智慧电力生产监盘系统浅谈

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摘要：燃煤机组由高速增长阶段转向高质量发展阶段，为了提高企业竞争优势，本厂作为搭建智慧电力生产监盘系统首批试点单位，搭建基于大数据和人工智能的智慧监盘系统，从安全、经济、偏差、故障预警、可靠性五个维度对机组健康度进行在线、实时、量化评价。本文详细介绍智慧监盘系统平台的搭建过程，运行前端界面的操作使用，模型服务器建模维护及整个架构的数据采集、存储、计算过程，软件使用中的注意事项和智慧电厂发展展望。

关键词：大数据；人工智能；PEMS；指标；故障预判

0引言

当前，电力需求增长日益放缓，新能源装机比重不断提高，电力行业已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，在信息化的推动下正经历着巨大的变革和创新，面临巨大的机遇和挑战。国家也明确要求坚持创新引领发展，促进新旧动能接续转换，促进新兴产业加快发展，深化大数据、人工智能、云计算等研发应用，加快在各行业各领域推进“互联网+”[1]。在这样的时代背景下，电力企业大力推进智慧电厂的建设势在必行。我厂作为试点，首批搭建了智慧电力生产监盘系统（PEMS）。PEMS智慧电力生产监盘系统是基于对国内外火力电厂研究，对电厂机组运行的安全性、经济性、运行参数、设备故障、自动投入五个维度进行实时评价，并通过大数据分析，实时数据建模优化，有效进行故障预警和操作指导的智慧型监盘系统[2-3]。

1机组概况

1号机组锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢结构的超超临界直流锅炉，每台炉配6套中速磨煤机制粉系统，汽轮机为上海汽轮机厂生产的型超临界、一次中间再热、单轴、凝汽式汽轮机，发电机由上海汽轮发电机有限公司生产。机组额定负荷1000MW。DCS控制系统采用了上海FOXBORO公司的EVO控制系统，设计包含DAS、BMS、MCS、SCS等系统。汽轮机控制系统采用上海汽轮机有限公司设计的DEH控制系统（数字控制部分采用西门子公司的SPPA-T3000分散控制系统）。

2智慧电力生产监盘系统平台搭建调试

2.1电厂智慧运行系统简介。电厂智慧运行系统，包括末端智慧运行系统和云端智慧运行系统。通过末端智慧运行系统，利用电厂的海量历史数据建立过程参数的预测模型，形成综合评估系统，从安全性、经济性、自动化水平及运行状态等五个维度对机组健康度进行在线实时量化评价，提前判断故障，减轻运行人员劳动强度或者实现减员增效。通过云端智慧运行系统，利用大数据和人工智能技术建立标杆数据库，对电厂提供运行指导，提高机组运行效率。利用人工经验、生产数据、智慧算法和可视化技术对全局设备的健康状态进行分级和多维度的动态评价和智慧报警。将存储在专业技术人员大脑中的模糊的隐性的运行经验不断显化为专家系统规则和知识库。反之，显化专家系统规则和知识库又可以帮助运行人员快速积累运行经验，减少运行人员之间的经验差异。通过人机正向知识交互，运行人员的经验和机器智能不断迭代增强，实现人机协调监控。PEMS系统可以大大减轻运行人员的监盘劳动强度，提高机组运行的安全性、经济性和环保性。

2.2前期数据收集。前期进行数据信息收集：①数据库点信息收集。收集机组DCS点表，包含DCS所有模拟量硬点、中间点（如总风量、总煤量、给水流量等）和开关量的点表。开关量点要有描述，模拟量点要有高一、高二、低一、低二限报警值、量程、单位。同时收集设备自动投入、备用投入、联锁投入点的点名和描述。②收集DCS点表中所有点的历史数据。半个小时一个数，跨度一年。③DCS画面及测点画面布置图。④汽轮机、锅炉、电气三个专业的运行系统图。⑤锅炉、汽机、电气专业运行规程。⑥电厂重要辅机（送风机、引风机、一次风机；给水泵、凝结水泵、循环水泵）的性能曲线图。

2.3智慧电力生产监盘系统平台搭建。在电厂的生产控制区部署电厂末端智慧运行系统，通过态势感知系统安全区链路，将数据回传至中心服务器。在电厂生产控制区借用一台操作员站作为OPC服务器。OPC服务器经过接口机、麦杰盒子再到正向隔离，经过交换机将数据送至安全区模型服务器，再经过数据服务器汇总后通过VPN安全网关、VPDN加密后传输至中心服务器及集团服务器。同时中心云数据平台下发安全情报到各场站，实现数据收集、分析和反馈的闭环安全防护策略，保障电厂网络的安全。电力生产监盘系统网络与电厂网络隔离开，边界采用隔离设备进行隔离，数据经过模型服务器及数据服务器后传至集团数据中心和北京中能云数据中心。其中麦杰盒子是Dass部署的硬件载体，用于连接现场设备，获取设备数据。盒中有一套麦杰数据采集管理软件Dass，Dass是一套在边缘端运行的数据管理应用程序，主要用于配置数据的采集，存储，上传，并对这些进程守护，确保其稳定运行，是数据能稳定可靠地从设备端获取出的基础。具体网络架构图如图1。

