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引言：

華潤電力控股有限公司（簡稱“華潤電力”）是中國效率最高、效益最好的綜合能源公司之一，業(yè)態(tài)涉及火電、煤炭、風電、水電、分布式能源、核電、光伏發(fā)電等領域。十九大報告指出，要推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。能源技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)的深度融合，正在推動火力發(fā)電行業(yè)和電力企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。為有效應對電力市場改革深化、煤炭成本居高不下、環(huán)保標準日益嚴苛等外部條件的挑戰(zhàn)，應用先進的云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等技術(shù)建設一套貫通生產(chǎn)、服務運營、提升價值的火電集中監(jiān)測與分析專家系統(tǒng)（簡稱：CSASS）成為華潤電力卓越運營“1211”戰(zhàn)略的重要平臺。

一、 項目概況

世界能源格局深刻調(diào)整、我國電力供需總體寬松、環(huán)境資源約束不斷加強的新時期，電力工業(yè)發(fā)展面臨一系列新形勢、新挑戰(zhàn)。構(gòu)建以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)字化平臺，成為火電企業(yè)應對顛覆環(huán)境下激烈競爭的共同之道。華潤電力將分布于不同地域、不同項目電廠的數(shù)據(jù)進行集中采集、處理、存儲、挖掘并進行集中監(jiān)測與分析，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺。利用人工智能、機器學習等先進大數(shù)據(jù)算法，打通、整合、協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈，從而提升企業(yè)產(chǎn)業(yè)集群效率。CSASS是華潤電力落實華潤集團“華潤匯”戰(zhàn)略，打造行業(yè)安全可靠生產(chǎn)、高效運行、綠色環(huán)保的標桿，構(gòu)建專業(yè)知識和能力高地，引領行業(yè)業(yè)務模式創(chuàng)新的重要抓手。

1. 項目背景

當前，全球新一輪能源變革正在興起，加快能源行業(yè)向清潔、低碳、高效的方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國的自覺行動。在中國經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)下，對于以火電裝機為主的發(fā)電企業(yè)，面臨市場需求放緩、設備利用小時降低、電價下滑、燃煤成本不斷攀升、資產(chǎn)運維日益復雜、節(jié)能環(huán)保要求更加嚴格等巨大挑戰(zhàn)。在面臨挑戰(zhàn)的同時，火力發(fā)電企業(yè)也迎來了電力市場化改革的機遇。十三五"是電力工業(yè)加快轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要機遇期。在世界能源格局深刻調(diào)整、我國電力供需總體寬松、環(huán)境資源約束不斷加強的新時期，電力工業(yè)發(fā)展面臨一系列新形勢、新挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，增長速度換擋，結(jié)構(gòu)調(diào)整加快，發(fā)展動力轉(zhuǎn)換，節(jié)能意識增強，全社會用電增速明顯放緩。局部地區(qū)電力供過于求，設備利用小時數(shù)偏低，電力系統(tǒng)整體利用效率下降。電力供應將進入持續(xù)寬松的新階段。

對于火力發(fā)電行業(yè)，技術(shù)創(chuàng)新與融合將是能源轉(zhuǎn)型的重要推動力量。能源技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)的深度融合，正在推動火力發(fā)電行業(yè)和電力企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。構(gòu)建以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)字化平臺，成為火電企業(yè)應對顛覆環(huán)境下激烈競爭的共同之道。

