智慧电厂技术及方案

TPRI西安热工研究院有限公司Xi’anThermalPowerResearchInstituteCo.,Ltd.智慧电厂建设方案西安热工研究院有限公司智能发电技术部2主要内容三、一体化智慧平台二、智慧电厂系统构架一、背景四、智慧电厂应用体系五、智慧电厂实施规划及展望3一、背景4我国火电机组运行面临新的形势需求带基本负荷调节型电源电站运营压力调峰调频负荷波动煤质频繁大幅波动环保排放生产安全节能降耗5我国火电机组运行面临的困境愿意值夜班的少了收入在各行业中竞争力小了地处普遍偏远高水平有经验的留不住了招素质理想的人难了靠谁来应对多方面的重压？6智慧电厂以发电过程的数字化、自动化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云计算、物联网为平台，集成智能传感与执行、智能控制与优化、智能管理与决策等技术，形成一种具备自学习、自适应、自趋优、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式，实现更加安全、高效、清洁、低碳、灵活的生产目标。。国内现状目前我国各发电集团和科研单位都在开展智慧电厂的研究及应用，但多数局限于信息数据集成、智能优化运行或三维可视化等，生产运行方面主要针对机组主要部件（汽轮机、锅炉及主要辅机）及系统的智能运行优化。影响力较大的项目（另外还有国电投良村、大唐泰州与高井热电等：江苏利港电厂（艾默生、利港电厂）内蒙古东胜电厂智能优化运行智能监盘ICS、智慧管理智能控制器数字引擎华电莱州电厂智慧运行智慧检修煤流可视化数字孪生（北京智深、华北电力大学）（热工院、清华大学、华电电科院）智慧管理一、背景88智能感知•智能传感器•软测量•模型化（机理及数据）信息融合•多源数据的深度融合•信息交互与共享机制•关联分析与数据挖掘智能算法•自趋优，自学习•自适应，自恢复•自组织智能决策•多目标优化•柔性、无扰切换•自主决策（高级形态）管控一体化•数据共享、业务联动•自组织精细化管理•信息安全全生命周期管理•数字移交•可视化•设计/安装/运行/优化/仿真实时互动特征9“智慧电厂”的建设阶段：绿色智慧电厂初级智慧电厂数字化电厂一、背景10建设智慧电厂目标节能减排•挖掘机组节能减排潜力，降低机组整体煤耗，污染物排放达标，使得机组运行更加高效环保。网源互动•提高机组负荷响应速度和一次调频能力，满足智能电网AGC和一次调频要求，机组灵活性运行水平明显提升。自动化水平•全面提升机组自动化和智能化水平，实现减员增效和人性化管控，短期达到“少人值守”目标，最终实现“无人（极少人）值守”。调节品质•机组主要参数控制品质大幅提高，提升机组运行的安全性和稳定性，为机组安全、高效、环保运行提供保障。一、背景11建设智慧电厂目标管理水平•通过统一平台实现智慧管理，大幅提升电厂的管理水平，实现减员增效。可靠性•通过实现智慧安全、智慧检修等，明显提高设备和机组运行的可靠性，减少机组“非停”次数。优化检修•通过实现智慧检修，有效降低机组检修、维护和试验费用，同时提高设备的可靠性。一、背景12智慧电厂展望基于大数据的新一代人工智能应用，突破传统生产控制与经营决策的瓶颈与局限，最大化企业竞争力和效益具有自主智慧的虚拟值班员，实现智慧运行与主动风险处置，达到少人甚至无人值守基于虚拟现实与移动应用的三维可视化平台，实现生产过程的安全管理、智能巡检、全真培训与可视化监控等具有自寻优、自适应、多目标协同特征的全面智慧运行，在煤质、负荷与环境参数变化时自主实现全厂最优运行控制机器人取代技术人员完成巡检、检修、维护等现场工作依托工业互联网构架的新型维护、管理、销售与决策体系一、背景13二、智慧电厂系统构架华能智慧电厂架构：构建“云边协同”的立体智慧化技术架构。厂内“边缘侧”在构建由智慧基建、智慧安全、智慧运行、智慧检修、智慧管理、智慧燃料六大应用体系组成的超融合一体化智慧平台（1+6+N模式）；厂际“云平台侧”采用工业互联网技术实现厂际的信息与应用集成。