凌默儂

（國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學研究院，安徽合肥 230601）

智能電網(wǎng)的概念自提出至今已逾10年，其發(fā)展受到世人的廣泛關注.分析智能電網(wǎng)智能化元素技術的內涵，探索智能電網(wǎng)建設與同屬電力生產流程中穩(wěn)步發(fā)展的電站自動化工作之間的相互可借鑒之處，關注現(xiàn)階段電站自動化領域的智能技術等都是電力工程技術發(fā)展過程中十分重要的問題.

1 智能的本源

漢語“智能”一詞古已有之，是指一個人的謀略能力，是人的行為特征.現(xiàn)代科技意義上的智能來自于1956年CARTHY John M c提出的Artificial Intelligence（簡稱AI），漢譯為人工智能，［1］是指一部機器或系統(tǒng)（部分地）具有人類智能或能夠模擬人類行為的能力，是機器的仿人行為特征.完成機器擬人行為的人工智能有其特定的計算方法，如模仿專家的知識經(jīng)驗進行推理決策、根據(jù)環(huán)境變化自治地完成任務等，它與經(jīng)典控制論、現(xiàn)代控制論分屬不同的學科分支.

近年來，“智能”的概念在全球范圍內掀起了一股技術和經(jīng)濟浪潮，出現(xiàn)了諸多創(chuàng)新事物，如智能家電、智能交通、智能建筑、智能能源、智慧地球等，為人們描繪了別樣的未來圖景，以至于“智能”的概念有泛濫之勢.其中，智能電網(wǎng)成為各領域的關注熱點，并對同屬電力行業(yè)的電站自動化工作產生了極大的影響.因此，客觀梳理智能化特征，借力智能電網(wǎng)探索開展智能化工作的方向和路徑已成為電站自動化需要面對的課題.

2 智能電網(wǎng)概述

2.1 智能電網(wǎng)的提出

進入21世紀以來，針對能源與環(huán)境出現(xiàn)的問題，人們提出用智能電網(wǎng)應對挑戰(zhàn).2002年美國電力科學院（EPRI）提出Intelligrid研究項目; 2003年美國能源部（DOE）發(fā)布了Grid 2030戰(zhàn)略計劃;2005年歐洲成立智能電網(wǎng)（Smart Grid）技術論壇，大西洋兩岸的合力將智能電網(wǎng)引向全球.［2］在我國，清華大學盧強教授于2000年提出“數(shù)字電力系統(tǒng)”的概念;［3］國家電網(wǎng)公司于2009年正式提出建設“智能電網(wǎng)”規(guī)劃，并立即付諸實施;還有學者提出了智能能源網(wǎng)、互動電網(wǎng)的概念，［4］涵蓋了更寬泛的能源領域.

國家電網(wǎng)公司定義的智能電網(wǎng)涵蓋了電力生產工藝流程的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度6個環(huán)節(jié)和信息化平臺，具有信息化、自動化、互動化特征，［5］本文所述智能電網(wǎng)以此為藍本.

2.2 智能電網(wǎng)的智能化元素

國家電網(wǎng)實施的智能電網(wǎng)項目中的智能化元素主要體現(xiàn)在運用知識推理、專家決策、遺傳算法、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等智能技術，完成電網(wǎng)信息的監(jiān)測與展現(xiàn)、控制策略的自動優(yōu)選、運行狀態(tài)的自動監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動恢復等工作，主要用于數(shù)據(jù)的集中分析與展現(xiàn)、圖像處理、輸電線路監(jiān)測與故障診斷、繼電保護定值實時預警與回路的智能決策執(zhí)行、大電網(wǎng)安全校核控制、廣域測量、機器人、調度負荷預測與可視化平臺全景數(shù)據(jù)再現(xiàn)等.這其中大多數(shù)智能化技術方法為電站自動化領域所熟知，也有少數(shù)是現(xiàn)時智能電網(wǎng)所特有的，如采用智能數(shù)據(jù)圖像分析技術實現(xiàn)對智能變電站開關柜內刀閘的開/合操作及動作位置的分析判斷，以及用于電力負荷預測的氣象分析等.可以說，智能電網(wǎng)智能化元素與電站自動化技術是相通的.