中國政府在2015年正式提出了“中國制造2025造和“互聯(lián)網(wǎng)+聯(lián)的概念，為中國制造業(yè)升級和數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了政策支持。國務院印發(fā)《中國制造2025》提出了“通過‘三步走’實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標”，并將“推進信息化與工業(yè)化深度融合”納入戰(zhàn)略任務重點，電力裝備是十大重點發(fā)展領域之一。國務院印發(fā)《深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導意見》指出，圍繞制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合關(guān)鍵環(huán)節(jié)，積極培育新模式新業(yè)態(tài)，強化信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)支撐，完善信息安全保障，夯實融合發(fā)展基礎，營造融合發(fā)展新生態(tài)，充分釋放“互聯(lián)網(wǎng)+聯(lián)的力量，發(fā)展新經(jīng)濟，加快推動“中國制造”提質(zhì)增效升級。當前全球主要國家掀起了新一輪以“信息技術(shù)與制造業(yè)融合”為共同特征的工業(yè)革命，加速發(fā)展新一代信息技術(shù)，并推動其與全球工業(yè)系統(tǒng)的深入融合，以期搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點。無論是歐美老牌國家制造業(yè)的重振，還是中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，工業(yè)大數(shù)據(jù)都將發(fā)揮重要作用。創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)大數(shù)據(jù)必將成為未來提升制造業(yè)生產(chǎn)力和競爭力的關(guān)鍵要素。競爭形態(tài)的日趨激烈、商業(yè)模式的瞬息萬變、對信息透明和網(wǎng)絡信息安全史無前例的要求數(shù)字化帶來的這一切既是企業(yè)的巨大挑戰(zhàn)又是千載難逢的機遇。如何充分利用這些海量數(shù)據(jù)，來創(chuàng)造價值，是每一個現(xiàn)代化行業(yè)和企業(yè)成功的關(guān)鍵因素。

2. 項目簡介

1、 華潤電力在多年的企業(yè)發(fā)展過程中，形成了“火電為主、控制上下游、多業(yè)態(tài)協(xié)同、實現(xiàn)低成本競爭”的發(fā)展模式。在新的市場競爭條件下，華潤電力迫切需要推進創(chuàng)新轉(zhuǎn)型發(fā)展，打造企業(yè)核心競爭力。火電 CSASS 分析專家系統(tǒng)是華潤電力落實集團“華潤匯”戰(zhàn)略，打造行業(yè)安全可靠生產(chǎn)、高效運行、綠色環(huán)保的標桿，構(gòu)建專業(yè)知識和能力高地，引領行業(yè)業(yè)務模式創(chuàng)新的重要抓手。

2、 CSASS是基于設備管理、服務運營管理的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析與診斷云平臺。通過匯集海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用機器學習、人工智能等先進算法，結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗和華潤電力的技術(shù)積淀，全方位、多維度對機組運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、分析與診斷，為機組安全、經(jīng)濟、環(huán)保運行提供建議和優(yōu)化方案。專家系統(tǒng)的特點在于它能夠感知人類無法達到的細度，并實現(xiàn)輔助人的判斷，我們相信隨著技術(shù)的發(fā)展CSASS最終能夠代替人實現(xiàn)分析與診斷。

3、 CSASS系統(tǒng)整體實施采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)，利用工業(yè)大數(shù)據(jù)處理、分析技術(shù)，采用微服務框架，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，PaaS層得以實現(xiàn)對邊緣層、IaaS層產(chǎn)生的電廠海量數(shù)據(jù)進行高質(zhì)量的傳輸、存儲與管理。另一方面，利用工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)，將現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)進行模型搭建，支撐電廠各種分析應用場景的實現(xiàn)。通過傳感器與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對電廠運行狀況、設備自身狀態(tài)進行實施采集、建模、分析，從而實現(xiàn)在線監(jiān)測、故障診斷預警等服務，創(chuàng)造新的價值，實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型。

3. 項目目標

1、在“十三五”業(yè)務戰(zhàn)略規(guī)劃指引下，為了更好的應對電力市場改革，打造華潤電力核心競爭力。當下階段必須要推動創(chuàng)新，在電力領域建立標桿示范作用，引領電力行業(yè)的運營管理，促進華潤電力實現(xiàn)電力生產(chǎn)的有效管控和高效運營。通過建設一個匯集各項目公司離散數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺，并運用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等高級人工智能算法來輔助專家團隊進行集中監(jiān)測與分析，從而有效推動華潤電力運營管理的流程化、 標準化、專業(yè)化、信息化、移動化、開放化、智能化，達到提升效益、提高效率的目標。

