“現(xiàn)在科技發(fā)展表明，我們已經(jīng)進入了以人工智能和機器人為代表的智能技術(shù)和智慧社會，智能電廠的推進實際上是一個逐漸的過程。”中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院數(shù)字化設(shè)計總工程師張晉賓在中國能源研究會節(jié)能減排中心與華北電力大學(xué)國家大學(xué)科技園聯(lián)合舉辦“2018年智慧電廠論壇(第一期)”上發(fā)表演講時表示。北極星電力網(wǎng)將全程對會議進行直播，如需了解更多的會議直播，請聯(lián)系微信號：13693626116

中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院數(shù)字化設(shè)計總工程師張晉賓《智慧電廠整體架構(gòu)體系建設(shè)》

各位專家、領(lǐng)導(dǎo)，下午好!我今天介紹分為四個部分：概念、定義、架構(gòu)、案例。

第一部分，概念。因為我們?nèi)粘Ｉ钪信龅胶芏嘀悄艿臇|西，包括智能手環(huán)、智能手機，在工業(yè)中也碰到過很多，比如說像智能變速器、智能攝像機、智能定位器，還有一些智能工業(yè)水泵等等相關(guān)的，像奧迪公司推出一些智能工廠，也包括我們像GE或者西門子推出的一些智能的發(fā)電廠或者數(shù)字電廠，也像IEC和ISO推出的智慧城市，還有IBM幾年建前推出的智慧地球，大家看一下，現(xiàn)在科技發(fā)展已經(jīng)表明我們進入了是一個以人工智能和機器人為代表的智能技術(shù)和智慧社會，但是我們要問一下，究竟什么是智慧、什么是智能、什么是Smart呢?我們看一下一個案例。

一個是李開復(fù)先生，他有一本書，在大陸叫《人工智能》，在港臺叫《人工智慧》，大家看到還是有一些區(qū)別的。還有一個，像IEC和ISO講的Smart City和Smart Grid，一個叫智慧城市、一個叫智能電網(wǎng)。給大家?guī)硪粋€困惑，我找了這個字典Longmant Language Activator，對這幾個解釋是很全面和透徹的。國內(nèi)的概念智慧和智能，智慧在我們字典中的監(jiān)視是辨析、判斷、發(fā)明創(chuàng)造的能力，智能是制造的能力。我們現(xiàn)在看一下，在我們的《易經(jīng)》講過一句話，形而上者謂之道，形而下者謂之器，我們造一個東西，用智能好一些，不能用智慧。

對于智慧，學(xué)術(shù)界叫Litelligent，包括認(rèn)知、推理、學(xué)習(xí)、交流，自我意識相關(guān)的方面。人的智能或者智慧是我們所有這些智能的頂峰。從AI來講，大陸叫“人工智能”，在港臺還是叫“人工智慧”。AI的概念大家都很清楚，大家不用管AI怎么樣的，工業(yè)界是拿機器來實現(xiàn)必須借助人類智慧才能完成的東西的，這就是AI這方面的體現(xiàn)。AI主流學(xué)派國內(nèi)有三類，一個是符號、第二連接、第三行為，我們搞控制的人一般是行為，比如前面講的一般是感知、決策、執(zhí)行，這是講的控制，只是AI主流學(xué)派的一種。

從特點來講，從工程來講就是感知、思維、執(zhí)行、決策這些方面的能力。分類，國內(nèi)有強的人工智能和弱的人工智能，強的人工智能就是模擬人的人工智能，弱的人工智能是人的表現(xiàn)。

從層級上來講，一般學(xué)術(shù)界形成一個共識，就是說如果一個設(shè)備帶有計算能力、帶有通信，這些方面就可以賦予這個設(shè)備叫智能，這是一個層級。第二就是感知的層級，包括比如說機器人就有感知、視覺、觸覺的能力。第三個是認(rèn)知智能，認(rèn)知智能是比較困難的，現(xiàn)在沒有完全攻克，在圍棋方面大家已經(jīng)知道Alpha Go報和去年的Alpha Zero已經(jīng)做了很多工作，包括Alpha Go的Alpha Zero是從0開始學(xué)習(xí)，他是無監(jiān)督的學(xué)習(xí)，不需要建立任何的前面的一些規(guī)則，他自己來學(xué)習(xí)。