3 智能電網(wǎng)與電站自動化相互作用

3.1 智能電網(wǎng)與電站自動化的特征差異

在電力生產流程中，火力發(fā)電廠與電網(wǎng)生產有明顯的性質差異.電網(wǎng)的流程地域廣、環(huán)節(jié)多、信息分散、信息傳輸距離遠、運動設備和轉動部件少，并且直接與廣大的電力用戶相關聯(lián);而火力發(fā)電廠的特點則是生產設備集中、信息集中、傳輸距離短，外部生產信息（除調度外）交換簡單，生產流程中介質多且復雜，運動設備、旋轉機械特別是高速轉動部件較多.這種鮮明的設備特性差異預示著智能電網(wǎng)對信息的采集處理要求較高，而電廠則對實現(xiàn)設備的閉環(huán)運行控制要求更嚴格，電網(wǎng)與電站在智能化上有著不同的側重面.

由于要長期面對發(fā)電廠運動設備、流動介質的穩(wěn)定控制，發(fā)電廠控制較之電網(wǎng)生產過程的自動化取得了更多的成果.與電網(wǎng)的變電站、輸電線路、配電用戶等環(huán)節(jié)還存在設備參數(shù)就地巡視、遠方人工手動單步操作等現(xiàn)象相比，分散控制系統(tǒng)（DCS）早就成為現(xiàn)代火力發(fā)電廠的必備設備和運行數(shù)據(jù)的中心，實現(xiàn)了電站基本參數(shù)的閉合回路控制、設備與系統(tǒng)間的聯(lián)動操作.然而智能電網(wǎng)的規(guī)?；ㄔO在短時間內快速推動了電網(wǎng)信息化、自動化工作的開展，智能電網(wǎng)已經(jīng)站在能源與人類社會相和諧的高度開始應用智能科技，這就促使我們思考如何在更高層次提升電站的閉環(huán)控制水平，在更大的領域內拓寬信息化工作，并將電站自動化的中心工作轉移到（或兼顧）應對火電廠節(jié)能減排的需要上來.

3.2 智能化工作規(guī)劃和組織引領

國家電網(wǎng)在智能電網(wǎng)建設中對智能電網(wǎng)的各階段目標、技術方案落實、流程環(huán)節(jié)和效用等方面在規(guī)劃之始就做出了明確規(guī)定，即建設一個可靠、高效、經(jīng)濟、環(huán)保、開放、友好的未來電網(wǎng).相比較而言，盡管電站自動化在過程控制層面的基礎工作扎實，但考慮行政管理體制的不同，其智能化發(fā)展仍需要一個與智能電網(wǎng)同樣有力的規(guī)劃和引領力量.電站自動化與智能化不但要關注自身的工藝流程，還應該延伸到與安全、發(fā)電效率、污染物排放、運營成本相關的領域中.就能源利用而言，我國以煤炭為主要燃料的火電廠裝機容量和發(fā)電量占比將持續(xù)下降，將電站做優(yōu)做精，成為電力系統(tǒng)可調、可控的高性價比電源，方向的引領變得十分重要.

發(fā)電廠是電力生產的初始一環(huán)，是電流的源頭，因此嚴格意義上的智能電網(wǎng)應包含電站的智能化，即整個電力系統(tǒng)的智能化.目前，國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)的6個環(huán)節(jié)并不包括發(fā)電廠變電站（升壓站）的智能化和發(fā)電廠內部生產流程的智能化，僅將發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的一個元件，對其數(shù)學模型、調度性能等外特性提出要求，因此做好發(fā)電側和電網(wǎng)側間的銜接、實現(xiàn)全流程智能化的完整覆蓋是電力智能化建設中需要完善之處.

