Preliminary Analysis of Smart Power Plant Planning and Construction

2015年8月，工信部中国信息化推进联盟电力专业委员会与中国自动化学会发电自动化专业委员会联合各发电集团，共同发起组建中国智能电厂联盟。并于2016年底发布了《智能电厂技术发展纲要》^[2]。纲要对智能电厂作如下定义：

智能电厂(Smart Power Plant，简称SPP)，是指在广泛采用现代数字信息处理技术和通信技术基础上，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。

智能电厂的特征是泛在感知、自适应、智能融合和互动化。

由此可以看出，智能电厂与数字化电厂同样强调信息技术和通讯技术的应用，但是智能电厂更为强调感知能力、思维能力、自适应能力和辅助决策能力。

智能电厂的体系架构主要包括五个系统层级，分别为智能设备层、智能控制层、智能生产层、智能管理层和智能经营层，如图1所示。

Figure 1.  Smart power plant system hierarchy

智能设备层主要任务是全面感知信息、信息交互和有效执行指令。其包括现场仪表、执行机构、工艺设备和装置、人机接口设备和基础网络系统。如：现场总线设备、智能仪表、智能执行机构、煤质在线分析仪表、炉内温度场检测设备、智能巡检机器人、无线设备网络、音视频检测设备、气象环境监测设备、可穿戴检测设备等。

智能控制层主要任务是厂内电力生产流程的智能控制，实现生产过程的数据集中处理、实时监控，并达到安全、高效的生产。

其包括厂内所有生产控制系统和生产控制优化系统。如，可编程逻辑控制器(PLC)、数据采集与监视控制系统(SCADA)、分散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)、机组自启停系统、燃烧优化系统等。

智能生产层主要任务是厂内生产设备的智能运维管理，以及生产效能评估及优化系统。通过汇集全厂生产过程的实时和历史数据与信息，实现厂级负荷优化调度、生产过程寻优等功能。

其包括各种设备诊断与管理系统、能量管理系统、仿真及优化系统。如，在线仿真系统、运行人员操作导航系统、控制性能管理系统等。

智能管理层主要任务是厂内资产、财务、人力、供应链、安全生产等业务的智能管理，达到厂内资源合理分配和利用。

其包括各种资产管理系统、财务管理系统、人力管理系统和供应链管理系统等。如，企业资源计划系统(ERP)、企业资产管理系统(EAM)、智能安防及应急系统、智能燃料管理系统等。

智能经营层主要任务是通过互联网或能源互联网与集团公司、产业链上下游进行连接，并进行数据交换，为电厂经营决策提供支持。

其包括经营决策支持系统、备品备件虚拟联合仓储、燃料管理等。如，商务智能系统(BI)、虚拟仓库系统、需求侧响应系统等。

智能电厂建设是一项复杂的系统工程，涉及到企业的方方面面，发电厂应结合企业自身现状和特点，坚持“统一规划、分步实施、循序渐进”的方针，因地制宜、注重实效，积极稳妥地推进智能电厂的试点和推广。

本文主要讲述新建电厂智能化建设的大体思路。已投运电厂的智能化建设，可以根据原有信息系统、控制系统等的配置水平，以及管理水平的实际情况，在本文的基础上，有选择地确定实施目标和步骤。

智能电厂建设拟按照三条主线，全方位地采用先进技术，以全面实现电厂的智能化。

第一，纵向层级的智能化建设。按智能设备层、智能控制层、智能生产层、智能管理层、智能经营层的体系结构，逐层建设，实现生产管理的智能一体化。

第二，横向全寿期的智能化建设。按设计、采购、基建、生产运营和退役等各阶段不同的需求，逐步推进智能化建设。从而收集设备资产的动静态数据，推进企业资产全寿期管理。

第三，全生产流程的智能化建设。从原材料输入、发电、变电、供热、生成物综合利用等企业的生产流程，建设智能燃料、智能发电、智能升压站、智能能源管理、智能物流等全智能化的生产流程管理。进而可以与产业链上下游进行链接，实现与智能电网、智慧园区、智慧城市的衔接。

各发电企业应在各集团公司信息化主管部门的协调下，根据集团公司整体信息化建设的顶层设计，兼顾“安全、实效、前瞻”等特点，合理配置信息通信技术(ICT)基础设施，采用统一的管理标准、技术标准、业务标准、质量标准，选用满足生产经营需要的业务系统，建设一体化生产管控信息平台。

同时，在建设过程中，应由主要领导挂帅，加强组织协调，并藉此培养企业自己的智能化人才队伍。以期实现基础设施的夯实提升、业务应用的便捷普惠、企业发展的提质增效等目的。