人工智能的發(fā)展是三期，現(xiàn)在在深度學(xué)習(xí)，在21世紀(jì)深度學(xué)習(xí)取得重大突破以后來了一個新的高峰，這個高峰下我們國家的政府也十分重視，在政府的“十三五”規(guī)劃，包括像去年國務(wù)院考慮到人工智能，會深刻的改變?nèi)祟惿鐣岢隽巳ツ?月份國務(wù)院發(fā)布了新一代的人工智能發(fā)展規(guī)劃，這個規(guī)劃中提到了重點推廣應(yīng)用智能工廠。然后再能源“十三五”和電力“十三五”，已經(jīng)從國家層級提出了很多要求。

第二部分，智能電廠的定義。先看一下別的行業(yè)對智能怎么定義的，第一，我們有一個國標(biāo)，對智能運輸系統(tǒng)提出了智能交通系統(tǒng)是怎么樣的，這個可以看一下，給大家的資料里都有，這個地方快速過一下。這個里面對智能建筑業(yè)有定義，在兩個專委會，技術(shù)委員會，中國自動化協(xié)會發(fā)電專委會等等，這里面智能電廠規(guī)劃綱要中也有智能電廠的定義。包括在國標(biāo)對智能變電站的定義，在行標(biāo)中對智能水電站的定義，大家都可以看得到，實際上這些定義，因為他有歷史的局限性，有些東西把信息放進去，或者講到了一些行為、決策方面的智能。但是我的感覺，不是很全面，這是2016年工信部和財政部有一個智能制造發(fā)展規(guī)劃，這個里面講到的智能制造，講的基于新一代信息通信技術(shù)與新的制造技術(shù)深度融合，貫穿全流程、全環(huán)節(jié)，具有自感應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等新的生產(chǎn)方式。對于SmartGrid，我們國內(nèi)講的智能電網(wǎng)的定義，這里大家看一下。

參照ISO15926，因為電廠是典型的流程工廠，我們顧問團嘗試給出一個定義，我們?nèi)ツ曜龅捻椖恐薪o出智能電廠是面向電廠全生命周期，利用新一代的信息通信技術(shù)、人工智能技術(shù)，包括檢測、控制各種技術(shù)，不是一定要全環(huán)節(jié)，可以在關(guān)鍵環(huán)節(jié)過程形成具有一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信、行銷控制能力。智能電廠可以認(rèn)為是我們的ICT我們的信息和通信技術(shù)，OT運維技術(shù)，ET工程技術(shù)、管理技術(shù)，包括AI人工智能的結(jié)合。

從電廠的核心技術(shù)來講，從ISO那邊考慮，Smart City可以借鑒一下，第一，一定是測量，第二，測量上來的數(shù)據(jù)一定要做到數(shù)據(jù)和通信的互操作。前面各位專家已經(jīng)講的比較多，就是建模和仿真也要注意。數(shù)據(jù)分析和智能控制及自動化，包括決策支持，因為智能肯定決策支持是其中重要的一環(huán)。另外，這些智能都上來的話，安全體系十分關(guān)鍵。

從智能電廠的建設(shè)來講，一定是一個全局的優(yōu)化目標(biāo)是這樣，當(dāng)然某一個電廠可以以某一個目標(biāo)做一個全局、部分可以。

智能電廠除了常規(guī)的這些目標(biāo)以外，實際這個地方是一個選號，以前是很難分析的，現(xiàn)在性能的上升、下降和選號都可以做，包括靈活性，和沒有攻克的狀態(tài)檢修，現(xiàn)在狀態(tài)檢修的叫法，ISO預(yù)知維修，現(xiàn)在應(yīng)用這些可以逐步來實現(xiàn)。

第三部分，智能電廠的架構(gòu)。從架構(gòu)來講，工業(yè)4.0大家都很清楚，但是從21世紀(jì)開始以后，推出的工業(yè)4.0實際上是基于一個CPS的結(jié)構(gòu)，大家都知道，通過CPS帶來一個價值革命。這個是工業(yè)4.0的參考架構(gòu)，這個是三個維度，其中一個維度，這個是功能層級，那是另一個層級，這個水平軸是生命周期和價值連的一個軸，這是“中國制造2025”的參考價值2.0。