二、智慧电厂系统构架数据传输智慧运行智慧电厂APP智慧电厂展示中心智慧监盘分析、诊断、优化内服务系统外服务系统数据清洗数据编码数据存储数据分析数据池数据采集数据共享超融合数据平台（一体化智慧平台）智慧安全安全管理、主动安全智慧检修·设备早期故障预警·生产管理移动应用·发电设备状态检修·机器人巡检·……检修智能化、减员增效智慧管理·DCS系统·辅控系统·NCS系统·其它控制系统控制系统常规系统智慧燃料燃料全过程智慧管控·智能燃煤岛·煤流可视化·配煤掺烧智能优化·……·多维指标分析主动监盘·智慧报警·故障识别·定期工作提醒·……正向隔离正向隔离智能控制优化·网源互动类·节能环保类·少人值守类·……智能寻优、智能控制反向隔离正向隔离工业互联网&其它系统三维虚拟电厂·人员安全全过程监控·AI视频分析·智能门禁联动·……智慧基建·三维数字移交·工地可视化·……实现机组安全、高效、环保、灵活运行人、机、料、法、环全方位实时监控·生产实时成本分析·同步绩效·竞价交易决策支持·……生产经营智慧管理二、智慧电厂系统构架智慧电厂系统构架示意图16超融合数据平台（一体化智慧平台）二、智慧电厂系统构架超融合平台具备横向扩展的能力，可以根据业务发展需要，通过增加硬件服务器配置扩展数据平台的硬件资源池。接入交换机核心交换机光纤交换机深信服服务器现状光纤交换机深信服服务器新增深信服aCloud虚拟机17IOT平台带来的技术变革：重构工业软件创新、部署与集成方式工业互联网平台ERPSISSCADA/DCS传感器与控制设备现场制造设备1121222221231121122311解构传统工业软件体系13构建微服务组件库4将微服务固化为工业APP设计APP管理APP分析APP工业知识经验2打开知识黑盒5基于平台实现交互集成二、智慧电厂系统构架工业互联网云平台（云架构一体化智慧平台）18三、一体化智慧平台19超融合数据平台（一体化智慧平台）旨在提供一个集存储、计算、管理、展示和决策于一体的数据和运算平台，通过数据和服务两个基本点融合在一起，形成了一个可灵活扩展的体系，提供多源异构数据的超融合接口。基础建设：综合网络布线、设备二维码标牌硬件部分：服务器虚拟化、存储虚拟化、超融合服务器软件部分：数据治理、数据统一编码、数据集成、应用平台三、一体化智慧平台20一体化智慧平台：三、一体化智慧平台数据管理：数据治理体系数据统一编码一体化智慧应用平台数据治理保障体系、数据服务体系、数据全生命周期管理、数据标准管理、数据模型管理。形成一整套统一、协调的数据编码标准体系，实现数据横向、纵向充分共享。•超轻量三维虚拟化技术•基于“微服务”的灵活业务架构•基于EIP（企业信息门户）的应用框架21一体化智慧平台：三维虚拟电厂：三维数字化建模、三维数字化移交、三维可视化管理、三维可视化检修培训三、一体化智慧平台22一体化智慧平台：智慧终端应用(APP)三、一体化智慧平台23一体化智慧平台：智慧中心展示建设大屏幕展示系统，基于电厂已建的生产数据管理系统的动态数据信息，开发专用的生产实时信息展示系统，通过各种动态数据的展示手段，及时、准确、形象、概要地展示电厂的生产动态。三、一体化智慧平台24一体化智慧平台：5G应用企业网络.运营商网络边缘机房APPMEPAPPAPPAPPInternetN65GCN4N9,WiFi5G基站UPF边缘云N6华能电厂数据中心/私有云企业私有云APPAPPMEC组网架构4K视频监控应用三、一体化智慧平台25一体化智慧平台：网络安全“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”三、一体化智慧平台26四、智慧电厂应用体系——智慧基建27智慧基建主要针对新建电厂，引入灵活性与智能化的新理念，为电厂优化设计和未来的智能化升级奠定基础。四、智慧电厂应用——智慧基建三维数字化移交通过KKS编码，能够将电厂的对象与各类信息（包含厂家信息、图纸信息、人员信息等）进行关联，实现虚拟对象与物理对象对应。是实现三维数字化电厂的基本前提。