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数字化孪生技术在发电站管理平台中的应用.docx
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数字化孪生技术在发电站管理平台中的应用.docx数字化孪生技术在发电站管理平台中的应用.docx
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数字化孪生技术在发电站管理平台中的应用
1 引言
能源是人类社会生存和发展的重要物质基础,人口多、经济发展速度快,因此我国的能
源消费总量连续多年处于世界领先地位。我国的能源结构是多煤、少气、贫油,而且风、光、
水资源、消费分布不平衡,相应的发电能源也以煤为主,2017 年煤炭电装装机总量为 10.2
亿千瓦,占装机总量的 58%,发电量占比 67%。但是为了实施《巴黎协定》,在全球“放
弃煤炭”的大势下,中国也积极行动,推进能源供应方改革,提高能源转换效率,减轻环境
污染。2016 年国家发展改革委员会、国家能源局、工业信息化部共同发表《关于推进“互
联网+”智慧能源发展的指导意见》,促进能源和信息的深度融合,清洁高效地推进煤炭电
力生产,智能发电站的概念也是通过国家能源转换提出的能源互联网产生的。
近年来,随着云端运算、大数据、物联网、移动互连、3D 可视化等技术的发展,在节
能、降耗、减排政策要求和集约化、高效管理需求驱动下,我国一些发电企业在智能发电站
领域进行了相关探索和尝试,但从目前国内智能发电站的建设和应用情况来看,其应用更侧
重于智能信息集成展示,对提高节约能源、提高效率的作用不强,偏离了智能生产的初衷。
同时,许多项目计划和实施往往是局部信息化系统、自动化系统的简单积累,缺乏系统之间
的紧密联系。因此,本文将从智能发电站的内涵出发,利用数字孪生理念,提出智能发电站
的总体框架,结合智能发电站的应用实际和信息技术特点,重点论述智能发电站的系统布局
模型。
2 智能发电站的概念和发展
智能发电站的概念在提出时没有具体的项目支持,只是对未来发展前景的憧憬和要求。
近年来,很多学者进行了深入的研究,很多发电企业进行了具体的实践探索,虽然还不是真
正智力发电站的具体着陆,但逐步完善了智能发电站的内涵,产业共识智能电站建设目标初
步形成。
2.1 智能电站的研究与探索
目前,业界对智能发电站的解释并不统一,我国相关权威机构也没有严格定义和制定发
展智能发电站的统一标准,但在新一轮“第三工业革命”的刺激下,世界各国在国家“网络”
工作的地图下,对智能发电站的概念和结构进行了深入的研究。中国自动化学会发展自动化
专业委员会发表的《智能电厂技术发展纲要》提出了以现代信息技术、通信技术、智能检测、
执行、控制、决策技术等为基础的智能发展模式智能发电站的定义。使发电厂更加高效、安
全、环保。该文件还提出了智能发电站的四层体系结构:智能设备层、智能控制层、智能生
产监管层和智能管理层。我认为智能发电站是具有自身最优化、自适应、自我恢复、自我学
习、自组织等特点的智能发电运行控制和管理模式,改进和优化《智能电厂技术发展纲要》
提议的 4 层架构。根据智能设备层、智能控制层和集成管理决策层划分体系结构。参考产
业 4.0 参考体系结构模型(RAMI4.0)和美国产业网络联盟(IIC)参考体系结构,从生命周期、
系统级别和智能功能的三维角度提出智能发电站系统参考体系结构建议。
在相关学者研究中,智能发电厂随着先进信息技术的发展,进一步扩大了发电厂的生产
运行管理,提高了发电厂的自动化、数字化、智能化水平,其中智能发电厂的核心技术和体
系结构是研究的重点。
2.2 智能发电站实践
专家学者推进理论研究,各发电企业也紧跟工业化、信息化融合潮流,大力推进智能发
电厂建设,部分信息工程公司也以智能发电厂的需求为中心开展了资讯系统平台研究和示范
工作,推进了智能发电厂建设。
以每台发电机 3D 可视化故障诊断系统、3D 数字档案等 5 个功能模块为中心推进。计
划了 8 个功能模块:三维数字档案和可视化立体设备模型、锅炉CT、智能管理中心。主要
采用三维模拟、人员市场定位、在线诊断等技术,提高电厂的安全运行能力。根据生产过程
控制系统、工厂级监控资讯系统、管理信息系统和决策支持系统四层结构,制定数字电站计
划。
从部分实施和已经投入运行的发电站的实际情况来看,目前正在推进的智能发电站更侧
重于信息集成展示和智能管理等,尤其关注三维展示、人员市场定位等多种技术。依靠三维
模型、市场定位技术提高信息化水平,提高现场控制水平。在生产过程中智能化的应用很少。
特别是利用智能发电站建设推进管理模式变化的情况很少,实际上没有提高质量,提高效率。
(威廉莎士比亚,哈姆雷特)
2.3 智能发电站的内涵
从目前对智能发电厂的研究和推进情况来看,研究人员对于智能发电厂的定义描述不同,
体系结构上也有一些不同的理论观点,实现方式上更有差异,但对智能发电厂的核心要求已
经有了初步的共识。也就是说,通过智能化、数字化、信息化,综合应用网络、大数据资源。
充分发挥智能系统强大的分析处理能力,标准化生产管理流程,提高生产管理水平,掌握生
产管理趋势,形成一系列智能生产管理模式,提高能源利用效率。智能发电站完全符合电厂
自动化的发展趋势。从近几十年发电厂自动化技术的发展历史角度来看,发电厂自动化从现
有仪表控制、分布式控制系统控制、工厂级监控资讯系统应用到电脑技术的持续发展,现场
控制发电厂、自动化发电厂、数字发电厂、发电厂的生产率水平逐步提高。进入数字时代后,
“网络”、“大数据”、“人工智能”等新的信息技术等将进一步提高发电厂的自动化水平,使
发电厂智能化发展,实现“本质安全、高效清洁、人机合作、智能决策”的发电厂价值目标。
如此智能的发电站是一个全面、整体、多维的生产经营管理系统。与管理学理论一起,智能
发电站可以分为智能设备层、智能控制层、智能管理层和智能决策层四个层面。智能设备层
和智能控制层侧重于具有全面意识和协作最优化功能的执行。智能监管层和智能决策层侧重
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