2、CSASS分析專家系統(tǒng)依托云平臺設計了設備預警、高級診斷、RCM、自動優(yōu)化、能耗分析、負荷優(yōu)化、燃料分析、技術(shù)監(jiān)控等8大功能應用模塊和一個大數(shù)據(jù)分析模塊，功能應用模塊圍繞提高機組運行的經(jīng)濟性、可靠性和快速性等方面設置，使得機組能夠在確保安全、環(huán)保性的同時提高運營管理水平。

二、項目實施概況

1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容

火電CSASS是一套貫通生產(chǎn)、管理的具備自成長能力系統(tǒng)，通過構(gòu)建海量數(shù)據(jù)的云平臺，匯集國內(nèi)外專家經(jīng)驗和華潤電力的技術(shù)沉淀，采用機器學習、人工智能等先進算法進行大數(shù)據(jù)分析，多參數(shù)、多維度實時監(jiān)測機組運行數(shù)據(jù)，為機組安全經(jīng)濟運行提供建議和優(yōu)化方案，為控股、大區(qū)、項目公司運營提供綜合報告和決策支持。

按照方案合理、責任明確、經(jīng)濟高效、客觀務實、便于操作的原則，將CSASS劃分為下面三個部分：

第一部分、（CSASS平臺-數(shù)據(jù)采集與集中監(jiān)測系統(tǒng)）：負責實時數(shù)據(jù)平臺建設（包括數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)采集、專用軟硬件、畫面等），原有實時數(shù)據(jù)庫擴容。

第二部分、（CSASS平臺-系統(tǒng)集成與展示）：負責關(guān)系型數(shù)據(jù)平臺建設（包括數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)整合、專用軟硬件等），實現(xiàn)平臺整合、環(huán)保預警診斷、實時交互系統(tǒng)、實時成本核算、展示、綜合報表，含存儲、 服務器、虛擬化軟件等通用軟硬件采購。

第三部分、（CSASS平臺-分析專家系統(tǒng)）：負責非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)編碼原則及編碼清單，完成與數(shù)據(jù)采集與集中監(jiān)測系統(tǒng)和系統(tǒng)集成與展示體統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析、技術(shù)監(jiān)控、設備預警診斷、以可靠性為中心的維護（RCM）、性能分析及優(yōu)化、燃料分析及優(yōu)化、自動品質(zhì)評估、實時負荷調(diào)度等功能。

系統(tǒng)主要內(nèi)容如圖1所示：

圖1 CSASS系統(tǒng)架構(gòu)圖

展示層提供WEB的統(tǒng)一訪問入口；平臺服務層主要包括運維專業(yè)的智能服務、流程服務以及報表服務；數(shù)據(jù)層主要包括實施數(shù)據(jù)服務、關(guān)系數(shù)據(jù)倉庫、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集中儲存、以及服務系統(tǒng)數(shù)據(jù)部分，此外，服務層還實現(xiàn)于企業(yè)各種基礎信息系統(tǒng)資源的集成和利用，提高了服務的使用價值和運維工作的協(xié)作性。主體技術(shù)架構(gòu)如圖2所示：

圖2 CSASS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)層級上具體劃分如下：

數(shù)據(jù)采集層，包括時序數(shù)據(jù)采集與治理、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集與治理和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集與實時處理。海量工業(yè)時序數(shù)據(jù)具有7*24 小時持續(xù)發(fā)送，存在峰值和滯后等波動，質(zhì)量問題突出等特點。針對結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，需要構(gòu)建同時兼顧可擴展性和處理性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)存儲與管理層，包括大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和管理功能，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)安全管理和數(shù)據(jù)共享管理技術(shù)體系。

