火电厂智能化标准的探索路程

在中国电力企业联合会（以下简称“中电联”）智能发电标准化工作组成立暨第一次工作会议上，电力行业热工自动化与信息标准化技术委员会副秘书长、中国自动化学会发电自动化专业委员会秘书长孙长生应邀在会上就火电厂智能化标准的探索路程进行了交流，本文根据交流PPT内容改编。

（来源：中国电力企业联合会智能发电标准化工作组）

一、火电厂面临的问题

据中电联2019-2020年度全国电力供需形势分析预测报告， 2019年全年全社会用电量7.23万亿千瓦时，其中全国全口径火电发电量5.05万亿千瓦时（比上年增长2.4%），占全国发电量的比重为67.4%（其中煤电发电量4.56万亿千瓦时，比上年增长1.7%）。2019年新增发电装机总容量，新能源大于全国全口径火电29%，因此新能源替代火电是解决未来能源供应的趋势，也是能源转型的有效途径。但2019年在火电让电的情况下，全国发电电量的比重火电仍大于新能源34.8%。也就是说，火电仍在相当长的一段时期内是能源供应的主要地位。

当今能源革命的主题，虽是新能源开发利用与传统火电能源清洁高效利用的并重推进，但国家清洁能源消纳和环保需求，对火电能源在深度调峰、超低排放、灵活运行、电改等方面提出了更高要求。而采用传统技术已难以解决火电厂面临的问题以实现这些更高的要求，需应用人工智能为核心的新集成技术，引领向智能化发展，以保证火电机组在中低负荷下安全、环保、减人、降能、增效，供电煤（气）耗达最低方式下运行，从而提升火电能源的清洁高效利用，保持在能源市场竞争力。

为避免无序投入，在火电厂智能化建设过程中，就需要总结、提升，制定新的标准，引领行业发展。

二、火电厂智能化研究与标准制定及建设探索路程

针对火电厂面临的问题，电力行业热工自动化与信息标准化技术委员会（以下简称“热工标委会”）和中国自动化学会发电自动化专业委员会（以下简称“发电自动化委员会”），于2015年开始了火电厂智能化建设方向与标准的探索与研究：

（1）应邀参与一些发电集团智能化电厂建设方向研讨会与研究工作。

（2）2016年1月26～27日，联合电力行业热工自动化技术委员会,在杭州召开智能化电厂建设方向专题研讨会（浙江能源集团技术研究院承办），在侯子良教高的积极参与下，启动了智能化电厂建设研究，并委托广东电科院陈世和主持、多个集团和电科院参加的《智能化电厂技术发展纲要》编写工作。2016年9月纲要通过各大发电集团、已开展研究工作的研究院、设计院、电厂专家参加的审查会审查，由中国电力出版社出版，为发电厂进行智能化建设提供参考。

（3）2016年10月份，热工标委会和发电自动化委员会，在《智能电厂技术发展纲要》的基础上，委托河南电科院郭为民教高牵头，申请了中电联2016年第三批团体标准“智能化电厂技术导则”制定任务，并主持完成标准制定。中电联标准化中心分别召开了征求意见稿研讨会和标准送审稿审查会，更名为“火力发电厂智能化技术导则”后中电联于2018年发布，这是我国第一个火电厂智能化标准，标准的整个内容架构如图所示。

（4）2016年5月，中国自动化学会发电自动化专业委员会与工信部电子工业标准化研究院合作，选择浙能台州第二发电有限责任公司和华能长兴发电厂作为《智能化发电厂工控网络和信息系统安全防护与管理建设研究与应用》试点项目。这既是工控网络安全的需要，也是电厂智能化建设的一部分。项目于2018年1月通过中国自动化学会主持的鉴定。之后在该项目实践经验的基础上，热工标委会与发电自动化委员会分别协助浙江电科院、河南电科院、浙能技术研究院等相关单位申请、制定了中电联团体标准《发电厂监控系统信息安全评估导则》，电力行业标准《发电厂监控系统信息安全防护技术规范》《发电厂监控系统信息安全管理技术导则 》《火电厂监控系统信息安全技术监督导则》。组织项目单位浙能台州第二发电厂、华能长兴发电厂、浙江电科院、华能国际、浙能集团等专家参加了国家信息安全标准《工业控制系统安全管理基本要求》《工业控制系统安全检查指南》《工业控制系统安全风险评估实施指南》《工业控制系统安全防护技术要求和测试评价办法》的制定工作。