這個是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最初推出的時候美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu)，這個要注意，這個里面實際上還是拿工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的思維分成，比如說也可以叫邊緣計算、云計算等等這些方面，參加軟件定義的結(jié)構(gòu)，互操作性、管理可信、安全，從網(wǎng)絡(luò)來講、通信來講，安全一定就是要基于可信網(wǎng)是最好的，包括互措施性。基于這個我們提出了智能電廠的參考架構(gòu)。其中一個就是生命周期的維度，生命周期維度就參考國際標(biāo)準(zhǔn)15926，包括設(shè)計、制造、安裝、運維、退役一系列相互聯(lián)系的價值鏈的集合。第二個，系統(tǒng)層級，系統(tǒng)層級基本上參照普渡模型，實際上隨著CPS的推進下普渡模型實際上下一級會瓦解，因為我的物理層和上面一層有時候融合在一起，但是目前來講這方面還沒有完全做到，所以這個方面我們從系統(tǒng)層級提出來，只是說最后一個層級是物理世界層級，這個是參照工業(yè)4.0的架構(gòu)。

智能特征，第一個，肯定是基礎(chǔ)，資源要素層，這個主要是考慮材料、設(shè)備、工藝、電源、氣源方面，也要考慮相關(guān)的數(shù)字模型，人員也要包括在里面，很多以前是沒有把人員作為資源的一個重要的組成部分考慮。第二個，互聯(lián)互通。現(xiàn)在我們沒有一個電站可以說完全做到了互聯(lián)互通，因為互聯(lián)互通實際上多少年前，國外美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在做TSN那個網(wǎng)的測試，我們國內(nèi)當(dāng)時很多都不清楚，實際上后來華為參與了，這個方面就是要解決在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)情況下怎么把管理和控制這些數(shù)據(jù)在同一個網(wǎng)上來跑，其實這個方面互聯(lián)互通是很重要的一個環(huán)節(jié)。第三個，融合共享層，這就是說在互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)提取上來，利用數(shù)據(jù)分析和人工智能來對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的一些處理。第四個，系統(tǒng)集成，集成就是從小到大，智能設(shè)備到智能單元、到智能車間、到整個電廠、整個發(fā)電集團這個方面的集成。新興業(yè)態(tài)，在這些基礎(chǔ)上推出我們新興的一些價值鏈的整合，包括比如說我整個集團的遠(yuǎn)程運維或者遠(yuǎn)程診斷，因為遠(yuǎn)程運維大家覺得可能不可思議，實際上像風(fēng)電這些方面已經(jīng)在做，包括像國外他一些燃機循環(huán)已經(jīng)在建立這個方面的中心，特別是美國這方面重視是比較多的。

這個是從結(jié)構(gòu)上來講，大家屏幕上看到的架構(gòu)比較多一些，我們從智能電廠來講，第一個，要盡可能采用一些智能檢測和智能機器這些智能設(shè)備，在中間層，與常規(guī)最大的差別就是一定要做到預(yù)知、預(yù)測分析和診斷。還有一點，一定要給操作員和決策，就是檢修要提出決策支持，如果這幾點沒有的話，很難說你是完全智能，因為你通過智能手段是可以實現(xiàn)這些方面的。

從我們電廠來講，要考慮到我們一個是橫向的集成，另外一個是縱向的集成，另外當(dāng)然設(shè)備同等級端到端的集成。我覺得利用美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念，包括前面華能郭處介紹的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實際上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的生命力比工業(yè)4.0的生命力我感覺大一點，我們要對這些方面就是電廠邊緣區(qū)的考慮、集團或者區(qū)域中心云層的考慮，這方面可以做更多的文章。比如說像我們同一個，比如說某一個廠可能鍋爐只用了某一個廠的，他沒有比對性，如果在一個集團的話，他就有比對性，根據(jù)那些數(shù)據(jù)來進行分析，就更有依據(jù)，所以這方面工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有更強的生命力。從CPS來講是由3C構(gòu)成的，就是通訊、控制和計算。從CPS來理解我們智能電廠的話，也是有這五個層來構(gòu)成，這是從不同維度進行解讀。感知層來講，就是我們要把材料放進來，但是以前沒有放材料進來，包括像過程、像人這方面要采集進來。信息挖掘?qū)樱鲞@方面的分析和多維數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，要做衰退期性能的預(yù)測。網(wǎng)絡(luò)化內(nèi)容管理層，Digitaltwin歐洲和美國都有這樣的方法，這是標(biāo)準(zhǔn)的，不是哪一家，是以前很多專家都在提出，不是說某一家提出，只是說某一家的影響力可能大一些，就要做特征值的提取等這方面的優(yōu)化測試。認(rèn)知層，就要做仿真和遠(yuǎn)程可視。配置層，實現(xiàn)劉院士講的幾“自”。