數(shù)據(jù)分析層，包括基礎大數(shù)據(jù)計算技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析服務功能，其中基礎大數(shù)據(jù)計算技術(shù)包括并行計算技術(shù)、流計算技術(shù)和數(shù)據(jù)科學計算技術(shù)。在此之上構(gòu)建完善的大數(shù)據(jù)分析服務功能來管理和調(diào)度工業(yè)大數(shù)據(jù)分析。

數(shù)據(jù)服務層是利用工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)對外提供服務的功能層。包括數(shù)據(jù)訪問服務和數(shù)據(jù)分析服務。其中數(shù)據(jù)訪問服務對外提供大數(shù)據(jù)平臺內(nèi)所有原始數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)和分析結(jié)果數(shù)據(jù)的服務化訪問接口和功能；數(shù)據(jù)分析服務對外提供大數(shù)據(jù)平臺上積累的實時流處理模型、機理模型、統(tǒng)計模型和機器學習模型的服務化接口。數(shù)據(jù)服務層提供平臺各類數(shù)據(jù)源與外界系統(tǒng)和應用程序的訪問共享接口，其目標是實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的各類原始、加工和分析結(jié)果數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)應用和外部系統(tǒng)的對接集成。

數(shù)據(jù)應用層，主要面向工業(yè)大數(shù)據(jù)的應用技術(shù)，包括數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和數(shù)據(jù)應用開發(fā)技術(shù)。綜合原始數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)和分析結(jié)果數(shù)據(jù)，通過可視化技術(shù)，將多來源、多層次、多維度數(shù)據(jù)以更為直觀簡潔的方式展示出來，易于理解分析，提高決策效率。綜合利用微服務開發(fā)框架，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)管理、分析技術(shù)快速實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)應用的開發(fā)與迭代，構(gòu)建面向?qū)嶋H業(yè)務需求的，數(shù)據(jù)驅(qū)動的工業(yè)大數(shù)據(jù)應用，實現(xiàn)提質(zhì)降本與增效。數(shù)據(jù)應用層生成可視化、告警、預測決策、控制等不同的應用，從而實現(xiàn)智能化設計、智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同制造、智能化服務和個性化定制。

CSASS分析專家系統(tǒng)主要技術(shù)方案如圖3~圖11所示：

圖3 設備預警模塊技術(shù)方案

圖4 高級診斷技術(shù)方案

圖5 RCM模塊技術(shù)方案

圖6 能耗分析模塊技術(shù)方案

圖7 自動評估模塊技術(shù)方案

圖8 負荷優(yōu)化模塊技術(shù)方案

圖9 燃料分析模塊技術(shù)方案

圖10 技術(shù)監(jiān)控模塊技術(shù)方案

圖11 大數(shù)據(jù)分析模塊技術(shù)方案

2. 關(guān)鍵技術(shù)及重點解決問題

CSASS系統(tǒng)重點解決的問題和采用的核心技術(shù)

項目重點解決的問題和采用的核心技術(shù)包括：

1、通過閾值調(diào)優(yōu)算法及設備模型拆分降低預警系統(tǒng)漏報率、誤報率，不斷減輕人員工作強度；

2、通過NLP、SDA和規(guī)則診斷結(jié)合的方法，并不斷豐富案例庫，以合并診斷來提高診斷準確率；

3、通過多重數(shù)據(jù)重構(gòu)方法提高性能指標計算的準確率；

4、通過自動回路在線閉環(huán)辨識方法建立控制回路仿真提高自動回路參數(shù)整定有效性；

5、通過基于實時對照的啟停評價方法建立機組啟停模型，評價機組啟停過程；

6、通過采用粒子群（PSO）等算法對多級在線熱負荷分配，滿足多目標優(yōu)化；

7、通過歷史檢修案例與在線數(shù)據(jù)結(jié)合的方法對火電設備可靠度在線計算，實現(xiàn)設備可靠度在線評估。

并且在后續(xù)逐步研究：

8、鍋爐結(jié)焦預警建模技術(shù)；

9、基于故障模式的合并診斷技術(shù)；

10、基于歷史數(shù)據(jù)挖掘的動態(tài)標桿尋優(yōu)技術(shù)；

11、機組復雜回路在線閉環(huán)建模技術(shù)；

12、機組在線健康度評價技術(shù)；

13、設備模型自適應調(diào)優(yōu)技術(shù)；

14、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動與規(guī)則模型融合的在線診斷技術(shù)；