（5）2017年以来，热工标委会与发电自动化委员会为进一步推动智能化电厂发展，组织部分委员进行以下方面的相关研究，为未来制定相关行业、国家和国际标准制定进行基础准备，包括：

1）火电发电智能化的技术路线方面：

信息获取、集成与交互；

大数据分析与智能化处理；

智能运行优化 ；

智能化设备全寿命周期管理；

信息安全防护与管理。

2）电厂智能化检测技术研究与应用方向方面：

传统、关键的传感器智能化开发与产品化应用；

基于微波、激光、光谱、静电、声波等先进测量技术及在线测量研发；

基于机理模型和可测变量建立软测量模型，实现难以直接获取的参数在线测量。

3）智能化电厂的大数据分析与挖掘应用方向方面：

控制数据：锅炉主控参数曲线、汽轮机阀门管理曲线，挖掘基于节能降耗需求、基于控制性能提升需求、基于安全运行需要的智能优化控制模型；

运行数据分析：运行操作、燃料，能耗在线监测与诊断，挖掘热力系统智能优化能力；

发电预测：（发电上网报价竞争）和厂级机组负荷优化分配：建立负荷煤耗特性模型，通过智能优化算法（根据机组状态），进行全厂各机组的多目标负荷优化分配；

电站设备故障预测：由集团层面或者跨集团的数据中心，进行数据存储、清洗、挖掘和分析应用，实现性能分析和故障预测 ，状态维修与监督；

4）电厂智能化发电控制技术研究与实施方面：

控制智能化技术：通采用机理、机器学习等方法建模，预测控制等手段扩充控制策略, 人工智能学习等方法实现控制目标自适应精调；

智能化运行节能：燃烧智能优化，热力系统智能优化与全工况指导、多目标优化耦合、智能巡检与智能两票，燃料管控系统；

自启停优化控制：机组和主辅设备在启动/停止及各种运行工况间的自动、灵活、快速、稳定切换，过程自适应、自学习、自寻优；

智能机器人技术：机器人检测技术、机器人维修技术、多机器人联合作业；

智能安防：现场三维监视、电子围栏、智能两票及巡检功能联动，实现人员定位、身份与行为识别管理、违章作业监控；

信息安全防护：检测工控网络异常，阻隔网络攻击，实现网络信息可视化，为信息安全事故的调查提供详实的数据支持。

5）电厂智能化管理技术研究与应用方面

全寿期设备智能管理：设备状态模型、状态评价，全厂设备、检修、维护数字档案，进行设备管理智能决策状态检修与计划检修；

三维数字的深入应用：一体化平台的设计、施工、交付档案，作为运行诊断、协作、培训及AR、VR和MR技术应用的基础；

智能交互：在三维数字化的基础上，通过智能交互实现跨平台、跨区域的多维现场多方协作模式。移动终端、AR、VR、MR等技术，为现场人员的作业提供远距离的多方协作；

维修管理：数字化视频监控、智能化现场移动作业、在线仿真技术、检修维护过程管理、人员培训与管理、物资管理；

智能市场营销：负荷预测技术、报价决策技术、成本核算技术、发电与能源区块链。

（6）2019年由国网浙江省电力有限公司电力科学研究院为主导，进行了国家标准《智能火电厂技术导则》申请，第一次答辩未获通过，目前在继续完善草稿。

（7）为掌握火电厂智能化建设现状，为相关部门提供电力行业火电厂智能化建设发展报告，以促进各火电企业与相关产业、高校、科研院所等单位的工作互补，推动火电厂智能化建设的健康发展，同时也为配合电厂智能化相关标准的申请，在刘吉臻院士的倡导和指导下，中国自自动化学会发电自动化专业委员会、中国能源研究会智能发电专业委员会、中国电力技术市场协会工业互联网与智能化专委会联合，于2019年9月16日至2019年10月25日期间，组织对全国范围内在火电智能化建设方面具有典型代表的15家电厂（各大发电集团各推荐二家电厂）进行主题为“火电厂智能化建设现状”的现场调研。收集了ICS智能发电运行控制系统、智能监盘、数据信息挖掘与SIS系统的深度开发应用、三维技术、智能燃料（智能煤场）、故障预警与远程诊断技术、智能安防、APS系统、锅炉燃烧系统、现场总线、移动APP等项目的开发、实施和应用案例，对火电领域智能化建设中的技术开发、新产品制造、示范工程应用进展及效果进行了总结，汇总了智能化建设中存在的主要问题、应对方案与技术需求，提出了智能化建设中的核心诉求与发展思路建议。

