华电莱州的数字电厂建设之路

我们数字电厂的总体框架，可以分为生产管理体系，技术支撑体系，外部管控体系3部分。在生产管理体系中，从设备层，控制层，管理层进行相关核心技术攻关和应用，是现在广泛采用现代数字信息处理和通讯技术基础上集成智能传感和执行智能控制和智能决策等技术，建设指标最优成本最低，智能控制智能安全智能管理安全一体的数字电厂，在外部管控体系推进技术创新生产创新商业模式创新良性互动，实现安全生产可控，实现管理效率，企业效率双提升，最终实现发电厂企业高效，清洁，经济可持续发展。技术支撑体系主要是包括本地和远程两部分，通过技术支撑体系，建立与数字电厂数字中心远程诊断中心，发挥大数据的作用。

——华电莱州发电有限公司数字电厂建设专责人张丽颖

为快速适应新形势下发展要求，精准把握行业发展趋势，引领行业方向，促进新技术、新成果和新产品在智慧电厂领域的转化应用，华北电力大学技术转移转化中心与上海电力大学技术转移中心、中国华电集团有限公司生产技术部、中关村华电能源电力产业联盟等单位于2020年9月27-28日在上海联合举办“2020年智慧电厂论坛（第一期）”。北极星电力网、北极星电力APP对会议进行全程直播。

华电莱州发电有限公司数字电厂建设专责人张丽颖在分论坛2——大数据+工业互联网专场作题为《华电莱州发电有限公司数字电厂建设交流》的演讲。

以下为发言实录：

各位专家各位同仁大家上午好，我是华电莱州公司的张丽颖，很高兴在此与各位专家和同仁交流探讨一些在数字电厂建设过程当中的一些心得和做法。

我将从以下4个方面对我们数字电厂的建设进行简单的介绍。

首先是公司简介，为贯彻新发展理念，推进美丽中国建设，中国华电集团有限公司坚持绿色高效发展，所以在莱州湾畔就建设了绿色新能源基地，华电莱州成立于2010年的8月，今年正好是10年的时间，规划建设6台百万机组，2期建设2台1000兆瓦超超临界二次再热燃煤机组，同步建设了3.5万吨的卸煤码头，两台机组分别与2019年8月和11月投产发电。

现在年发电量达到240亿，代表了世界行业的水平，我们2010年到城里到现在刚刚好10年，也获得了一些荣誉和国家优质安全工程金奖，被评为全国安全文化建设示范企业，中国美丽电厂等。

所以在数字电厂的建设上我们也是做好了非常充足的准备，第二部分是数字电厂的建设概况，首先是实施背景，因为昨天华电武昌的也说过了建设背景，我们跟他相似，因为华电集团是有两个试点。

华电莱州系统分析了百万机组在能耗灵活性方面与同类机组存在的较大差距，确保开展了数字电厂的建设。

接下来建设的原则，首先是价值导向创新驱动，在数字电厂的建设不仅仅注重运用先进的技术，更注重融入先进的思维和理念，推动传统产业的优化升级，优先寻找挖掘数字化技术带来的综合效益增长点，推动生产运营的模式转变。

第二方面是总体规划扎实推进，是按照集团公司的统一决策和部署，在统一的统筹下扎实推进数字电厂建设。

第三是技术引领实用可靠，我们跟踪技术发展以成熟先进技术应用为主，密切结合机组实际注重实用性经济性。

第四，内外结合，掌握核心。坚持技术引进与自主创新相结合，通过数字化电厂建设，掌握核心技术，实现协同发展。

第五总结提炼，资源整合，注重对成熟先进的技术与管理经验的总结，做好现有成果的继承，整合人才系统等资源，合理打造数字电厂的精品。

这个是我们的建设目标，从安全，环保，经济，提灵活。安全方面是实现本质安全的管理目标，环保方面是稳态和动态工况污染物排放达标，经济方面是希望整体煤耗降低5g每千瓦时，发电厂用电率降低0.3%。提效方面降低机组检修维护实验费用10%以上，实现部分重点区域无人值班，少人职守的目标。灵活方面希望与智能电网互动，满足AGC以及一次调频等需求，降低35%pe稳定运。

再说一下总体的框架，可以分为生产管理体系，技术支撑体系，外部管控体系3部分，在生产管理体系中，从设备层，控制层，管理层进行相关核心技术攻关和应用，是现在广泛采用现代数字信息处理和通讯技术基础上集成智能传感和执行智能控制和智能决策等技术，建设指标最优成本最低，智能控制智能安全智能管理安全一体的数字电厂，在外部管控体系推进技术创新生产创新商业模式创新良性互动，实现安全生产可控，实现管理效率，企业效率双提升，最终实现发电厂企业高效，清洁，经济可持续发展。