1)利用三维数字化设计手段，建立三维模型，以三维模型为数据载体。

2)依据《电厂标识系统编码标准》(GB/T 50549-2010)^[3]，建立完善的编码库。

3)统一文档、图纸等纸质或电子文件资料的管理规范，便于归档与交流。

4)合理配置先进检测设备，选用基于工业以太网或现场总线的控制系统，同时进行IT基础设施搭建。

5)依据《发电工程数据移交》(GB/T 32575-2016)^[4]，对发电工程数据移交进行策划。

1)各类设备的采购，建立供应链管理系统(SCM)。

2)设备生产商进行设备制造，并提供与实际相符的零部件三维模型、文档资料。

1)建立数据移交平台，依据设计、制造提供的资料、设备，可利用三维模型平台进行土建施工、设备安装等虚拟化工作。

2)建立进度管理系统，实现基建期间各参建单位之间的统筹协调管理。

3)建立智能基建系统，实现安全作业、展示培训、环境监测、大型工程机械监测等基建管理功能。

4)按照统一的数据移交标准，完成监理单位、调试单位的资料移交。

1)建立企业级数据库，基于三维模型平台(如图2所示)，实现设备管理、安全管理、操作培训、三维演练、视频监控等应用。

Figure 2.  3D model platform

2)根据煤炭市场的变化，建立统一的燃料管理系统。

3)依据企业级数据库，采用大数据分析、先进控制等技术，建立优化运行平台。

4)根据电力市场交易政策，适时建立电力需求响应系统、客户管理系统(CRM)。

发电厂在已建立的智能管理信息系统的基础上，依据长期历史数据分析、三维模型空间信息，确定合理、经济的退役时间，为企业决策提供给依据。

同时，将各层级软、硬件设备长年运行及检修的数据及资料进行分类整理，为集团公司同类型机组或后续机组运行、应用系统的开发与完善、设备的再利用，积累经验及数据。

一体化信息平台是电厂信息系统框架的基础支撑平台，是融合五个系统层次中数据、应用和服务等整合集成的硬件、软件平台。

一体化信息平台将通过统一规划、分布实施，逐步实现以下几个层次的一体化支撑功能。

1)统一用户管理：构建集中且统一的用户管理平台，它是电厂信息系统用户的集中管理平台。

2)前端展现一体化：基于门户技术，构建电厂的统一且智能的工作台；满足多部门个性化需求，从而提升一体化平台的易用性并满足个性化的需求。

3)数据一体化：实现异地，异构数据的整合与交换；实现全厂的一体化数据中心及智能决策辅助平台。

4)业务应用一体化：实现财务信息与其它业务信息系统的高度集成，将财务管控节点推进到业务初始端，并分布到各个节点；从而实现全过程管控；实时、准确反映企业的财务、经营和管理状况。

5)跨应用的流程一体化：如合同管理系统应能够实现组织内部的合同全生命周期管理，实现与预算、应收应付、项目、物资等相关业务的集成一体化处理，支持集团公司总部、各区域公司、基层单位多级管控架构，实现上级单位对下级单位的合同审批流程及履行状况的监督、汇总统计，支持跨组织合同业务审批流程，逐步实现对全公司系统所有合同的管理。

一体化信息平台集生产运行、调度指挥、全流程优化、HSE管理、环保监测、DCS控制、视频监控等多个信息系统于一体，应用多项先进信息、通讯及工程技术，实时汇集传递生产、安全、环保、工艺、质量等信息，可实现管控分离向管控一体的转变。

1)通过将企业资源计划(ERP)、厂级监控信息系统(SIS)、先进过程控制(APC)等管理层面、生产层面信息系统协同一体化集成，实现生产运营管理的数字化、可视化，提升了预测、预警、动态分析与辅助决策能力。

2)一体化的生产指挥调度平台，建立三维工厂模型和仿真应急演练模型，实现了集团公司、企业和现场的“信息互通、数据同步、快速接警、综合研判、科学决策、联动指挥”，提高应急指挥效率。

由科研院所、主要设备厂家的技术专家利用远程技术诊断系统，实时在线监控机组运行状态，远程为企业把脉问诊，为技术人员答疑解惑，有力保障机组安装稳定高效运行。

通过数据积累，建立机组优化模型，并与先进控制系统、实时优化系统集成应用，进一步优化机组操作，提高机组利用率。

巡检人员利用移动终端设备将现场异常信息实时传送到集控室，值班人员及时进行判断，并将现场作业关键信息(如运行参数、流程、设备信息)、作业指导书远程推送给巡检人员，从而提高现场处置质量和工作效率，有效消除事故隐患，保障机组安全平稳运行。同时，终端支持定位功能，可以随时定位携带人员的位置信息，结合GIS地图，不但可以规范巡检流程，而且可以保障在非常情况下快速定位人员位置。

基于三维建模技术，建成全厂三维模型，结合企业数据库，可以实现工艺管理、设备管理、HSE管理、操作培训、三维漫游等业务应用。

若结合虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等技术，将给培训人员带来全新的沉浸式体验。

综上，智能电厂不仅由智能化的设备组成，同时，还需要与IT技术、信息化管理工具、先进算法和管理理念相结合，使企业的经营目标、管理思想能真正落地，从而能够有效的运用装备，提高生产效率与产品质量、降低企业综合成本，提升企业市场应变能力，为企业生产、经营和科学决策提供更好帮助。

智能电厂建设是一项非常庞大、复杂的系统工程，必须以认真、科学、务实的态度对待，需要在此基础上，在国家相关政策、企业信息化建设思路的指引下，结合企业的内外部环境，有计划、有步骤、有目标地进行科学决策来落实。唯有如此，才能使智能电厂建设步入良好发展的轨道。