大型燃煤智能电厂建设规划及工程示范.docx
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大型燃煤智能电厂建设规划及工程示范
大型燃煤智能电厂建设规划及工程示范
摘要:
当前,信息技术正以指数级速度高速发展,将云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与大型燃煤电厂结合,融入发电企业全过程管理,打造智能发电企业成为新的热点。
本文阐述了国家能源集团宿迁发电有限公司智能电厂建设方案,通过构建智能发电运行控制系统和智能发电公共服务系统,形成数字化、信息化、智能化的管理平台,全面提升发电生产、管理、运营的信息化、数字化、智能化水平。
1引言
截至2018年底,全国发电装机容量190012万kW,其中煤电100835万kW,所占比例仍居各类型电源首位
当前,正在兴起的第四次工业革命
2016年初中国自动化学会发电自动化专业委员会与电力行业热工自动化技术委员会共同发布的《智能电厂技术发展纲要》中,将“智能电厂”定义为:
智能电厂(SmartPowerPlant,SPP)是指在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上,集成智能的传感与执行、控制和管理等技术,达到更安全、高效、环保运行,与智能电网及需求侧相互协调,与社会资源和环境相互融合的发电厂。
国内发电企业信息化建设工作已取得较大成效,基本上都建立了DCS系统、SIS系统、MIS系统、EAM、OA、物资、财务等各类应用系统,但由于建设时间不同、平台不统一、数据格式差异性,在实际应用过程中,信息孤岛、资源孤岛现象仍较为严重,大量重复性、一致性问题无法解决,与智能电厂的要求还有很大差距,要实现业务流程运转高效、系统使用方便快捷、决策分析及时准确还有较长的路要走。
大数据
2智能电厂总体框架
本项目依托团宿迁发电公司扩建的2×660MW高效灵活二次再热示范工程,项目设计参数为31MPa/600℃/620℃/620℃,采用了烟气再循环灵活调温
2.1智能电厂建设总体目标
宿迁发电公司智慧煤电企业建设以“智能发电、智慧管理”建设为抓手,充分借鉴融合行业内外最新技术,着手“数据准确、算法科学、信息灵动、管控闭环、平台友好”5个关键环节,结合公司安全生产、经营管理等各方面需要,应用了众多首创技术,形成了具有自主特色的智慧体系。
构建智能发电运行控制系统(ICS)和智能发电公共服务系统(IMS)2大系统,形成7大智能管控中心。
通过全面的信息感知、互联、预判、响应和学习,提升科学的分析、决策和预判能力,提高设备可靠性,促进机组经济运行,促进安全生产,减人增效,风险预控,为管理提升、高品质绿色发电、高效清洁近零排放电站建设提供技术支撑。
2.2智能发电运行控制系统(ICS)技术架构体系
面向发电生产运行控制过程,建立生产实时数据统一处理平台,灵活运用各种人工智能算法、数据分析技术和先进控制技术,有效提升运行和控制环节的智能化水平,深入挖掘实际生产数据中蕴含的特征、信息和规律,使数据充分发挥价值。
由此,构建智能发电运行控制系统,该系统整体技术架构可以用“1、2、4”来概括,即形成1个底层生产数据中心,采用2大技术序列,建立4大功能群组。
ICS系统技术架构及网络结构如图1、2所示。
ICS系统主要特点包括:
(1)生产数据信息全集成。
在ICS安全网络架构下,构建全厂生产数据统一处理平台,消除数据孤岛,实现发电生产现场全范围数据聚合,为全厂一体化监控和深度数据分析挖掘及优化控制运行提供数据基础。
(2)工业大数据分析环境。
人工智能的本质是数据分析和处理技术。
发电是“数据密集型”行业,但生产过程数据的潜力未得到充分挖掘。
ICS采用高效硬件、智能算法群实现工业生产数据的深度挖掘分析与自学习,大幅提升机组运行能见度和数据价值。
(3)智能计算控制环境。
ICS具有丰富的先进控制、运行优化算法以及便捷高效的组态和调试环境,稳定运行预测控制、自抗扰控制、能效分析等各种智能计算控制算法,最终实现机组智能控制和全程自趋优运行。