技术支撑体系主要是包括本地和远程两部分，通过技术支撑体系，建立与数字电厂数字中心远程诊断中心，发挥大数据的作用。

这张图展示的是数字电厂总体的结构以及应用，建设内容仅仅围绕生产运行，检修维护，生产管理和安全防控4个方面的，通过实施智能巡检，在线监测系统，在线评估平台检修规范化建设，最终实现现代检修，优化检修，通过实施生产成本监控，生产成本分析，最终实现成本管控，通过实施人员定位系统，智能安防系统，安全启动预警和本质安全管控系统建设，最终实现本质安全。

同时建立场级分析和远程诊断系统，为优化维护建立应用，统一数据编码和标准建立工况信息，安全技术体系和管理体系，实现工控网络安全主动防御，扩展本质安全范围。

第三个部分是课题开展情况，在数字电厂的建设之初也是带着一些问题到各个的电厂或者是高校以及科研机构进行走访调研，结合华电莱州数字电厂的情况进行13个课题的研究，围绕安全、环保，经济，提效，灵活5个方面的目标和方向，研究了超超临界百万机组转型升级的关键技术。

下面给大家简单介绍一下几个课题的研究情况，首先是DCS系统的改造，进行了3部分的内容。主控辅控的网络融合，就是把辅控的网络并入主机方便人员运行管理，第二部分是设备的智能管理，通过HART协议总线等不增加电缆情况下，信号电流值送到DCS系统数据库中。设备智能管理实现自动同步总线设备信息，形成电子设备台帐，在线检控仪表和IO卡件实时预警监控，报警历史查询以及故障共性分析以及全生命周期的参数管理。

第三部分是嵌入性视频，增加嵌入式集成监控软件，安装视频专用隔离网闸，将工业电视视频集成系统嵌入到DCS系统中。

作为辅助生产的监控系统，为电厂安全生产减员增效起到了举足轻重的作用，减少巡检人员和巡检次数，提高设备的监视和管理水平，提升现场感知力，增强就地人员安全，偏远以及危险区域的巡检以及实时监测的功能。

下一个课题是APS与宽负荷巡航，是从模块化的APS结构设计并可灵活调度，实现包括主机、脱硫、除灰、燃料、化学脱硫、水处理、除灰、输灰全系统融合自启停系统。

通过锅炉电气，热气等等的设备改造，控制层进行控制逻辑优化，建立适应全负荷范围内的节能型调峰的安全运行，实现适应设备状况燃料特性满足调度指令安全和环保指标约束下的多目标自动寻优。

这个是自动巡航可以完成的一些功能，第三个课题是脱硫脱销除尘系统自动化能力的提升，主要是5个方面的研究。

环保监测指标评价体系，建立吸收塔浆液品质特征参数研究以及品质趋势监测的预警模型，建立脱硫吸收塔脱硫效率分析评价体系，吸收塔起泡特性以及抑泡措施的研究和应用。基于数据挖掘技术的脱硫系统自动寻优优化。

这个是模型的建立，主要是喷氨的总量控制和分区均衡控制的两个模型。

课题4是煤质全流程可视化应用系统，这个是整体布局的图，根据煤流的可燃等特性，发挥煤质监测数据，对脱硫脱销进行超前因素指导作用，这个图是一个展示的图，是一个界面图可以显示3维工况，实现煤流追踪，煤质分布、燃烧指数分析等等功能，右边展示的就是功能。

下一个课题是在线煤质数据库，通过收集报表分析信息还有在LIBS在线化验数据，分别是厂外煤质数据库、入厂煤质数据库、入炉煤质数据库等等，建立了4大库实现了预警，建立了煤质异常模型，提取特征，识别异常煤质。是实现不同煤种掺配后的灰分，指导煤厂最优的存煤结构。碳排放方面是实现了对入炉煤碳元素的检测，形成关系模型，综合评定各厂的碳排放量，为今后的碳排放交易做了数据支撑。

这个是功能的展示，这个是4大库，这个是提供的掺配预案，燃料指标的评价和入场煤质分析。

下一个课题是基于入炉煤质在线炉膛温度场的制粉，燃烧，环保运行优化，结合节能环保灵活安全可靠等方面我们做了5个方面的工作，配风与氧量的节能优化控制，送风前馈与低NOx燃烧控制，一次风压多目标自适应优化等等。