功能邏輯來講，地域的劃分，我們電廠物理系統(tǒng)，包括控制域、運維域、信息域、應(yīng)用域。

第四部分，給大家分享一下實施方面。我個人認(rèn)為，智能電廠成功的關(guān)緊要素，首先是文化，為什么我這里要提出來呢?如果一個企業(yè)對于這種新生事物是一個抵觸的話，他不可能做成這些東西的，再好的東西，就像我們一個智能手機一樣的，如果交給一個老年人來用，他對手機排斥，不可能用下去，所以再好的東西，他只能認(rèn)為這個東西是不行的或者有很多障礙，首先智能電廠成功的關(guān)鍵要素，第一，就是企業(yè)文化，他對新生事物的接受度怎么樣、適應(yīng)能力怎么樣。第二，要做好企業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃布局，比如去年以前有一些集團提出來要做智能電廠，講到了大數(shù)據(jù)的分析，而且叫電廠來做，我們當(dāng)時明確講說電廠做肯定不具備這個條件，實際上這個應(yīng)該至少區(qū)域級來做，因為電廠來做人力、物力、維護根本做不到，還有一個，他數(shù)據(jù)量也不到，比如他同類型的那些比對根本就做不到。第三，項目組織和管理。最后，才是技術(shù)。當(dāng)然不是說技術(shù)不重要，相比來講前面這些也十分關(guān)鍵。

實施方面來講，因為我們在設(shè)計院很多業(yè)主就問我該怎么搞呢?我說智能電廠要實施的時候不是全部都上，先找你的痛點，先找一個團隊來分析，假設(shè)這個改造是我最主要的一個問題，現(xiàn)在可能是這個是限制我最低負(fù)荷的一個瓶頸，就選這個作為突破口來做，這個方面建立我們相應(yīng)的一些基準(zhǔn)或者KPI和一些考慮未來的應(yīng)用，再來編制這個實施大綱并考慮一些成本效率的分析。因為上午包括馮總也講過，如果效益、收益不行肯定不上，所以成本效益分析是十分關(guān)鍵的，這些做完以后再來制定一些實施方案，再來進行相應(yīng)的實施。

從智能電廠實施定制方案來講，這個地方要強調(diào)一個大家提到很少的機器安全、功能安全和信息安全，這個上來如果智能電廠安全是十分關(guān)鍵的，一定要注意，這方面國際標(biāo)準(zhǔn)對這個已經(jīng)是引起高度的重視，在考慮這幾個安全融合的問題。

下面看一些簡單的案例，比如這個是智能水泵，我以前從來沒聽過有水泵廠提出過，前年美國的XYLEM公司提出這個水泵，它的水泵是根據(jù)流體的特性智能感知來調(diào)整它的水泵達(dá)到最佳的運行工況、最低的損耗和最高的效率。

無人機的應(yīng)用，這是國外好多年前，記得5年以前就在用了。

很多專家認(rèn)為我們好像技術(shù)已經(jīng)完全超越國外，我個人感覺，從我和老外的接觸來講，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是那么一回事，就是說很多東西還是一定要謹(jǐn)慎一點好一些。