(4)高度开放的应用开发环境。
ICS具有丰富的对外接口,可便捷集成第三方高级应用或实现与第三方的数据交互,并提供算法容器或宏封装等工具使第三方专注于其专业技术核心功能的实现,充分保护其知识产权,构建智慧企业生态圈,推动先进技术研究的良性发展。
2.3智能发电公共服务系统(IMS)技术架构体系
智能发电公共服务系统是一个开放平台系统,主要为电厂生产经营管理服务,以大数据、云计算、人工智能等信息技术和燃煤发电生产过程的工业化技术、电厂管理技术相结合,并与燃煤电厂的基础设施高度集成,提升本质安全水平和防范风险能力,达到更规范的运营管理,达到更高的设备可靠度,更强的电力市场适应性以及更低的企业运营成本。
由此,该系统整体技术架构概括为“1、5、6”,即1个数据管控中心、5大关键技术支撑、6大业务管控,IMS系统技术架构及网络结构如图3、4所示。
IMS系统主要特点包括:
(1)柔性拓展。
首次应用微服务的核心框架及基础组件,支持业务应用从单体向微服务转变,支持多种主流数据库、中间件,并兼容主流浏览器,降低开发技术对厂商的依赖性,提高了应用生命力。
(2)规范先行。
采用集团统一的数据标准体系,夯实电厂侧数据基础,实现以KKS编码、设备编码、物资编码、固定资产编码的“四码联动”,深入优化实时数据编码、故障编码,为集团“全量数据采集与交换”提供强有力的支撑。
(3)网络生态。
首创运用GPON无源光网络技术及eLTE-1.8G无线专网技术,建设园区生态网络链,提高业务融合管理效率,支持网络融合业务扩展,具有高带宽、易扩展、安全可靠等优点。
(4)首台“四全”。
通过全息三维模型、全景管理体验、全程数据跟踪以及全局分析掌控,为宿迁发电公司二期2台机组的运维、管理保驾护航。
3智能发电运行控制系统(ICS)功能
根据电厂生产过程工艺特点,ICS系统设计了智能顺控、智能“诊断”预警、智能运行优化和智能安全管控4大功能群组,分别配置一系列功能。
系统应用功能构建以运行优化提升机组性能和效率为主线,以智能监测和“诊断”实现机组和设备高可靠性、以智能控制保证生产过程稳定性和准确性,各功能集群协同运作,构成机组能效“大闭环”运行控制体系,实现机组安全、经济、环保运行。
3.1智能顺控
智能顺控系统目标是实现机组高度自动化,有效减轻运行人员操作量,降低操作风险,进一步提升机组运行稳定性、安全性。
3.1.1机组自启停APS功能
APS功能
3.1.2典型操作自动执行
机组运行期间,按照设备轮换管理要求,根据设备的运行时间、运行顺序,自动实现设备的定期轮换启动运行。
各专业定期操作均由系统自动完成,日常运行操作量降低50%。
3.1.3典型故障处理
机组运行期间,当出现故障或某一系统局部出现问题时,根据机组当前运行工况,自动判断需要隔离的工艺系统或设备,并自动将需要隔离的工艺系统或设备,按照安全、标准的顺序执行隔离操作流程。
当故障恢复或涉及的设备检修完毕后,需要恢复系统时,通过运行人员确认,可以自动按照标准执行流程恢复隔离的系统或设备。
工程中实际使用后,一些典型设备故障实现了自动处理,提升机组抗干扰能力。
3.2智能“诊断”预警
“诊断”预警系统采用人工智能、专家系统,及时识别机组异常或劣化工况,并给出参考处理意见。
3.2.1智能报警系统
智能报警系统采用人工智能方法同步监测机组运行所有重要参数及设备状态,快速给出异常点信息,并自动推理异常原因,有效提升监盘质量。
同时系统可进行自我完善,抑制滋扰报警信息,并持续改进系统异常、顽固报警状态。
3.2.2转机“诊断”系统
转机“诊断”系统将振动分析技术与专家系统、人工智能技术相结合,对汽轮机、三大辅机及给水泵等重要设备进行全天候智能监测分析,及时提示运行人员设备的劣化及异常状态。
同时系统提供“二维-三维”联动监视功能。
3.2.3智能监测功能
智能监测功能控制系统状态、控制回路品质、执行机构性能的全方位智能监测,保障系统控制体系本身的可靠性和稳定性。
3.2.4高温受热面监测