制定移交策略确定移交需求建立移交计划实施移交计划工地可视化管理施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预测的新型信息化手段。以三维设计建模以及数字化移交数据、智慧工地信息平台为基础，全面实现基建期的安全管理、基建期信息化收集整理、便捷的移动办公，进而使现场管理实现数字化、精细化和智慧化。冗余分布式减少影响统一平台四、智慧电厂应用——智慧基建信息与数据架构设计闭环控制与运行指导类应用生产与经营管理类应用29可供选择并能有效利用的测量新技术•基于激光检测的上煤煤质在线检测两台机组可共用一套设备，每5min检测上煤皮带上的煤灰分、水分、发热量、硫分……四、智慧电厂应用——智慧基建30可供选择并能有效利用的测量新技术•基于静电感应的一次风粉在线测量全截面非介入式几乎无流阻和磨损，免维护，寿命长对流动不均匀、煤质变化和颗粒大小适应性好四、智慧电厂应用——智慧基建31可供选择并能有效利用的测量新技术•炉膛截面声波测温直接测量方法可靠性高四、智慧电厂应用——智慧基建32可供选择并能有效利用的测量新技术•分区喷氨同步测量与控制、氨逃逸、全截面烟气流量测量喷氨均匀性可测、可控，有利于精准控制，减少氨逃逸，缓解空预器堵塞NOx喷氨需求浓度分区NOx氨逃逸流量四、智慧电厂应用——智慧基建33可供选择并能有效利用的测量新技术•炉膛积灰结焦的传热监测•动态热流辅助协调控制炉膛热流分布式测量•解决常规取灰困难的飞灰含碳测量•可靠性高除尘器灰斗处安装的飞灰含碳在线•用于近壁面高温腐蚀管控•用于燃烧配风精细优化炉内CO、H2S气氛测量•用于空冷风机差异化自适应控制•用于自动防冻控制直接空冷塔分布式测温•智能摄像头可集成实现设备启停视频确认、有效减少就地确认•跑冒滴漏主动提示智能视频联动其它测量传感技术四、智慧电厂应用——智慧基建34四、智慧电厂应用体系——智慧安全35智慧安全是一个集预案、视频、图片、语音、地理位置等信息为一体，以电厂安全管理专网为基础，各子系统有机互动为特点的电厂智能安全管理基础设施，将分散的各类安全子系统（如门禁管控系统、视频监视系统、人员定位系统、电子围栏等）进行有机的互连，在可视化的三维场景监控画面下，综合处理各项厂区业务，从而实现智慧厂区的协调联动、安全防护。人员定位四、智慧电厂应用——智慧安全36人员定位工业交换机电厂监控中心核心以太网交换机智能工业电视超脑NVR管理服务器（虚拟化）工作站DVI视频综合平台液晶拼接屏高清网络球机智能识别摄像机视频结构化分析服务器无线定位标签无线定位标签定位基站定位基站高精度人员定位流媒体服务器（虚拟化）高清网络摄像机人员定位服务器（虚拟化）移动单兵无线APNFC标签可视化巡检人脸闸机人脸门禁一体机人证访客一体机智能门禁一卡通两票系统SDK接入车辆出入管理自动道闸出入口读卡机车牌识别摄像机数字式车辆检测器热成像测温测温中载云台测温双目球机测温筒机环境监测与智能控制水浸传感器温湿度传感器SF6传感器UPS电源集中存储设备运维服务器服务器采用虚拟化方式统一部署智慧安全中心：四、智慧电厂应用——智慧安全37智能摄像头图像风险识别人员定位和电子围栏智能门禁系统与业务单据的结合外包人员身份管理智能穿戴设备人员健康状况分析主动安全：四、智慧电厂应用——智慧安全38采用UWB的一体化定位方案，通过统一的混合定位解算引擎实现室内外定位结果输出，结合一体化地图进行无缝衔接。所有的定位数据传输到边缘计算平台进行存储解算、数据分析异常情况。高精度实时定位：四、智慧电厂应用——智慧安全39主动安全数据库人员信息ERP系统设备信息人员安全监管管三维可视化作业合规工作地点工作内容工作对象工作时间工作成员视频分析两票信息SIS系统人员信息可视化实时位置监控巡检过程跟踪人员轨迹回放视频联动监控作业过程监控画面跟踪语音实时对讲视频联动异常行为监测历史作业过程回看实时监控设备启停信息历史趋势实时趋势能耗数据预警信息①开票签发批准许可②设备编码设备名称生产厂家③人员编号人员姓名岗位信息KKS编码作业信息可视化告