智能電廠數據平臺建設探索

郭廷錦

（福建福能股份有限公司 福建福州 350001）

0 引言

在節能減碳“3060”目標指引下，我國著力構建新型能源體系。根據中國電力企業聯合會發布的《2023 年1—3 月份電力工業運行簡況》［1］，截至2023 年3 月底，全國發電裝機容量26.2 億kW，其中非化石能源發電裝機容量13.3 億kW，同比增長15.9%，占總裝機容量的50.5%。水電、火電、風電、太陽能發電分別為4.2 億、13.4 億、3.8 億、4.3 億kW，其中燃煤發電11.3 億kW，同比增長僅1.8%，風電同比增長11.7%，太陽能發電同比增長33.7%，可見燃煤發電在未來能源結構的占比將越來越低。如何提高煤電的運營管理精細化水平、提高煤電的盈利能力將是煤電企業的重要課題。

2015 年，《中國制造2025》［2］明確提出要“以信息化與工業化深度融合為主線”，提出了中國制造強國建設“三步走”戰略，是中國制造向智能化轉型的行動綱領，實現從相互促進、相互帶動到深度融合的發展，核心是通過信息化支撐，促進企業做大做強。2016 年，我國正式發布了《關于推進互聯網+智慧能源發展的指導意見》［3］，促進能源和信息深度融合，實現智能發電是發電企業提升管理水平、培育市場競爭優勢的創新舉措和有效途徑。

智能電廠是發電企業的未來發展方向，也是發電企業信息化應用的高級階段，更是多學科、多領域之間相互交叉、相互滲透、相互支持，實現信息化與工業化深度融合的必由之路。本文針對智能電廠總體框架中數據平臺部分，從提高大容量熱電聯產電廠的運營管理效率、提高安全性和可靠性的工程需求出發，結合當前的工程實踐和技術成熟度2 個維度，對智能電廠的工程數據平臺進行探索研究，提出了智能電廠工程數據平臺總體方案及實施路徑。

1 智能電廠總體架構

2016 年，中國自動化學會發電自動化專業委員會提出《智能電廠技術發展綱要》［4］，對于智能電廠的定義為：智能電廠（Smart Power Plant）是以現代數字信息技術、通信技術以及智能傳感、執行、控制、決策技術等為基礎的智能發電模式，可使電廠更高效、更安全、更環保。智能電廠包含4 層體系架構，即智能設備層、智能控制層、智能生產監管層和智能管理層。

智能電廠以人工智能、大數據、物聯網、移動互聯等現代信息技術為支撐，圍繞電廠的“安全、運行、檢修、管理”，構建全廠統一的數據平臺，由“智能運行”“智能檢修”“智能基建”“智能經營”“智能安防”“智能園區”體系，建設具有自我及環境感知、主動預測預警、輔助診斷決策、統一集約指揮的“智能電廠”，實現電廠運行、維護和管理的信息化、自動化、智能化，實現全面的人員和設備安全管控［5］。

智能電廠的本質是進行信息化和智能化的深度融合，其建設基礎是數字化解決方案和一體化的數據中心。人工智能的基礎是大數據，智能電廠的成熟和部署，取決于電廠大數據的開發和人工智能應用方案的進展。

智能電廠總體框架將依據企業私有云實現，通過廠級云平臺形成計算、存儲、網絡的統一資源池，結合智能應用的開發、成熟、部署而逐漸完善平臺功能。智能電廠網絡架構見圖1。

圖1 智能電廠網絡架構

2 智能電廠數據平臺架構

2.1 智能電廠數據平臺概述

智能電廠數據平臺是實現信息傳輸、數據存儲、業務融合、信息展現的基礎平臺，為智能電廠提供可靠的技術支撐，促進業務融合，消除信息孤島，實現各業務管理子系統間的數據貫通。

平臺中數據經過數據分析和挖掘，轉變為信息、知識，并對外提供統一的數據訪問接口，作為公司的數據中臺，為智能化應用提供支持［7］。這也是數據中臺（DAAS）的實現方式。

2.2 智能電廠數據平臺架構

電廠數據平臺提供統一的數據采集、數據存儲、數據分析以及應用資源管理與運維監控等功能，具備應用彈性伸縮、高可用集群、負載均衡、持續開發與集成的能力，見圖2。

圖2 智能電廠數據平臺架構

3 智能電廠數據平臺建設探索

3.1 總體建設原則

傳統火力發電廠控制和管理系統可分為3 個層次：廠（管理）級SIS/MIS；機組（車間）級DCS/PLC；現場設備級。目前，機組（車間）級DCS/PLC 已經實現了數字化，廠（管理）級SIS/MIS也普遍建立了數據庫及各種監控和管理軟件，數字化基本實現?，F場設備級目前主要通過現場總線技術，在工程規劃建設和后期運營期間，通過不斷擴展現場總線接口，可實現完全的數字化。由于機組（車間）級已經實現了數字化，只需要給下層的現場設備級預留充分的接口，數據平臺的現場數據采集傳輸模塊可以完全貫通。此外，基于數據平臺的數據存儲挖掘以及后續的數據應用，只需在數據平臺預留數據接口即可。

