电规总院发电新技术处处长张晋宾：从智能电厂实施路线图等四方面解读智能电厂体系

智能电厂基本概念、智能电厂内涵及核心技术、智能电厂参考体系架构以及智能电厂实施路线图……电力规划设计总院发电新技术处处长张晋宾从这四个方面介绍了智能电厂体系。

2020年3月13日，由华北电力大学国家大学科技园联合中关村华电能源电力产业联盟举办的“2020年智慧电厂线上论坛（第一期）”在腾讯会议进行线上直播，北极星电力网对本次会议进行全程文字直播。电力规划设计总院发电新技术处处长张晋宾作了“智能电厂体系”为主题的报告。直播会议合作，请联系手机/微信：13693626116。

各位听众，各位观众，女士们，先生们，朋友们，大家下午好！首先非常感谢华北电力大学国家大学科技园、中关村华电能源电力产业联盟、中国电力云平台等各主办单位老师们的辛勤工作，使我们在疫情期间有机会能和大家共享一些技术的理念、切磋技术的一些方向。

今天下午给大家分享的题目是“智能电厂体系”。

分成四个部分：

第一，给大家简略辨析一些容易混淆的基本概念，和我国智能电厂发展的一些政策背景。

第二，介绍一些智能电厂的内涵和一些核心技术。

第三，从三个维度介绍一下智能电厂参考体系架构。

第四，结合我们对于国家“十四五”规划的研究，提出一些个人的看法，智能电厂实施的路线图，包括国内外，特别是看大家十分关心国外的一些案例，主要介绍一些智能电厂国外的一些案例为主，国内的也有涉及。

谈到智能电厂，英文单词我们是不能回避的，在罗马字典中对于Intelligent的解释是善于思考和理解事物，对于Smart的定义是，善于学习和快速理解事物。

国外的Intelligent level有一个金字塔结构，可以看出来，最低级是No dummy，相当于我们常人，更高一级是Smart，再高一级是Intelligent，再高一级是Brilliant，再高一级是Genius，我们可看出来Intelligent和Smart这两个有上下高低之分。在国际电工委员会和国际标准化组织所提出的智能电网和智慧城市他们英文用语都是Smart，Smart City包括智能楼宇，在美国标准和技术国家研究院智能制造他们是Smart manufacturing，在德国工业4.0和以美国为的微主工业互联网联盟他们所提出的智能工厂用语都是Smart facturing结合以上国际标准化组织和一些主要团体的用于，并且考虑到智能电厂发展的层级关系和定义，所以我们建议智能电厂的英文用语用Smart power plant。

我们再看一下中文的智能和智慧的概念，在辞海中对于智能的定义和智慧的定义十分明显，对于智慧的定义是，对事物能认识、辨析、判断处理和发明创造的能力。犹有才智和智谋。见“般若”，这个是佛教用语，我们不去解释它。智能也可以理解成智慧和能力。从《辞海》的解释可以看到，智慧和智能在中文中没有高下之分。

谈到人工智能，在《维基百科》中有两个定义，第一个定义就是讲机器或者计算机程序所展现的智能，另一个讲学术研究领域的人工智能，就是这个名称。

人工智能在工程界可以理解成智能机器所执行的与人工智能有关的功能。一句话，用机器实现必须借助人类智慧才能实现的任务，可以在我们工程界这样理解人工智能。

人工智能AI在工程界来讲就是机器智能MI，从人工智能1956年诞生到现在，出现了符号主义、联结主义、行为主义、统计主义这四个最主要的主流学派，近期有些学者也创立了仿真主义这个学派。