3.3 IEC 61850規(guī)約與現(xiàn)場總線

多年來，在電站自動化領域推行現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)電站數(shù)字化，雖然已有局部的試點應用，但總體進展并不理想，整體工作仍有待加強.分析其中的原因發(fā)現(xiàn)，標準的不完全統(tǒng)一和設備規(guī)范的多樣性對信息互聯(lián)構成了障礙，各設備制造商缺少一個有效的溝通協(xié)調機制和有約束力的平臺，比如現(xiàn)場總線標準IEC 61158實質上是多個不同協(xié)議現(xiàn)場總線標準集，以此遷就各設備制造商的利益，但其共用性、通用性、開放性不足.推行現(xiàn)場總線的另一個期望是利用具備控制器功能并植入了控制模塊的現(xiàn)場裝置，通過現(xiàn)場總線來實現(xiàn)局部設備信息的就地處理和閉環(huán)控制，但具備這種功能的現(xiàn)場控制裝置較少，從而限制了現(xiàn)場總線的應用推廣.

與此相比，國家電網(wǎng)建設智能變電站時明確以IEC 61850國際標準為唯一協(xié)議，所有相關設備（高壓設備智能組件、互感器及合并單元、測控單元、保護單元等）必須按此協(xié)議構造統(tǒng)一的系統(tǒng)結構，建立統(tǒng)一模型，實現(xiàn)了變電站過程層、間隔層協(xié)議的規(guī)范化和設備的互聯(lián)互換.可以看出，電站現(xiàn)場總線在推行標準化協(xié)議的制度層面、技術標準層面、技術應用層面的約束力不足，技術、用戶、廠商、行業(yè)組織等各種元素相互交織讓問題愈加復雜化，而眾多產品投向市場使得問題積重難返.智能變電站統(tǒng)一協(xié)議的路徑、手段、機制為解決現(xiàn)場總線所存在的問題提供了一個參照系.

3.4 電站一次設備光纖通信的可行性

智能變電站推行一次設備微處理器化和網(wǎng)絡通信光纖化，大量采用光纖通信網(wǎng)絡取代復雜的電纜連接，解決了常規(guī)變電站信號采集復雜、調試維護困難、信號干擾等問題.然而考慮到目前采用光纖通信的一次傳感設備技術成熟度、現(xiàn)場應用可靠性還有待檢驗和完善，尤其是在電站內需要采集的設備信號種類繁多，因此對現(xiàn)場設備層采用光纖通信需認真論證、謹慎行事.

3.5 智能電網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)

智能電網(wǎng)建設中包含各類實時監(jiān)測系統(tǒng)，采集到的信息包括電能量、機組發(fā)電效率、脫硫脫硝、雷電、變壓器/SF6氣體、輸變電設備、配電自動化、用電信息采集等.這些實時信息系統(tǒng)并沒有足夠的智能化元素，卻是電網(wǎng)智能化必不可少的信息化支撐，也打破了電網(wǎng)專業(yè)原來的技術與管理界面，實現(xiàn)了調控一體化、配網(wǎng)一體化、營銷一體化，以及電網(wǎng)一、二次設備的信息交叉連接，改變了電網(wǎng)舊的運行檢修模式，引起了電網(wǎng)技術與經(jīng)營管理模式的大變革.

新加坡能源公司在新加坡電網(wǎng)自動化過程中推行的運行維護管理和狀態(tài)檢修先進經(jīng)驗成為國際上同行業(yè)的標桿.由此可見，電站自動化領域同樣需要適應專業(yè)技術界面的模糊化和運營管理模式的改變.

3.6 智能變電站順序控制

電站自動化的順序控制技術成熟、管理經(jīng)驗豐富，但在智能變電站內實現(xiàn)開關、刀閘及其他輔助設備按照操作票程序一次完成多步驟操作的順序控制卻是一個新課題.雖然順序控制比人工操作更可靠、更準確、更安全，而且變電站內與之關聯(lián)的技術和設備也沒有克服不了的問題，但變電站順序控制工作的進展卻不盡如人意.

