智能發(fā)電體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)
- 來源:中國(guó)信息化周報(bào) smarty:if $article.tag?>
- 關(guān)鍵字:數(shù)字化,技術(shù),規(guī)劃 smarty:/if?>
- 發(fā)布時(shí)間:2019-03-30 21:25
現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志是工業(yè)化與信息化的融合,我們稱為兩化的融合。
以電力為例,從50年代、60年代、70年代、機(jī)械式的控制,液壓式的模擬裝置、數(shù)字裝置一直到70年代到數(shù)字時(shí)代,是快速發(fā)展的過程。過去,電力領(lǐng)域沒有把信息控制當(dāng)回事,什么是主要的?電廠就是只重視三大件:渦輪汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及變壓器。渦輪是個(gè)小裝置,為什么小呢?就是搞點(diǎn)液壓表在那兒攤著,現(xiàn)在大型的火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括信息系統(tǒng),它對(duì)于機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)環(huán)保起著十分關(guān)鍵的作用,自動(dòng)化系統(tǒng)一旦不完備,木機(jī)器不可能啟動(dòng),也不可能運(yùn)行。
智能既是目標(biāo) 也是要采取的手段
一個(gè)大機(jī)組各種控制的信號(hào)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)上萬,也就是說運(yùn)轉(zhuǎn)一臺(tái)機(jī)組,人力已經(jīng)不可為,需要功能完備、性能可靠的控制系統(tǒng)來對(duì)機(jī)組的發(fā)電功
率,運(yùn)行參數(shù),安全、起停等進(jìn)行數(shù)字化的控制,這是現(xiàn)狀。
隨著自動(dòng)化信息化的發(fā)展,進(jìn)入了第四次工業(yè)革命時(shí)代,第一次工業(yè)革命是蒸汽機(jī)的出現(xiàn),第二次工業(yè)革命是電力技術(shù),第三次是計(jì)算機(jī),第四次首先包括人工智能,也包括清潔能源、機(jī)器人及量子信、息虛擬信息及生物技術(shù)。走向智能化,是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)大趨勢(shì),我們國(guó)家出臺(tái)了一系列規(guī)劃,促進(jìn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)在企業(yè)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)管理、銷售服務(wù),在全流程的產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中發(fā)揮綜合性作用。
電力行業(yè),經(jīng)過這些年的努力,取得了一定的成績(jī)。我們的效率、燃煤近10年來下降了100特。
但是外界還是認(rèn)為火電是巨大的污染,所以今天走向低碳,而且無論是靈活發(fā)電,整個(gè)發(fā)電,還是電網(wǎng)發(fā)電,特別是為了實(shí)現(xiàn)新能源采用的大規(guī)模應(yīng)用,都需要一個(gè)多元控股和協(xié)同系統(tǒng),靈活可控的新的電力系統(tǒng),所有這些系統(tǒng)、應(yīng)用最終將走向智能。智能既是要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo),也是一種要采取的手段,通過智能化使得能源電力系統(tǒng)更加安全、更加高效、更加低碳、更加靈活,真正實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型這個(gè)大的目標(biāo)。
智能發(fā)電的定義
所謂智能發(fā)電就是以發(fā)電過程中的自動(dòng)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ),以管控一體化、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái),智能傳感與執(zhí)行,智能管理與學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)更加安全、高效、清潔、低碳的生產(chǎn)目標(biāo)。
智能發(fā)電主要包括幾個(gè)方面的內(nèi)容,首先是智能感知,傳感器、軟測(cè)量、模擬化、信息的融合、智能決策、管控一體化與全生命周期的管理。在我們前期工作和多年積累的基礎(chǔ)上,2016年7月4日,智能發(fā)電的概念在華北電力大學(xué)提出。我有幸參與了討論和編制“十三五”規(guī)劃,這里面第一次將智能發(fā)電技術(shù)寫進(jìn)了規(guī)劃,這就成了國(guó)家的意志,我們要發(fā)展智能發(fā)電技術(shù),進(jìn)行發(fā)電過程中監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)的研究,特別是智能控制系統(tǒng)裝備的研發(fā)。沒有裝備,還談什么智能?要擁有先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)示范應(yīng)用,要開展示范工程建設(shè),重點(diǎn)的內(nèi)容是智能發(fā)電的體系結(jié)構(gòu)。分散控制系統(tǒng)就是把網(wǎng)絡(luò)處理器以及儀表、數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)為一體,這個(gè)大家都是比較熟悉的。
在電廠管理信息系統(tǒng)當(dāng)中,中國(guó)人還是有一筆可寫的,就是SIS(發(fā)電生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)),這個(gè)概念是我們領(lǐng)域的前輩 提出的,我們組織的研發(fā),同時(shí)我們也得到了2004年科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。當(dāng)提出SIS以后,如何將其和SCS(順序控制系統(tǒng))融為一體,我們的系統(tǒng)的為解決這一問題做出了貢獻(xiàn),提出三個(gè)可靠性,兩個(gè)安全性的系統(tǒng)?,F(xiàn)在已經(jīng)在180多個(gè)火電廠投用,也使國(guó)外的SIS退出中國(guó)市場(chǎng)??杀氖?,大家都來做SIS,就沒有盈利的空間了。我有一個(gè)深刻的感悟,中國(guó)的科技創(chuàng)新之所以落后,有很多原因,其中企業(yè)賺不到錢是重要原因之一。一項(xiàng)技術(shù),當(dāng)中國(guó)人不會(huì)的時(shí)候,這項(xiàng)技術(shù)有著高額的利潤(rùn),當(dāng)中國(guó)人千辛萬苦研發(fā)成功的時(shí)候,利潤(rùn)就是大白菜價(jià),企業(yè)賺不到錢,他怎么創(chuàng)新?
