“現在科技發展表明，我們已經進入了以人工智能和機器人為代表的智能技術和智慧社會，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計院數字化設計總工程師張晉賓在中國能源研究會節能減排中心與華北電力大學國家大學科技園聯合舉辦“2018年智慧電廠論壇(第一期)”上發表演講時表示。北極星電力網將全程對會議進行直播，如需了解更多的會議直播，請聯系微信號：13693626116

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

各位專家、領導，下午好!我今天介紹分為四個部分：概念、定義、架構、案例。

第一部分，概念。因為我們日常生活中碰到很多智能的東西，包括智能手環、智能手機，在工業中也碰到過很多，比如說像智能變速器、智能攝像機、智能定位器，還有一些智能工業水泵等等相關的，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電廠或者數字電廠，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，現在科技發展已經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。給大家帶來一個困惑，我找了這個字典Longmant Language Activator，對這幾個解釋是很全面和透徹的。國內的概念智慧和智能，智慧在我們字典中的監視是辨析、判斷、發明創造的能力，智能是制造的能力。我們現在看一下，在我們的《易經》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，學術界叫Litelligent，包括認知、推理、學習、交流，自我意識相關的方面。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，工業界是拿機器來實現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。AI主流學派國內有三類，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、執行，這是講的控制，只是AI主流學派的一種。

從特點來講，從工程來講就是感知、思維、執行、決策這些方面的能力。分類，國內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。

從層級上來講，一般學術界形成一個共識，就是說如果一個設備帶有計算能力、帶有通信，這些方面就可以賦予這個設備叫智能，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。第三個是認知智能，認知智能是比較困難的，現在沒有完全攻克，在圍棋方面大家已經知道Alpha Go報和去年的Alpha Zero已經做了很多工作，包括Alpha Go的Alpha Zero是從0開始學習，他是無監督的學習，不需要建立任何的前面的一些規則，他自己來學習。

人工智能的發展是三期，現在在深度學習，在21世紀深度學習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”規劃，包括像去年國務院考慮到人工智能，會深刻的改變人類社會，提出了去年7月份國務院發布了新一代的人工智能發展規劃，這個規劃中提到了重點推廣應用智能工廠。然后再能源“十三五”和電力“十三五”，已經從國家層級提出了很多要求。

第二部分，智能電廠的定義。先看一下別的行業對智能怎么定義的，第一，我們有一個國標，對智能運輸系統提出了智能交通系統是怎么樣的，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有定義，在兩個專委會，技術委員會，中國自動化協會發電專委會等等，這里面智能電廠規劃綱要中也有智能電廠的定義。包括在國標對智能變電站的定義，在行標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展規劃，這個里面講到的智能制造，講的基于新一代信息通信技術與新的制造技術深度融合，貫穿全流程、全環節，具有自感應、自學習、自適應等新的生產方式。對于SmartGrid，我們國內講的智能電網的定義，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，我們去年做的項目中給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、人工智能技術，包括檢測、控制各種技術，不是一定要全環節，可以在關鍵環節過程形成具有一定自主性的感知、學習、分析、決策、通信、行銷控制能力。智能電廠可以認為是我們的ICT我們的信息和通信技術，OT運維技術，ET工程技術、管理技術，包括AI人工智能的結合。

從電廠的核心技術來講，從ISO那邊考慮，Smart City可以借鑒一下，第一，一定是測量，第二，測量上來的數據一定要做到數據和通信的互操作。前面各位專家已經講的比較多，就是建模和仿真也要注意。數據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。另外，這些智能都上來的話，安全體系十分關鍵。

從智能電廠的建設來講，一定是一個全局的優化目標是這樣，當然某一個電廠可以以某一個目標做一個全局、部分可以。

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

第三部分，智能電廠的架構。從架構來講，工業4.0大家都很清楚，但是從21世紀開始以后，推出的工業4.0實際上是基于一個CPS的結構，大家都知道，通過CPS帶來一個價值革命。這個是工業4.0的參考架構，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。

這個是工業互聯網最初推出的時候美國的工業互聯網的參考架構，這個要注意，這個里面實際上還是拿工業互聯網的思維分成，比如說也可以叫邊緣計算、云計算等等這些方面，參加軟件定義的結構，互操作性、管理可信、安全，從網絡來講、通信來講，安全一定就是要基于可信網是最好的，包括互措施性。基于這個我們提出了智能電廠的參考架構。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準15926，包括設計、制造、安裝、運維、退役一系列相互聯系的價值鏈的集合。第二個，系統層級，系統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4.0的架構。

智能特征，第一個，肯定是基礎，資源要素層，這個主要是考慮材料、設備、工藝、電源、氣源方面，也要考慮相關的數字模型，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，互聯互通。現在我們沒有一個電站可以說完全做到了互聯互通，因為互聯互通實際上多少年前，國外美國的工業互聯網在做TSN那個網的測試，我們國內當時很多都不清楚，實際上后來華為參與了，這個方面就是要解決在工業物聯網情況下怎么把管理和控制這些數據在同一個網上來跑，其實這個方面互聯互通是很重要的一個環節。第三個，融合共享層，這就是說在互聯互通的基礎上，數據提取上來，利用數據分析和人工智能來對數據進行相應的一些處理。第四個，系統集成，集成就是從小到大，智能設備到智能單元、到智能車間、到整個電廠、整個發電集團這個方面的集成。新興業態，在這些基礎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程運維或者遠程診斷，因為遠程運維大家覺得可能不可思議，實際上像風電這些方面已經在做，包括像國外他一些燃機循環已經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。