智能電網(wǎng)建設使電站自動化受益，而順序控制等技術在智能電網(wǎng)領域的應用仍有待深化，因此智能電網(wǎng)同樣需要從電站的自動化中獲取成熟的經(jīng)驗和知識.電網(wǎng)和電站的自動化在推進智能化工作中不僅實現(xiàn)了生產機器的信息交換，也突破了專業(yè)界面的限制，實現(xiàn)了不同專業(yè)人員間的溝通融合，以及機器、人員間的信息互聯(lián).

4 基礎自動化是智能化的基石

智能化和自動化都是基于感知、通信、計算、控制方法的學科，智能化涉及范圍更廣，涵蓋了機器與系統(tǒng)、系統(tǒng)與人、人與社會的各個層面.

從事電站自動化的從業(yè)人員，面對先行一步的智能電網(wǎng)，既要順應形勢、積極跟蹤前沿科學，更要把握科學發(fā)展的客觀規(guī)律，做好基礎自動化工作.

4.1 認清電站智能科學的發(fā)展規(guī)律

科學家預測，21世紀前40年里，信息科學技術和生物、生命科學技術是人們研究的中心技術科學，21世紀中葉，認知（智能）科學技術將占據(jù)中心位置.［6］實際上，當前眾多的智能化總體上仍屬于信息化和自動化的范疇，少量智能化元素的出現(xiàn)與應用并不意味著智能時代的到來，智能電網(wǎng)在學術界還沒有一個統(tǒng)一的概念標準，電網(wǎng)和電站自動化仍然能夠反映現(xiàn)階段電網(wǎng)與電站的技術發(fā)展特征，因此不必被智能的概念困擾而影響了自動化技術的研究工作，重要的是扎實打好信息化和自動化的基礎，伴隨智能科技的發(fā)展，電站自動化被智能電站取代就會水到渠成.

4.2 積極推廣電站智能科技應用工作

電站自動化在缺少一個像智能電網(wǎng)那樣強力組織角色的現(xiàn)行體制下，仍然有足夠的空間創(chuàng)新智能科技應用工作.某公司600 MW級超臨界機組引進的燃燒優(yōu)化平臺軟件初期使用效果良好，隨著機組投產、設備特性發(fā)生改變導致優(yōu)化軟件效用逐漸下降，并出現(xiàn)了鍋爐水冷壁長時間超溫現(xiàn)象，相關人員開展了基于專家規(guī)則的多變量汽溫控制應用研究，實際解決了超溫問題.［7］其利用的控制系統(tǒng)既有軟硬件實現(xiàn)，且不依賴于機組數(shù)學模型的智能控制方法，適用于設備特性變動的工況，這樣的智能化工程實踐有利于現(xiàn)階段有效提升電站自動化工作水平，為電站的智能化發(fā)展打好基礎.

5 結語

智能科技是成熟的信息科學、控制科學、系統(tǒng)科學、生物科學相融合的產物，電力系統(tǒng)的智能化還需要眾多智能元素的支撐.只要認真扎實地做好信息化、基礎自動化工作，不斷積累智能化工作的經(jīng)驗和能量，伴隨智能科技的逐步演進，電站的自動化將朝智能化方向發(fā)展，電網(wǎng)的智能化就會取得真正突破，電站、電網(wǎng)乃至能源領域的全面智能化時代終會來臨.

［1］史忠植.智能科學［M］.北京：清華大學出版社，2006：2-3.

［2］何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎［M］.北京：中國電力出版社，2010：2-5.

［3］盧強.數(shù)字電力系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（9）： 1-4.

［4］武建東.智能電網(wǎng)與中國互動電網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（4）：5-8.

［5］劉振亞.智能電網(wǎng)技術［M］.北京：中國電力出版社，2010： 8-11.

［6］舒志兵，高延榮，盧宗春，等.自動化專業(yè)智能化的發(fā)展趨向［J］.自動化博覽，2010（8）：16-18.

［7］施壯，凌默儂，蔡兵，等.基于DCS平臺的超（超）臨界機組主汽溫控制技術研究［C］∥電站自動化2013年會論文集.上海：中國動力工程學會自動化控制專業(yè)委員會，2013： 256-260.

（編輯白林雪）