第7个课题是DCS控制回路性能智能诊断与评估。一个是控制回路的性能诊断评估，调节回路的优化和运行，以及形成一套发电企业的控制回路性能评估和调整提高的机制。

这个是DCS的系统优化评估的主要的实现的功能，可以形成控制回路的随机性能指标分析，稳态动态指标分析，确定性指标分析，评估指标画像，参数优化分析，参数仿真模拟，全要素分析，AGC考核分析等等。

下一个课题是主要辅机状态监测评估以及风险监控，这个是大体的布局图，这张图是我们一个大概的流程从海量的数据中挖掘设备的运行规律和知识，从而构建设备的数学模型，做到让数据觉醒，让数据会说话。右边的图是我们1期正在应用的一个在线诊断系统，这个系统是具有超前预测混合诊断的功能，共具有120类设备的1万1千多种模型，机器学习和专家知识混合诊断，实现故障预测与相关要素分析，实现未知故障的预警。

智慧运行是基于运行监盘工作的深入梳理，通过先进大数据，智能化等手段，集成相关平台信息，主动监视机组各参数指标在正常经济范围内，右边是概况。

主要是有以下几个功能给大家简单介绍一下，首先是监盘助手，主要是提供参数巡视抄录的日常监盘功能，实时监视设备与系统参数的运行情况，操作助手主要是指导监盘人员对机组设备异常事故进行处理，并辅助进行主动监护。这个是优化的功能，运行优化和预警优化，主要是根据仿真指导和历史醉卧工况的分析结果，根据评价师输出的对比评价结果，辅助大数据进行仿真分析，这个是评价师的功能对优化师建立的优化评价模型进行辅助优化迭代，对比仿真模型偏差，辅助仿真指导模型迭代。

还有报警信息，有效的辅助并部分替代运行人员进行报警原因分析以及判断的功能。

一下课题是本质安全，首先是基本组成，包括了固定摄像头，移动机器人，智能识别系统以及本安平台。数据来源就是根据需求，合理布置固定摄像头采集的视频数据，根据巡检要求，规划机器人巡检路线，实现动静结合+24小时数据采集，两票系统的信息交互，还有视频监控系统的数据传输，功能实现主要是人员的违章识别，设备不安全状态，环境不安全状态，以及本安平台的风险识别。

下一个课题是能效分析与预警，这个就是根据实际回路和测点建立热力学的数字孪生，最大程度地反应机组运行真实情况，量化热力循环性能优化潜能细化组建。结合神经网络，机器学习，趋势预测，高级的数据过滤等工具，对被监控组建的故障在萌芽阶段进行检测识别，使误报的几率可以忽略不计。

最后一部分是总结与展望。2015年参加集团公司在南京举办的研讨会之后就开始了对数字化转型的探索工作，也是为后来华电莱州数字电厂建设提供了技术支撑，这个是一个关键的节点，2015年是智能化电厂的研讨会，2016年智能燃煤导项目的研究，2017年是智能燃煤导相关课题的研究，2018年基于数据的驱动，智能检测，优化控制，技术的脱硫脱销等智能环保导的相关研究，2019年做了数字孪生，智慧运行，检修规范化等相关研究，现在各个课题正在实施，预计2021年的年中大概就可以全部实现。

最后是我们预期的效益，首先是安全效益方面，可以通过利用基于风险的方法开发和管理资产策略，对单个资产和整个系统进行严格分析，预测并识别故障。

节能效益方面全面采取设备管理解决方案，希望能够带来5%-10%的库存减少，2%-6%的设备可用性增加，以及10%的被动维修，还有30%-40%环境安全事件的减少。

环保效益方面，通过运行软件的优化组合，提高机组的效率，降低热耗减少排放，生成NOx减少5-10%，全负荷水平保持在最优的运行水平。

效率效益，除了机组可靠性，可用性和节能减排的收益以外，数字化技术带来的数字模型技术可以识别风险，确保安全和环保合规，进一步挖掘最大的价值。

长期以来华电莱州积极履行央企社会责任，全面推进各项事业蓬勃发展，不断创造更大的价值和效益，作为试点单位之一，华电莱州着力打造智慧，生态美丽的火电名片，推进新兴技术，推进信息流，业务流，因智而生，向慧而兴，恳请各位专家在华电莱州事业发展中支持和帮助，一起加油助力。

数字电厂建设不是一蹴而就的，我们也正在努力，谢谢大家！

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