智能发电体系架构及关键技术

　　现在工业发展的重要标志是工业化与信息化的融合，我们称为两化的融合。

　　以电力为例，從50年代、60年代、70年代、机械式的控制，液压式的模拟装置、数字装置一直到70年代到数字时代，是快速发展的过程。过去，电力领域没有把信息控制当回事，什么是主要的？电厂就是只重视三大件：涡轮汽轮机、发电机及变压器。涡轮是个小装置，为什么小呢？就是搞点液压表在那儿摊着，现在大型的火力发电厂的自动控制系统包括信息系统，它对于机组运行的经济环保起着十分关键的作用，自动化系统一旦不完备，木机器不可能启动，也不可能运行。

　　智能既是目标 也是要采取的手段

　　一个大机组各种控制的信号和监测点上万，也就是说运转一台机组，人力已经不可为，需要功能完备、性能可靠的控制系统来对机组的发电功

　　率，运行参数，安全、起停等进行数字化的控制，这是现状。

　　随着自动化信息化的发展，进入了第四次工业革命时代，第一次工业革命是蒸汽机的出现，第二次工业革命是电力技术，第三次是计算机，第四次首先包括人工智能，也包括清洁能源、机器人及量子信、息虚拟信息及生物技术。走向智能化，是现代工业发展的必然。为了应对这个大趋势，我们国家出台了一系列规划，促进云计算、大数据在企业产品的研制、生产制造、经营管理、销售服务，在全流程的产业链当中发挥综合性作用。

　　电力行业，经过这些年的努力，取得了一定的成绩。我们的效率、燃煤近10年来下降了100特。

　　但是外界还是认为火电是巨大的污染，所以今天走向低碳，而且无论是灵活发电，整个发电，还是电网发电，特别是为了实现新能源采用的大规模应用，都需要一个多元控股和协同系统，灵活可控的新的电力系统，所有这些系统、应用最终将走向智能。智能既是要实现的一个目标，也是一种要采取的手段，通过智能化使得能源电力系统更加安全、更加高效、更加低碳、更加灵活，真正实现能源转型这个大的目标。

　　智能发电的定义

　　所谓智能发电就是以发电过程中的自动化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云平台、物联网为平台，智能传感与执行，智能管理与学习，实现更加安全、高效、清洁、低碳的生产目标。

　　智能发电主要包括几个方面的内容，首先是智能感知，传感器、软测量、模拟化、信息的融合、智能决策、管控一体化与全生命周期的管理。在我们前期工作和多年积累的基础上，2016年7月4日，智能发电的概念在华北电力大学提出。我有幸参与了讨论和编制“十三五”规划，这里面第一次将智能发电技术写进了规划，这就成了国家的意志，我们要发展智能发电技术，进行发电过程中监测、控制技术的研究，特别是智能控制系统装备的研发。没有装备，还谈什么智能？要拥有先进的发电技术示范应用，要开展示范工程建设，重点的内容是智能发电的体系结构。分散控制系统就是把网络处理器以及仪表、数据库联为一体，这个大家都是比较熟悉的。

　　在电厂管理信息系统当中，中国人还是有一笔可写的，就是SIS（发电生产实时监控系统），这个概念是我们领域的前辈 提出的，我们组织的研发，同时我们也得到了2004年科技进步一等奖。当提出SIS以后，如何将其和SCS（顺序控制系统）融为一体，我们的系统的为解决这一问题做出了贡献，提出三个可靠性，两个安全性的系统。现在已经在180多个火电厂投用，也使国外的SIS退出中国市场。可悲的是，大家都来做SIS，就没有盈利的空间了。我有一个深刻的感悟，中国的科技创新之所以落后，有很多原因，其中企业赚不到钱是重要原因之一。一项技术，当中国人不会的时候，这项技术有着高额的利润，当中国人千辛万苦研发成功的时候，利润就是大白菜价，企业赚不到钱，他怎么创新？

　　突破关键技术

　　在SIS的应用过程中，我们也遇到了一些问题，特别是面临着实现智能化的目标时，从网络安全的角度看，SIS的信息不允许向DCS（分散控制系统）推送，比如说能耗分析，这些信息很难闭环，实现高级控制，所以在这个基础上，现在推出的智能电厂所需要的，控制系统网络结构应该回归到两层结构。一层我们把它称为机组运行控制系统平台，也就是增加DCS功能，另外一个公共服务功能，这个是现有的SIS，是我们给出的智能电厂的两极结构。

　　SIS是智能发电运行系统，可以简单地理解为DCS的增加版，这样就可以闭环了。ERP等在广义上形成智能发电系统的公共服务系统，另外还要考虑他们不同的信息安全的防护以及与大数据云平台的结合。在这个结构当中，SIS就是要以DCS为核心，扩展智能优化库、开发服务器等资源，实现智能监测、智能控制，状态监测与诊断预警，提供可靠的软硬件平台，确保系统的安全。这里不包括三个功能，第一个是智能监测，第二是智能控制，第三是智能运行的监控。其中智能发电公共服务平台主要是由大型数据库系统，大数据云平台为基础，整合支撑系统，支持数据资源，在设计、施工、调试、运维阶段，把全场的人、财、物，信息，以及智能管理、智能服务呈现在数据的层面，汇集到这个平台。为设备的安全、精细化管理、优化决策提供一个一体化的信息平台。

　　这个平台有三个功能。一是安全，第二是管理，第三就是服务。还有一个问题，虽然是封闭的，是最高安全等级，SIS是开放的，面向众多的应用的，为什么要指出这个呢？我们也感觉现在智能发电很热、同时也很乱，如果没有一个体系，没有一个架构，很可能成事不足、败事有余， 有的地方搞了一个门禁系统，搞了一个机器人巡检，搞了一个APP就是智能了，这太小儿科了。所以我们今天就给你一个框，你随便往里装，但是SIS你不能乱动，电力生产安全高于一切。面对这样的架构我们应该去突破一些关键的技术，首先我们勇于参与新一带的DCS研发竞争，我们的合作伙伴在国家首个百万级机组系统的应用，各种性能上，应该是我们自身的DCS不亚于国际上任何一家的DCS，这个也不是做广告，我们有这样的产品，为什么很多集团不用，还是用的其他的集团的？

　　那么在自身系统上，我们现在做什么？第一，增加一个智能DPU就是高级智能控制器。第二，增加一个高级服务器，做一个统筹。第三，还要有模块，比如说监测模块，建模，基于深度系统学习的感知模块，基于一系列的参数，不规则的，让我们学习感知。第四，比如说基础的储能、热耗、气耗等，通过这些这些汽水量等去计算识别出需要的东西。第五是控制。怎样在深度学习建模的基础上使我们的控制更加适应全能耗，更加精准地实现能源的平衡。实际上在控制上解决问题是投资最少的，不需要大动干戈，动不动就几个亿投下去，这个用的是智慧，投资很少，就可以见到成效。效率、开放性能计算等，通过自己学习数据挖掘技术，先进的控制理论方法，专家的知识，建立优化的模型库，这是需要深入开展的。

　　智能发电+智能电网一起推动能源发展的转型，其中的基础理论、关键技术、工程应用都有待提高，这就需要理论技术、体制机制，特别是产学研用的结合加以推动，让我们一起共同努力。（本文根据中国工程院院士刘吉臻的公开演讲整理而成，未经本人确认。）

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