人工智能的基本特点是感知、记忆和思维、学习和自适应、行为决策、执行控制等特点。除了前面人工智能教材所讲的人工智能的分类以外，实际国际上通用的人工智能的分类，是把人工智能分为强人工智能、弱人工智能和超人工智能这三个类别。强人工智能讲的是全面模仿人类各个行为的智能，所以说它也叫通用智能或者叫广人工智能。弱人工智能只是模仿人类的某一行为、某一方面的人工智能，所以说也叫窄智能或者叫应用智能。第三类是超人工智能，这是近期提出的一个概念，但是这个概念仅仅是停留在概念的层级，这方面并没有一些突出的或者说相关的一些深入性的工作。所以在工程中我们要甚用超人工智能这个概念。我记得在去年、还是前年碰到有的工程界的人讲我是超智能的东西在应用，这个是对智能的概念、理解有误，公开场合或者学术场合这样讲会贻笑大方的。

对于人工智能学科来讲，可以细分为机器学习、智能控制、自然语言处理、视觉处理、语音处理、专家系统、规划和搜索、机器人，无人机这些都属于机器人的范畴。机器学习模式来讲，除了我们大家所熟知的深度学习、增强学习以外，实际还有很多种学习，包括像被动的统计学习、主动学习或者因果这些学习等等。

在《国务院新一代人工智能发展规划》中提到，“重点任务”中要求“推广应用智能工厂，加强智能工厂关键技术和体系方法的应用示范。”并且提出了三步走的发展战略目标。

在发改委、工信部、国家能源局发布的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》中，也对智能发电提出了相应的要求。

在《国家能源发展“十三五”规划》和《电力“十三五”规划》中，或多或少对电源侧的智能化也提出了相应的要求，这些就构成了我国智能电厂发展的一些政策背景。

第二个部分，给大家分享一下智能电厂的内涵及核心技术。

在去年由电力规划设计总院所编写的《中国电力发展报告（2018）》这本书中，对于智能电厂的定义是，面向电厂全生命周期，融合利用新一代的信息通信技术、人工智能技术、检测技术、控制技术、工程技术、运维技术、管理技术等等，以发电系统维载体，在其关键环节和过程形成具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，动态适应发电环境的变化，并与智能电网高度协调，从而达到全局或者局部的优化目标，实现安全、可靠、绿色、经济、灵活的电力可持续供给的电厂。那个定义比较长，我们可以这样简略的来理解。智能电厂就是我们新一代的人工智能技术AI+新一代信息通信技术ICT+运行技术OT+工程技术ET+管理MT技术，这些多个技术的融合体。

谈到智能电厂的核心技术：首先，智能仪表、智能感知相应的。第二，是智能设备和智能工（器）具，比如机器人、无人机、智能团代、智能头盔、智能眼镜等等。第三，数字工人，就是说在数字技术武装下的工人，使工人具备了千里眼、顺风耳成为专家、成为通才。第四，互联互通，核心是通信方面的互操作性或者是数据方面的一些互操作性。第五，建模与仿真。建模就相当于我们大家很熟知的，前段时间很流行的数字孪生子或者数字双胞胎的一些相应的概念。第六，数据分析，包括描述性的分析、包括预测性的数据分析、包括规范性的数据分析等等。第七，智能控制。第八，自主决策和决策支持，包括监控方面的决策支持运维方面、检修方面、管理方面等等的一些支持。第九，可扩展的多层次的安全体系，包括功能安全、网络安全等等。

智能电厂是很多技术作为它的基石或者支撑，当然首先是自动化技术，包括BIM，就是相关的电厂信息建模技术，工业互联网技术、互联互通、大数据、云计算、机器视觉、系统支撑、人工智能这些技术，都是作为智能电厂的基石和支撑。

智能电厂的全局优化目标，除了我们传统意义上的发电量、安全、可利用性、可靠性、效率以外，可以进行相关的一些性能预测和预知，机器和设备的损耗和磨损这些方面的目标，还有我们机组运行灵活性的目标和预知维修方面的目标，都可以见诸智能手段来加以改善。