突破關(guān)鍵技術(shù)
在SIS的應(yīng)用過程中,我們也遇到了一些問題,特別是面臨著實(shí)現(xiàn)智能化的目標(biāo)時(shí),從網(wǎng)絡(luò)安全的角度看,SIS的信息不允許向DCS(分散控制系統(tǒng))推送,比如說能耗分析,這些信息很難閉環(huán),實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制,所以在這個(gè)基礎(chǔ)上,現(xiàn)在推出的智能電廠所需要的,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)該回歸到兩層結(jié)構(gòu)。一層我們把它稱為機(jī)組運(yùn)行控制系統(tǒng)平臺(tái),也就是增加DCS功能,另外一個(gè)公共服務(wù)功能,這個(gè)是現(xiàn)有的SIS,是我們給出的智能電廠的兩極結(jié)構(gòu)。
SIS是智能發(fā)電運(yùn)行系統(tǒng),可以簡(jiǎn)單地理解為DCS的增加版,這樣就可以閉環(huán)了。ERP等在廣義上形成智能發(fā)電系統(tǒng)的公共服務(wù)系統(tǒng),另外還要考慮他們不同的信息安全的防護(hù)以及與大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的結(jié)合。在這個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中,SIS就是要以DCS為核心,擴(kuò)展智能優(yōu)化庫(kù)、開發(fā)服務(wù)器等資源,實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)、智能控制,狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷預(yù)警,提供可靠的軟硬件平臺(tái),確保系統(tǒng)的安全。這里不包括三個(gè)功能,第一個(gè)是智能監(jiān)測(cè),第二是智能控制,第三是智能運(yùn)行的監(jiān)控。其中智能發(fā)電公共服務(wù)平臺(tái)主要是由大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為基礎(chǔ),整合支撐系統(tǒng),支持?jǐn)?shù)據(jù)資源,在設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)維階段,把全場(chǎng)的人、財(cái)、物,信息,以及智能管理、智能服務(wù)呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)的層面,匯集到這個(gè)平臺(tái)。為設(shè)備的安全、精細(xì)化管理、優(yōu)化決策提供一個(gè)一體化的信息平臺(tái)。
這個(gè)平臺(tái)有三個(gè)功能。一是安全,第二是管理,第三就是服務(wù)。還有一個(gè)問題,雖然是封閉的,是最高安全等級(jí),SIS是開放的,面向眾多的應(yīng)用的,為什么要指出這個(gè)呢?我們也感覺現(xiàn)在智能發(fā)電很熱、同時(shí)也很亂,如果沒有一個(gè)體系,沒有一個(gè)架構(gòu),很可能成事不足、敗事有余, 有的地方搞了一個(gè)門禁系統(tǒng),搞了一個(gè)機(jī)器人巡檢,搞了一個(gè)APP就是智能了,這太小兒科了。所以我們今天就給你一個(gè)框,你隨便往里裝,但是SIS你不能亂動(dòng),電力生產(chǎn)安全高于一切。面對(duì)這樣的架構(gòu)我們應(yīng)該去突破一些關(guān)鍵的技術(shù),首先我們勇于參與新一帶的DCS研發(fā)競(jìng)爭(zhēng),我們的合作伙伴在國(guó)家首個(gè)百萬級(jí)機(jī)組系統(tǒng)的應(yīng)用,各種性能上,應(yīng)該是我們自身的DCS不亞于國(guó)際上任何一家的DCS,這個(gè)也不是做廣告,我們有這樣的產(chǎn)品,為什么很多集團(tuán)不用,還是用的其他的集團(tuán)的?
那么在自身系統(tǒng)上,我們現(xiàn)在做什么?第一,增加一個(gè)智能DPU就是高級(jí)智能控制器。第二,增加一個(gè)高級(jí)服務(wù)器,做一個(gè)統(tǒng)籌。第三,還要有模塊,比如說監(jiān)測(cè)模塊,建模,基于深度系統(tǒng)學(xué)習(xí)的感知模塊,基于一系列的參數(shù),不規(guī)則的,讓我們學(xué)習(xí)感知。第四,比如說基礎(chǔ)的儲(chǔ)能、熱耗、氣耗等,通過這些這些汽水量等去計(jì)算識(shí)別出需要的東西。第五是控制。怎樣在深度學(xué)習(xí)建模的基礎(chǔ)上使我們的控制更加適應(yīng)全能耗,更加精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)能源的平衡。實(shí)際上在控制上解決問題是投資最少的,不需要大動(dòng)干戈,動(dòng)不動(dòng)就幾個(gè)億投下去,這個(gè)用的是智慧,投資很少,就可以見到成效。效率、開放性能計(jì)算等,通過自己學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),先進(jìn)的控制理論方法,專家的知識(shí),建立優(yōu)化的模型庫(kù),這是需要深入開展的。
智能發(fā)電+智能電網(wǎng)一起推動(dòng)能源發(fā)展的轉(zhuǎn)型,其中的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應(yīng)用都有待提高,這就需要理論技術(shù)、體制機(jī)制,特別是產(chǎn)學(xué)研用的結(jié)合加以推動(dòng),讓我們一起共同努力。(本文根據(jù)中國(guó)工程院院士劉吉臻的公開演講整理而成,未經(jīng)本人確認(rèn)。)