15、機組自動調(diào)節(jié)回路在線評估技術(shù)；

CSASS系統(tǒng)采用當前人工智能領域的最新成果，融合自然語言處理、智能數(shù)據(jù)預處理、深度學習等技術(shù)，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計學算法、機理分析相結(jié)合，在機組可靠性與經(jīng)濟性兩大主線所包含的諸多應用功能中，取得設備預警、高級診斷、以可靠性為中心的維護、數(shù)據(jù)重構(gòu)、自動優(yōu)化、負荷優(yōu)化等多項行業(yè)內(nèi)的技術(shù)突破，并以技術(shù)監(jiān)控為抓手，實現(xiàn)技術(shù)與運營的深度融合。后續(xù)系統(tǒng)還將逐步遷移到國際上先進的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)云平臺——MindSphere平臺上，建立實際物理設備與數(shù)字對象之間的映射關(guān)系，構(gòu)建實際與虛擬世界的數(shù)字雙胞胎模型，并以微服務和MindApp的形式將各業(yè)務功能遷移到MindSphere平臺上。

3. 應用場景和應用效果

應用案例一：

CSASS系統(tǒng)目前已完成目前CSASS項目數(shù)據(jù)采集與集中監(jiān)測、系統(tǒng)集成與展示已完成華潤電力九個大區(qū)共28家電廠69臺機組的數(shù)據(jù)接入，形成了電力行業(yè)世界領先的實時大數(shù)據(jù)平臺，形成統(tǒng)一的實時大數(shù)據(jù)平臺，破除了項目公司間的數(shù)據(jù)孤島。數(shù)據(jù)時間跨度涵蓋了一個機組大修周期，并且與SIS、ERP、FOS、財務預算等系統(tǒng)建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫接口，接入項目公司現(xiàn)場測點、燃料、財務等數(shù)據(jù)。

圖12 數(shù)據(jù)集成與展示

通過設備預警、以可靠性為中心的維護、環(huán)保預警等功能提高設備安全可靠性，探索狀態(tài)檢修及全周期壽命管理，取得初步成果。

通過燃料分析、能耗分析、負荷優(yōu)化等模塊對提高機組經(jīng)濟性，探索新技術(shù)路線對節(jié)能的促進作用，積累了相關(guān)應用經(jīng)驗。

通過自動優(yōu)化、高級診斷、綜合報表等實現(xiàn)了機組的靈活性提高，并降低現(xiàn)場工作人員勞動強度。

針對現(xiàn)場實際存在的痛點問題，采取了一系列突破性的技術(shù)創(chuàng)新，并取得了初步的成果。如圖13所示：

圖13 CSASS系統(tǒng)取得的初步成果

應用案例二：

通過機器學習、深度學習（SVM、GMM、RGMM）等高級人工智能算法建立火電廠各設備、系統(tǒng)不同參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并形成實時預警監(jiān)視，當設備或系統(tǒng)的參數(shù)出現(xiàn)與正常規(guī)律不一致的情況，產(chǎn)生預警，可以比人更早的發(fā)現(xiàn)一些設備早期的故障征兆，對于提早發(fā)現(xiàn)設備故障、提早處理，防止問題擴大具有顯著的作用。

目前設備預警模塊已經(jīng)對華潤電力內(nèi)部多家項目公司的設備早期故障提出了預警信息，模型誤報率達到30%以內(nèi)，漏報率0次/年。防止了多起設備故障的擴大，避免了進一步的經(jīng)濟損失，為設備的可靠性提供了保障。