智能电厂的内涵，包括仪表智能化、设备智能话、人烟的数字技术化、生产过程的智能化、检修维护的智能化、经营决策的智能化、企业间协作的智能化等等。

智能电厂的建设目标：第一，构建高级功能的目标。第二，构建新型的发电运营和管理模式。

第三，智能电厂的参考体系架构。分为三个维度：第一，生命周期维度。主要是参考国际标准15926来考虑，是一些全生命周期的价值活动的列式集合和组合。包括像设计，设计包括设备的产品设计、工程方面的设计、工程设计等等。制造、安装、运维、退役等。系统层级大家都很熟悉，包括发电系统和设备层级、监控装置层级、车间层、电厂层、互联世界层级。

互联世界层级：第一，是电厂设备之间、人员之间和车间之间组成的电厂内部协同互连网络。第二，电厂产业链上不同企业核电厂组成的外部协同互连网络。

智能功能层级，首先是感知和执行层，次一级是通信层，再高一级是信息层，再上来是功能层，最高是业务层等等。

智能电厂区别于普通电厂最大之一，就是我们前面多次讲到，要有预知和预测分析这些方面的功能，要提供对操作员和检修方面的一些决策支持。

第四部分，给大家一起分享一下智能电厂的实施路线图。

这个图是著名的盖特纳公司于去年公布的人工智能在企业中应用各种人工智能技术现在处于什么样的态势，有的是处于刚刚开始的一些创新的触发期，有的处于大家的幻想期，欲望碰撞，马上对它的希望特特别高。随之而来的是有些处于泡沫破裂以后的一些下降期，有的处于稳健的一些成长期。在这个图上一目了然，知道我们人工智能现在处于什么样的状态。

基于人工智能一些技术、相关智能发电技术的状态，结合我们国家“十四五”规划提出的一个原则，是应用推广一批、示范实验一批、集中攻关一批的思路，我们提出来用1到2年的时间先应用推广一批比较成熟的技术，包括像我们的信息建模、BIM的0—1级的技术，和有些部分比较成熟的可以采用一些智能控制的手段，比如局部的MPC，和成熟的语音识别，虚拟现实，用于相关的安全、培训等等，进行相关的一些规划的优化，包括巡检机器人、AGV、5G—eMBB、数据描述性的分析等等。第二，示范实验一批，用2—5年的时间来实现BIM二级的应用，和智能控制、机器视觉、机器学习、云边计算、AR/MR、数据分析、5G—uRLLC等等。第三，利用3—10年的时间集中攻关一批，包括BIM三级的技术，和一些新兴的传感和测量技术，包括智能机器人、智能决策、AI云、规范性的数据分析、5G的大规模机器互联通信技术、第三代的区块链技术在电力方面的应用、新一代电力的CPS信息物理系统、智能虚拟电厂等等。

智能电厂成功的关键要素，首先企业文化，包括像战略规划布局、项目组织管理和技术等等。智能电厂的建设，如果一个企业对新生事物的适应能力有欠缺的话，智能电厂是很难取得成功的。

在智能电厂建设的前期，我们要做好相应的感知这方面的总体规划，要做好数据的规划和总体设计、网络规划的总体设计、平台规划的总体设计，包括信息安全体系的规划和总体设计这些方面等等。在这些方面，我们电规总院作为能源智囊和国家智库，可以给各位提供一些相应的技术支持。

智能电厂的实施方法，首先，建议电厂要成立相应的一些评估团队，要对电厂当期的绩效进行一些评估，然后确定我们智能电厂的基准或者关键的KPI指标，并且考虑我们未来可扩展的一些应用。基于此，编制成相应的智能电厂的项目实施大纲，并且做相应的一些成本收益的分析，然后结合多种情况来编制具体的实施方案。