這個是生壓站的自動巡檢機器人，包括線路巡檢機器人，VR和AR沉浸式的培訓(xùn)，包括AR現(xiàn)場的運維監(jiān)視和指導(dǎo)。

前段時間剛剛看到美國一個管理局，管理全程式的地下管網(wǎng)是有55平方英里，有442英里長的管線，他和加拿大一家公司地理信息平臺，再用微軟的智能頭盔，然后把它的數(shù)據(jù)放進去。這個就是他一個混合現(xiàn)實的案例，就是說我戴上眼鏡，因為在現(xiàn)場不可能用虛擬現(xiàn)實的，因為虛擬現(xiàn)實人的安全性不行，他根本看不到，他看到的是虛擬的東西。這個混合現(xiàn)實，是在現(xiàn)實的東西上加了他一些計算機可視化的東西。包括大家看到中間這個蓋，蓋下面管線的鋪設(shè)情況，他看的是一目了然。在這個基礎(chǔ)上他現(xiàn)在再做一些工作就很方便，包括他一看就知道地下埋的這個距離接線盒多遠(yuǎn)、它的標(biāo)高是多高。這個是視覺分析，我覺得國內(nèi)這方面做的不多，主要是人臉識別方面做的多，工業(yè)方面案例不多，這方面應(yīng)該多做一些工作。

從數(shù)據(jù)分析來講，我們可以把數(shù)據(jù)進行一些相應(yīng)的比如基于模型的控制和基于設(shè)備管理和故障診斷、安全和運維這方面。

這個方面的案例前面已經(jīng)有公司在做嘗試，包括鮑博士介紹的比較多。這個是國外的案例，這個公司對于風(fēng)力發(fā)電機，因為風(fēng)力發(fā)電機有很多的問題，特別是過了5年以后，很多故障不可預(yù)測，建立了機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)引擎，來自動選擇他的優(yōu)化算法，再選擇他的參數(shù)，然后不需要任何人工的干預(yù)。這方面已經(jīng)取得了很好的成效，這方面來做預(yù)知性的維護。

這是國外這方面做對于燃?xì)廨啓C，燃?xì)廨啓C通過監(jiān)測燃?xì)廨啓C出口排氣的溫度，可以根據(jù)它的KPI或者它的基準(zhǔn)值來預(yù)測這個燃?xì)廨啓C排氣溫度性能下降了多少，來預(yù)測他剩下多少使用壽命，這是我們國內(nèi)汽輪機場最大的硬商，包括汽輪機應(yīng)力模型幾十年還沒有功課。智能電廠來講，歐美講數(shù)字電廠，目前西門子、GE都基于CPS理念。

這個是GE的機組的軟件模塊，剛才鮑博士和這個一樣。這是國外的幾個應(yīng)用案例，他采用這些手段，機組可靠性提高，一年節(jié)省了200萬美金。

這是德國的Essen公司，隨著新能源的滲透，和面臨深度調(diào)峰的需求，從原來的4千小時降到1千小時，他后來就來研發(fā)相關(guān)的一些智能模塊，他的啟停時間可以把別人快40%，他在啟停過程中這個損耗可以降低50%，相關(guān)電網(wǎng)這方面給他的調(diào)度這方面增加了60%。這是另外一個OMU公司做的這方面，他已經(jīng)嘗到了這個甜頭，他計劃利用數(shù)據(jù)分析工具做更大的工作。這是德國萊茵電力，他原來是和西門子做虛擬電廠，來考慮建立智能發(fā)電室，今年二季度準(zhǔn)備和GE合作，進行他們智能化的改造。中東也在做工作，這個是阿聯(lián)酋迪拜電力和水務(wù)管理公司，2月份就啟動了他的智能電網(wǎng)計劃，這個主要還是基于信息方面的，他做的時候后面想做一些引擎、人工智能方面的一些分析。施工案例來講我們可以做很多工作，比如可以解決施工安全，比如人員的自動沖擊，人員活動區(qū)域的限制，人員非法行為的取證。還有物料的一些管控，比如這個識別加上檢測手段，如果氧氣瓶和氫氣瓶都裝這個，如果這兩個距離超出現(xiàn)實就會超出報警，如果氧氣瓶丟了也會發(fā)出報警，如果有這個東西天津港的大爆炸就不會發(fā)生這些情況。施工利用虛擬現(xiàn)實這些仿真平臺的一些施工安全的培訓(xùn)，包括像我定位跟蹤和AR可以做一些施工安全的指導(dǎo)，包括利用計算機的精準(zhǔn)性做一些管控，還有相關(guān)不同等級信息的推送，實現(xiàn)正確的時間、正確的地點、正確的信息推送給正確的人員。

這個智能電廠的推進實際上是一個逐漸的過程，在這兒希望大家在智能電廠進程中能取得更大的突破。我就匯報到這里。謝謝大家!