三、未来火电厂智能化研究与应用

1. 在电厂智能化控制与数据处理基础研究方面

（1）DCS通过智能算法控制器、平行控制器的开发、应用，实现功能性升级；

（2）大数据利用及人工智能对控制优化的数据应用；

（3）储能技术的应用和发展 ；

（4）人工智能及区块链技术在电力合约中的应用；

（5）新能源互联后的虚拟电站技术；

（6）工业级安全保障的无线物联技术；

（7）物联技术及其他方向。

2. 火电厂智能化建设开发与应用方面

（1）设备层包括：智能化在线分析仪表、炉内检测设备、软测量技术应用、视频监控与智能安防、现场总线系统、无线设备网络、智能巡检机器人、辅助工装系统。

（2）控制层包括：复杂过程先进控制、燃烧优化控制、APS2.0 /PID自整定、辅助服务控制优化、排放控制优化面向、对象故障诊断、控制系统安全防护、平行式仿真、模型在线辨识。

（3）监管层包括：复杂的性能优化分析、设备故障预警和分析、宏观的机组负荷调度、多层高级监管平台、高层监管智能决策系统、多级报价决策平台竞价上网分析报价系统。

（4）管理层包括：远程实时传输及物联网、智能决策与分析技术、远程设备状态监测与诊断、ERP应用、集团安全生产监控系统、辅助决策与专家诊断、网络信息安全、燃料智能物流、备品备件虚拟联合仓储、运营数据深度挖掘。

3. 电厂智能化建设应关注

电厂具有关联性丶流程性丶时序性强特点，智能化是形势迫使转型升级的内在需要，是个渐进过程，应考虑产出比与社会责任，避免盲目高大上，过多的考虑形象工程而上项目的情况发生。因此，电厂智能化建设应关注：

（1）当前应全面推进数字化（重视基础，如统一格式无纸化）、研究智能化，更多的关注新技术及研发应用、优化过程工艺与控制及企业内在因素。

（2）针对机组可用率低、环保排放要求高、降成本、提高竞争力的要求，智能化建设应重点在智能传感器开发，燃烧优化、源网协调、中低负荷自适应控制，节能减排、智能监控、适应电改、挖掘机组潜力上。

（3）借鉴国内外先进理念，结合企业实际情况，深入流动数据研究，进行隐形数据显性化与应用创新，避免SIS（仅当作数据库应用）、盲目应用国外优化软件情况再次发生。

（4）电厂智能化发展应注重软件可用性，推动厂家售后服务工作深入（电厂需求变更和设备故障后，服务单位的响应快速性和服务及时性…），推动过程评估的切实进行。

（5）不盲信智能化，智能化要取得成效，需要人、设备、网络联动，三者之间以人为本。人决定了创新开发、有效维护、安全运行深度，也就决定了电厂智能化的高度。因此，应在电厂智能化建设过程中，将人才的培养放在重要的位置。

四、火电厂智能化建设现状、问题与建议

1. 电厂智能化建设现状

通过15家电厂的现场调研，结论是国内外还没有一家完整意义上的智能化电厂，但智能化电厂框架下的许多智能控制技术和先进算法已在这些电厂中进行不同研究应用，取得一定效果，主要实施的有：