这个是一些无人机的应用案例，大家可以看得到，包括像无人机对于风力发电机组的巡检，对于管线、对于烟囱、冷却塔等等都可以进行相应的巡检，包括对锅炉炉膛方面的巡检，对锅炉炉膛里面进行一些探测和测试。包括我们国家现在很多企业推出来的已经应用十分成熟的一些巡检机器人，包括电缆隧道的巡检、线路的巡检、升压站的巡检，和一些开关柜方面的抄表和巡检。包括像蛇形机器人的应用，可以对一些些狭小空间进行检测，看看我们管道内或者容器内一些狭小的容器有些什么样相应的问题。包括BIM技术相关的在施工运维期，结合虚拟现实技术，对我们施工期间一些质量、安全这些方面的检测，包括像对于员工安全设施方面是不是齐全相应的监测，包括安全，包括我们的刀闸状态、开关状态识别、仪表的自动读书等等方面，利用机器视觉技术都可以做得到。

包括像前面讲的，利用虚拟现实技术对现场运维人员的培训。对于现场人员，利用我们的增强现实技术，可以实现工作票和操作票精准的管理。包括利用混合现实技术，对于运维人员现场直观的可视化的指导。以及各种各样的智能控制技术在我们各个控制回路或者协调控制这些方面的应用。

这个案例是台湾林口电厂，是3台80万千瓦的超超临界燃煤机组。他们应用MHPS，就是三菱、日立动力公司的人工智能锅炉燃烧政定系统，建立了燃烧的机器学习模型，对于燃油器风箱挡板开度、燃烧器倾角等等进行智能的设定，达到降低燃料成本每年可以多达1000万美金。

欧洲的Essen公司和GE联合开发了Opflex这个模块，可以对他们的燃气轮机变负荷进行优化，由此改善了燃机的深度调峰和快速爬坡的能力，大大给企业增加了盈利的能力。这个是美国智能维护系统公司，就是IMS，我们原来工信部做大数据分析经常请他的首席李杰教授在国内进行相应的演讲所应用的案例，包括采用机器学习、监督学习这些方式，对于我们风力发电机组相关的这些电力设备进行一些检测的很直观的流程。

Presenso，是以色列的一家公司，对于我们新能源电站提供了预测性维护这方面的能力，这家公司后来被SKF公司集团收购了。

这是阿联酋迪拜电力和水务管理公司，他们启动智能电厂建设以后的公司愿景，近期他们和我们国内的华为和国际上一些相关的公司都进行了接洽，他们也在提升他们智能电厂这方面相应的一些行动。

这个是美国纽约电力公司的总裁，他在2017年年底宣布，他们建立了世界上首个数字化和开放式的企业，他们所建立的NYPA一体化智能运行中心，可以同时监控16个2000多公里的。这个是日本三菱和日立动力公司正在建设中的日本高砂联合循环电站，总装机容量是60万千瓦，效率他们宣称要达到65%以上。他们宣称这个是世界上首台自治运行的联合循环电站，预计在今年并网发电。

他们怎么能宣称他们是世界首个自治运行的联合循环电站呢？是基于智能传感器、OSI的PI数据管理平台、微软的云平台和AI增强先进模式识别软件和AI辅助机组检修软件，他们号称会建成世界首台自治运行的联合循环电站。这里我们一方面是拭目以待，另一方面也期待他们得成功。

资产管理系统见诸于AI的助推器，各个公司都推出了相应新的产品，这方面包括ABB的，包括Bnetley的，包括大家所熟悉的GE公司的，也包括IBM公司的，还有ORACLE公司的，包括西门子的APM。

这个是美国最大的核电站Palo Verde，近期是采用Uptake公司的AI—enabled APM，他们达到了利用uptake公司的APM以后，每年在检修运营方面可以缩减37%的一些工时和劳力，实现了每年在维护方面1000万美金的节省，节省造价20%，创造了核电新的记录。

技术创新、模式创新和组织创新的融合体，也是新一代的AI、ICT和先进发电技术的融合，并且带有先进的一些智能功能，贯穿全流程，因而对于我国构建安全、绿色、低碳、经济和可持续现代发电体系具有重要的助推作用。

最后，祝愿大家在智能电厂的建设中从成功走向成功，从辉煌再铸辉煌。

来源：北极星电力网

（本文根据现场速记整理，未经发言人审核。）