厂架构以及功能应用开发实现智慧建设电厂目标。

结束语

智慧工厂建设是以信息化、智能化建设为基础的，使生产装置达到优化控制，并建议在应用层与现有信息系统融合，完成生产区域智慧化，并根据特色需求，再扩展智慧电厂的应用层和管理层。在保证网络安全的前提下，智慧电厂应用层开发的深度，决定了智慧电厂智慧化程度，借鉴“工业4.0”组织经验丰富、具有创新意识的专业团队做好智慧电厂应用层的开发。

参考文献

[1]刘超.应用大数据功能构建智慧电厂运行系统[J].锅炉制造，2023（5）：31-32，35.

[2]张卓烨.浅析火力发电智慧电厂建设[J].工业控制计算机，2023，36（3）：119-120.

[3]戴洁.数字化转型趋势下的智慧电厂建设[J].经贸实践，2023（2）：62-63.