（1）广义人工智能技术：ICS智能优化控制，融合工业数据分析和先进智能控制技术， SIS下沉，架构三层转为二层

（2）运行优化管控平台技术：在运行的有SIS深度开发应用和润优益智能寻优指导系统，通过运行工况综合分析，计算运行参数最佳值。

（3）三维技术的应用：除前期的设计应用、数字档案、仿真培训、虚拟电厂外，逐步应用于运行监控、设备检修管理、周界报警、虚拟定位等。

（4）安防监视：门禁、锁，人员定位，人帽服识别，明火烟雾、现场异常与检修监视，视频分级监控、联动。

（5）故障诊断系统应用：在线监测、数据分析、可视化预警与远程、优化标准检修、华润预警诊断CSASS。

（6）智能监盘应用：数据分析，健康度打分系统、可靠性为中心预警模型、运行操作因子的标杆值指导运行人员操作

（7）机器人与无人机巡检：通过图像识别、深度神经网络等智能化技术，巡检在汽机、锅炉，输煤廊道，煤场等场所，监视与识别不安全状态。

（8）APS系统： 重要辅机一键启停、机组自启停，一键深度调峰升降负荷、AGC功能一键投切，典型故障自动处理。

（9）全自动化煤场：煤样制存取及数据采集、斗轮机控制（实时成像、盘配煤), 煤廊巡检、入炉煤实时检测，可视化

（10）其他：锅炉燃烧系统监视，现场总线、移动端开发应用、管理软件、AR系统眼镜（点巡检、安全培训

2. 电厂智能化建设中问题

电厂智能化建设，促进了电厂安全运行、减人增效、管理规范，但也暴露一些问题，如：

（1）无标准可依：定义不清,方向不明（炒作：数字、智能、智慧、超智慧化）没有国家、行业、集团企业标准标准指导，需求多变，基层企业不好把握，摸石头过河 。

（2）传感器做不到对所有系统的全覆盖，传统的传感器不具智能功能，是智能化发展的瓶颈，也是实现真正意义上的智慧电厂的难题。

（3）效益甚微：电厂智能化应最终为生产服务，产生效益。但目前有些电厂智能化的设计和生产结果效益甚微，也有的被厂商引导消费。因此电厂智能化建设，应从实际需求出发寻找解决方案。

（4）服务差距：软件商服务与企业要求差距，实施过程中，企业依赖软件商提供全面服务，但多数软件商提供服务仍停留在“以我为主”理念。

（5）人才不足：在建设智能化电厂方面的人才特别是高素质专业人才严重缺乏，现有人员技术力量薄弱，难以满足电厂智能化建设的发展需求。

（6）认识不一：同一电厂各部门对电厂智能化建设的认识不足，对智能电厂建设主动性不强，系统实施有的处于被动摊派模式，且存在一定的盲目性。

（7）数据挖掘难：随着智能化建设的逐步推进，生产经营过程中产生的数据数量上更庞大、更复杂，表现在数据的不定性、随机性、模糊性，信息的不完全性以及语义表达的歧义性。如何整理各系统、各电厂、各集团间数据的统一性，用于深度挖掘，实现更高级的管控，这需要上层的早期规划。

（8）信息系统平台：应采用集团统建方式才能发挥最大效应，若各单位自行建设将使各平台参差不齐，难以消除信息孤岛，且费用将上升，同时给将来互联互通带来困难。当前集团层面对信息系统建设没有明确规划和具体方案，给下层信息系统建设带来不确定性，存在重复投资浪费风险。

（9）隐形数据：重视设备和控制过程的自动化，未重视对过程隐形流动数据的深入研究与提升，应借鉴国内外先进理念，结合企业实际情况，进行隐形数据显性化与应用的研究与创新，避免SIS、盲目优化情况再次发生。

3. 电厂智能化建议

随着各种智能控制、信息及数字化技术的不断发展，预示电厂智能化未来发展，需要不断与移动互联网、云计算、大数据和物联网等新技术相互融合，以促进火电厂的进一步转型升级，为有序的推进火电厂智能化建设，建议：

（1）出台标准：总结提炼电厂智能化建设经验与教训、设计火电厂智能化标准体系，组织制定行业和国家关于电厂智能化建设、运行、维护、管理、评价标准。

（2）循序渐进：智能化建设应总体规划，以点带面、分步实施；智能化长期不断实施的过程，循序渐进，避免装门面、做花架子。

（3）当前任务：全面推进数字化、研究智能化，更多关注传感器、新技术研发应用、优化过程工艺与控制及企业内在因素。

（4）新代控制系统：开发全自主控制系统，赋予智能运算与平行控制、提升处理复杂工艺或工况的智能控制能力，节能减排、减人增效。

（5）交流探索：建立必要的电厂智能化建设技术交流平台，针对性地探讨，为试点单位开拓思路，提高工作前瞻性和实效性。

五、电厂智能化标准研究与制定

进行火电厂智能化标准制定，有利于合理利用资源，推广科学技术成果，提高经济效益，保障安全生产，保护环境，有利于产品的通用互换，制造、建设与生产过程的协调配套等。

但如何创新火电厂智能化的标准体系，通过以点带面，使制定发布的火电厂智能化的标准重点突出、结构合理、具有指导性、通用性、规范性、有效性、前瞻性、可操作性和适用性，这需要所有热心于火电厂智能化标准的领导、管理、制定人员的协同努力。

就智能化电厂调研结果，建议目前应开展火电厂智能化标准体系的研究与制定，组织已具备电厂智能化标准制定条件的单位，申请和制定首批火电厂智能化下列标准：

火力发电厂智能化技术条件；

火力发电三维技术应用规范；

火力发电厂智能监盘系统技术规范；

燃煤电厂堆取料机（斗轮机，圆堆机）无人值守智能控制系统技术规范；

火力发电厂一体化平台技术规范。