這個是從結構上來講，大家屏幕上看到的架構比較多一些，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備，在中間層，與常規最大的差別就是一定要做到預知、預測分析和診斷。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，另外當然設備同等級端到端的集成。我覺得利用美國工業互聯網的理念，包括前面華能郭處介紹的工業互聯網，實際上工業互聯網的生命力比工業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的考慮、集團或者區域中心云層的考慮，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，根據那些數據來進行分析，就更有依據，所以這方面工業互聯網有更強的生命力。從CPS來講是由3C構成的，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。信息挖掘層，要做這方面的分析和多維數據的關聯，要做衰退期性能的預測。網絡化內容管理層，Digitaltwin歐洲和美國都有這樣的方法，這是標準的，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化測試。認知層，就要做仿真和遠程可視。配置層，實現劉院士講的幾“自”。

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

第四部分，給大家分享一下實施方面。我個人認為，智能電廠成功的關緊要素，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鍵要素，第一，就是企業文化，他對新生事物的接受度怎么樣、適應能力怎么樣。第二，要做好企業的戰略規劃布局，比如去年以前有一些集團提出來要做智能電廠，講到了大數據的分析，而且叫電廠來做，我們當時明確講說電廠做肯定不具備這個條件，實際上這個應該至少區域級來做，因為電廠來做人力、物力、維護根本做不到，還有一個，他數據量也不到，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。當然不是說技術不重要，相比來講前面這些也十分關鍵。

實施方面來講，因為我們在設計院很多業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，假設這個改造是我最主要的一個問題，現在可能是這個是限制我最低負荷的一個瓶頸，就選這個作為突破口來做，這個方面建立我們相應的一些基準或者KPI和一些考慮未來的應用，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鍵的，這些做完以后再來制定一些實施方案，再來進行相應的實施。

從智能電廠實施定制方案來講，這個地方要強調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鍵的，一定要注意，這方面國際標準對這個已經是引起高度的重視，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，它的水泵是根據流體的特性智能感知來調整它的水泵達到最佳的運行工況、最低的損耗和最高的效率。

無人機的應用，這是國外好多年前，記得5年以前就在用了。

很多專家認為我們好像技術已經完全超越國外，我個人感覺，從我和老外的接觸來講，遠遠不是那么一回事，就是說很多東西還是一定要謹慎一點好一些。

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，包括AR現場的運維監視和指導。

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，然后把它的數據放進去。這個就是他一個混合現實的案例，就是說我戴上眼鏡，因為在現場不可能用虛擬現實的，因為虛擬現實人的安全性不行，他根本看不到，他看到的是虛擬的東西。這個混合現實，是在現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，蓋下面管線的鋪設情況，他看的是一目了然。在這個基礎上他現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、它的標高是多高。這個是視覺分析，我覺得國內這方面做的不多，主要是人臉識別方面做的多，工業方面案例不多，這方面應該多做一些工作。

從數據分析來講，我們可以把數據進行一些相應的比如基于模型的控制和基于設備管理和故障診斷、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，這個公司對于風力發電機，因為風力發電機有很多的問題，特別是過了5年以后，很多故障不可預測，建立了機器學習和深度學習引擎，來自動選擇他的優化算法，再選擇他的參數，然后不需要任何人工的干預。這方面已經取得了很好的成效，這方面來做預知性的維護。

這是國外這方面做對于燃氣輪機，燃氣輪機通過監測燃氣輪機出口排氣的溫度，可以根據它的KPI或者它的基準值來預測這個燃氣輪機排氣溫度性能下降了多少，來預測他剩下多少使用壽命，這是我們國內汽輪機場最大的硬商，包括汽輪機應力模型幾十年還沒有功課。智能電廠來講，歐美講數字電廠，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。這是國外的幾個應用案例，他采用這些手段，機組可靠性提高，一年節省了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，他后來就來研發相關的一些智能模塊，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%，相關電網這方面給他的調度這方面增加了60%。這是另外一個OMU公司做的這方面，他已經嘗到了這個甜頭，他計劃利用數據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，來考慮建立智能發電室，今年二季度準備和GE合作，進行他們智能化的改造。中東也在做工作，這個是阿聯酋迪拜電力和水務管理公司，2月份就啟動了他的智能電網計劃，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實就會超出報警，如果氧氣瓶丟了也會發出報警，如果有這個東西天津港的大爆炸就不會發生這些情況。施工利用虛擬現實這些仿真平臺的一些施工安全的培訓，包括像我定位跟蹤和AR可以做一些施工安全的指導，包括利用計算機的精準性做一些管控，還有相關不同等級信息的推送，實現正確的時間、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!