高温受热面监测系统对炉内过热器、再热器受热面的壁温、汽温、应力超温情况、氧化加剧情况进行在线实时监测和三维展示,同时对各受热面吸热状态及热偏差进行监测和展示。
系统为燃烧运行调整和检修提供有效方法和依据。
3.3智能运行优化
3.3.1ICS系统的能效实时计算
ICS的能效计算系统在生产实时控制层面计算各项性能指标、能损分布及其大小,为运行人员指明机组的节能降耗潜力,为进一步寻优和智能控制提供必要的基础条件。
3.3.2智能运行寻优
在能效实时计算的基础上,系统应用数据挖掘、机器学习和自寻优算法等技术给出机组运行过程中当前工况下的最优运行目标值(如最佳氧量、最佳真空、最优主汽压设定值、最优一次风压等)和最优运行方式(如磨组合方式、配风方式等),并可与底层控制回路配合,实现机组自趋优的“能效大闭环”运行,有效提高效率,降低煤耗。
3.3.3智能最优控制
系统采用基于过程模型的广义预测控制策略以及各种灵活的控制算法,应用于协调控制优化、汽温控制优化、脱硝控制优化等回路,使机组控制品质能够时刻保持最优。
经实际运行验证,预测控制算法在稳定性、准确性、快速性等各方面均优于传统的PID算法。
3.3.4智能运行报表
ICS系统提供生产数据智能化统计分析与报表展现功能。
如机组的小指标情况,归类统计情况(关键超限次数、保护动作次数、自动投入率等),能效对标情况等,还可自动提炼历史规律信息,提示指标异常状态。
3.4智能安全管控
目前智能安全管控系统具备网络管控、设备加固、安全审计等功能,有效提高ICS控制系统的稳定性,杜绝因病毒、非法入侵、第三方系统故障等原因对系统的影响,降低因控制系统问题导致的停机、降负荷等事故的发生。
4智能发电公共服务系统(IMS)功能
IMS系统结合燃煤发电特点,将新一代信息技术融入公司全过程管理(水、电、汽、煤、灰等),构建数字化、信息化、智能化的管控平台,围绕“安全管控、设备健康、智能营销、高效管理”,通过全面的信息感知、互联、预判、响应和学习,让全业务、全过程更透明,操作更简洁,系统安全更有保障,实现传统煤电向绿色、集约、高效、协同智慧转型。
4.1业务平台
4.1.1基于微服务的一体化平台
基于微服务架构的一体化开发平台承载智能发电公共服务系统各业务应用。
微服务是指以服务方式实现的不带界面的软件包,具有部署独立、通信轻量的特点,支撑单一业务逻辑的功能实现,通常用于跨专业的数据交互或并发量大的业务逻辑功能实现。
4.1.2三维可视化服务平台
三维模型轻量化平台去除电厂三维设计模型的非几何信息,大量减少三维文件所占用的存储空间,在此基础上进行二次开发,挂接设备实时测点信息、设备管理信息、图纸信息,并且可以通过浏览器软件对轻量化的文件格式实现流畅浏览与操作。
4.2业务功能
4.2.1三维可视化管理
主要包括数据采集、三维可视化应用及数字孪生技术研究。
在平台上按照设计期的数据关联进行文档查询或按照功能要求进行文档结构更新。
机组投产运行后,在已有的全息数字三维模型上结合设计期的KKS编码、设备规格名称、物资编码等基础数据改进和联通电厂的物资管理系统、安全生产管理系统,包括安全模块、运行模块、设备管理模块、设备技改管理模块,直至公司层面的决策支持管理系统模块,为实现整个电厂运营管理的数字化提供即时有效的决策参考资料和依据,在全寿命周期内对电厂进行全方位数字化管控的目的。
三维可视化应用系统功能包括三维模型格式发布及浏览、二维文档格式发布及浏览、文件存储和模型浏览结构、数据编辑与挂载、对象检索等,可视化应用包括工艺流程基础培训、流程原理培训、工况仿真培训、操作仿真培训、三维工艺作业指导书等。
4.2.2智能营销
构建生产经营(水、电、汽、煤、灰等)全过程管理体系,提升固弃物及供热营销管理水平,搭建了智能热网和智能固弃物销售系统。
智能热网系统随时或定时轮询2种方式采集各计量站的蒸汽流
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- 大型 燃煤 智能 电厂 建设 规划 工程 示范