因此，智能電廠數據平臺的建設，應遵循一次總體規劃、分模塊分階段逐步實施的原則。對于工程建設過程中的設計、采購、建造、竣工等工程信息應全部采用數字化移交；對數據平臺的數據采集、傳輸、存儲和數據挖掘等模塊，應統一規劃，預留接口，逐步完善，分步實施。

3.2 數字化設計

三維數字化電廠建模，是整個智能電廠的模型和數據的基礎性工作，是對專業性要求很強的工作。需做到模型與實物的一致性，保證模型外觀、層級、位置、編碼、屬性的一致，以滿足三維數字化電廠展示與查詢、圖紙關聯查詢、設備編碼，滿足后期ERP、SIS、MIS 等系統的應用要求。

以設計院、制造廠提供的三維模型為基礎，通過對主、輔機設備進行三維建模，形成高精度、等比例的三維模型，構建與電廠一致的虛擬電廠，將現實電廠的工業廠房及設備在計算機中三維虛擬展示出來，利用數據庫技術、數據采集與監視控制技術，將電廠的工業廠區和生產設備的運行狀態參數與運行及監控系統同步連接，實時展示在虛擬電廠系統中。在三維虛擬場景中可實現對工業廠區的瀏覽和設備的查詢管理。

3.3 數字化移交

數字化移交工作是智能電廠的基礎，也是智能電廠的重要組成部分。數字化移交工作應以工程編碼為基礎，構建好數字化移交的文件結構，以數字化項目管理為手段，將工程建設中與電廠物理對象相關的信息收集好、管理好，并最終形成1 個完整的電廠信息產品，給用戶提供合格有效的原始基礎數字化內容以支撐實體電廠的數字化管理、數字化控制等信息系統。

電廠數字化移交工作需要多方面的協調配合，因此需要對移交過程、移交策略、移交計劃、移交內容和移交的形式進行規定，以指導、規范整個工程數據移交的工作，約束和統一參與工程各方提供的數據。項目應建立或支持滿足一定要求的信息化環境，以相容的方式產生、管理、使用、交換、獲取所有與設計、采購、建造、竣工等工程相關的信息，并將其作為工程成果交付。

3.4 數字工程平臺

智能電廠數字工程平臺是建設集成三維數據的電廠全生命周期數據融合平臺，實現三維數據與設備信息、運維業務信息、ERP 數據等的整合與融合，并通過電廠全息三維數字化模型實現物理世界與虛擬世界的聯接，為全價值鏈數字化電廠的建設打下基礎。

智能電廠數字工程平臺能夠同時實現數據聚合和管理提維。數據聚合的重點是實現數據的互聯互通，在電廠各獨立運行的信息系統之上建立數據總線，統一追蹤、存儲、分析數據，為電廠生產的運維決策提供數據支撐；基于數據的互聯互通，并依托電廠三維模型的可視化，能夠實現電廠管理提維，即將管理操作系統由現有二維管理體系提升到三維管理體系，在實現管理操作界面直觀可視化的同時，獲取信息更快捷、更高效，從而建立起1 套更高效、更安全、更友好的管理體系。依托智能電廠數字工程平臺中的VR 組件，可以進行員工培訓、安全教育等富有沉浸感知功能的體驗，豐富培訓形式。

3.5 信息安全平臺

近年來，國家在電力監控系統安全防護方面出臺了許多政策，例如《電力監控系統安全防護規定》（國家發展和改革委員會2014 年第14 號令）、國家能源局《關于印發電力監控系統安全防護總體方案等安全防護方案和評估規范的通知》以及網絡安全等級保護制度2.0 標準等正式發布，電廠也應嚴格按照電力監控系統安全防護的要求開展工作。比如成立組織機構、完善制度、“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”、安全加固、風險評估等工作；按照《網絡安全等級保護基本要求》（GB/T 22239—2019）組建安全通用要求框架結構見圖3。

圖3 安全通用要求框架結構

4 結語

隨著我國新型能源體系的構建，智能電廠對于技術相對復雜的傳統火電企業的降本增效安全穩定運行具有重要意義，而智能電廠建設基礎是數字化解決方案和一體化的數據中心。對于工程建設過程中的設計、采購、建造、竣工等工程信息應全部采用數字化移交；對數據平臺的數據采集、傳輸、存儲和數據挖掘等模塊，應統一規劃，預留接口，逐步完善，分步實施；通過上述措施，智能電廠數據平臺的建設不僅可以匹配智能電廠的實際運行需求，也能不斷提升智能電廠的數字化、智能化水平。