2.4运行前端监视平台。运行前端监视平台，如图2，将一台机组划分为24系统，每个系统都分为五个维度对机组健康度进行量化评价。五大性能指标：安全指标、经济指标、参数分析、故障预警、自动投入。一个系统中的安全指标和故障指标都是一票否决制，取所有参数的最低分作为此系统此维度指标得分。经济指标和偏差指标都是有一个的综合评估算法得来，可靠性就是自动和备用的投入率直接来计算的。每个系统的总得分是安全指标占50%，经济指标占10%，偏差指标占10%，故障预警指标占20%，可靠性指标占10%。每个系统每个评价指标点进去，最低分排在最上面，点击对应的参数可以查看相关曲线。画面右侧报警信息也是按分数从低到高进行排列，而且将安全指标和别的指标报警颜色做了区分，点击报警信息可以链接到对应的系统和报警参数信息。画面下面会详细记录每次的操作记录，哪个登录的账户在什么时间进行了什么操作。运行平时根据这一张画面可以大概了解机组的重要参数的运行状态，有助于提前预判故障的发生，由被动处理变为主动发现。

2.5模型服务器建模。运行前端监视平台监视查看机组健康度，最终需要维护就要进入到后台的维护模型界面。在模型维护菜单中有连接设置、结果分析、模型维护、变量维护、账户维护、重载模型。连接设置，进行将模型服务器的模型维护软件与数据服务器建立连接，点击启动，选择实时诊断才开始进行诊断，交替显示等待数据和正在计算。结果分析可以汇总显示DCS所有模拟量点的安全、经济、参数动态偏差评分。变量维护可以对模型服务器中数据库点表进行增加和删除。账户维护可以建立不同级别的账户，设置不同的权限。变量维护可以对24个子系统包含的模型进行修改优化，也可以对每个子系统的五大性能指标进行修改优化，结合各个厂机组实际运行情况进行不断优化，可以使得各个模型的预判功能发挥到最优。一个系统中的安全指标是需要设置报警值和跳闸值的测点勾选安全指标。经济指标和偏差指标都是基于采集到的海量数据自动识别出的边界值，实时值与大数据判断的期望值的偏差在大数据自动识别的正常范围内不减分，超出范围外，参数实时值在“高边界”、“低边界”之间，得分为100分；当超出高、低边界，处于“高报警”、“低报警”之间时，得分为70-100分；当超出高、低报警，处于“高跳闸”、“低跳闸”之间时，得分为0-70分；当达到高、低跳闸值时，得分为0分。故障预判是设备、系统的性能评估，比如汽泵性能评估模型，评估汽泵当前工作状态下的理论扬程与实际扬程偏差，在汽泵转速和出口压力已知的情况下，计算泵的扬程，评估方法为按实际值与期望值偏差分布评估。可靠性就是利用表达式模型计算自动和备用的投入率。其中数据相关变量维护可以针对模型中使用的变量进行增减，优化模型。当对模型变量修改后需重新建模，在模型维护管理界面左上角“模型数据操作”中点击“采集数据”→“数据清洗”→“训练模型”完成建模。或者一键点击连续操作直接完成上面三步。最后，所有的修改结束后都要回到菜单进行重载模型，这样才能修改成功。

2.6数据流传输。数据流的流向是接口机通过OPC服务从DCS采集数据，经过麦杰盒子、交换机送至数据服务器储存，数据服务器将带有时间戳的数据送至模型服务器，模型服务器进行数据接收、运算、出结果，将计算出的数据送至数据服务器，数据服务器接收存储，模型服务器上的前端运行监视画面再读取数据服务器上的数据进行显示。其中接口机中数据点表、麦杰盒子中DASS的数据点表和模型数据库中点表是一一对应的，要是增加测点，都要按照各自标准的格式进行一一对应的增加，删除也要注意数据的流向，否则可能造成数据故障报警。从数据流向来看，这个后台的系统模型维护软件不能关，否则模型维护软件就会断开与数据服务器数据库的连接，同时不再进行实时诊断，即不再实时进行计算、发送计算结果至数据服务器，所以前台运行监视画面无法读取到新的诊断数据。

3结论

在PEMS运行初期，技术人员和电厂人员根据现场设备实际运行情况，逐个对评分低的参数、设备进行核查，根据实际情况对设备报警高低限和动态偏差限值进行优化。优化后前端监视平台一个画面就可以真实反映出机组目前的运行健康状态，很大程度上减轻了运行人员的监盘压力，不用不停地翻看画面。运行人员根据各个指标的评分和提前预警情况可以提前预判设备故障，将故障消除在萌芽状态。维护人员也可以查看监盘系统，及时了解设备状态，提前进行检修维护或定期工作，降低设备发生故障的概率和风险，同时也减轻夜间值班的压力。最终实现PEMS的愿景，少人值守，运维两便，通过一个监视总图就可对机组全参数进行监控，由原先被动等待故障发生转变为将事故预警在萌芽状态。本厂智慧电力生产监盘系统的成功搭建，不仅本厂向智慧电厂建设迈了一大步，同时也为其他火电厂提供了宝贵的实践经验。智慧电厂建设目前仍然处于摸索阶段，但是在国家“两化”融合方针和节能减排政策等因素的驱动下，智慧电厂的建设将成为电力行业发展的一大趋势。

参考文献

[1]杨勇.火电厂输煤系统煤仓间智慧监盘系统设计[J].电子技术与软件工程,2019(20):120-121.

[2]张楠,刘伟.煤矿电力监控系统的研究与分析[J].山西煤炭,2020,40(3):55-60.

[3]周斌基.浅谈电力电气自动化元件技术的应用[J].电子元器件与信息技术,2019,3(8):79-80,83.

作者:李娇 印伟 单位:国家电投集团协鑫滨海发电有限公司