圖14 提前8小時發(fā)現(xiàn)空預器

圖15 提前6小時發(fā)現(xiàn)#3高加泄漏故障

應用案例三：

診斷模塊應用：

（1） 電機軸承溫度高

南京化學工業(yè)園熱電有限公司2018年10月29日從預警系統(tǒng)推送至診斷系統(tǒng)一條告警信息：“前置泵電機軸承溫度高”，診斷系統(tǒng)根據(jù)告警信息推薦的案例中詳細介紹了前置泵電機軸承溫度高的主要原因與處理方法，用戶參考推薦案例，判斷軸承溫度高的原因為潤滑油過量，通過調(diào)整自動加油裝置的加油頻率解決了該問題，而這一案例也作為新的案例進入了知識庫，當該問題再次發(fā)生時，診斷系統(tǒng)會立即推送該案例給用戶，起到知識傳承的作用，診斷過程參見圖16。

圖16 電機軸承溫度高診斷案例

（2） 低加疏水閥位反饋異常

告警描述：17#低壓加熱器正常疏水調(diào)節(jié)門閥位反饋高。

原因分析：負荷快速變化，凝結(jié)水流量快速變化，導致低加水位快速波動，低加正常疏水調(diào)閥調(diào)節(jié)速率跟不上。

解決方案：

①負荷變化時加強調(diào)整，減少凝結(jié)水波動。

②關(guān)注低加水位跟蹤情況，若正常疏水調(diào)閥調(diào)節(jié)滯后，安排就地對調(diào)閥進行檢查。

③做好事故預想，防止低加跳閘。

具體診斷過程參見圖17。

圖17 低加疏水閥位反饋異常診斷

（3） 一次風機軸承振動大

告警描述：一次風機軸承X、Y方向振動大；一次風機電機軸承X、Y方向振動大。

原因分析：低負荷時兩側(cè)風機并列運行，調(diào)整時偶有搶風現(xiàn)象，導致振動小幅波動，目前已正常。

解決方案：運行人員在機組低負荷時，加強對風煙系統(tǒng)設備的運行參數(shù)監(jiān)視，及時調(diào)整兩側(cè)風機運行風量。

具體診斷過程參見圖18。

圖18 一次風機軸承振動大

應用案例四：

通過制定各設備的拆解結(jié)構(gòu)關(guān)系，失效原因分類，不同部件的可靠性壽命時間，檢修成本等，并與實際檢修記錄相結(jié)合，建立以可靠性為中心的維護優(yōu)化策略，通過調(diào)整和比對不同的檢修方案，優(yōu)化現(xiàn)有的檢修策略，達到消除設備欠修，避免設備過修的目的，在整體保障設備可靠性的同時，降低檢修費用。為設備的經(jīng)濟性提供了支撐。

圖19 調(diào)整循環(huán)水泵的檢修項目，對檢修費用進行優(yōu)化

圖20 對比優(yōu)化后的設備可靠度隨時間變化的關(guān)系

應用案例四：

通過建立熱控調(diào)節(jié)回路模型，對電廠的控制回路參數(shù)進行在線辨識及優(yōu)化，實現(xiàn)解決調(diào)節(jié)回路無法投入或調(diào)節(jié)效果不佳的問題。使機組調(diào)節(jié)更迅速、準確，提高機組的安全穩(wěn)定性、經(jīng)濟性與靈活性。

圖21 優(yōu)化前與優(yōu)化后的調(diào)節(jié)性能變化，調(diào)節(jié)更迅速準確

圖22 優(yōu)化前后的氧量分布，優(yōu)化后氧量控制更準確

應用案例五：

負荷分配采用粒子群算法對負荷進行優(yōu)化分配，從而獲得最優(yōu)的負荷分配，現(xiàn)階段各廠采用等微增的方式對負荷進行分配，但等微增方式無法對多個優(yōu)化目標進行分配輸出，且要求分配函數(shù)單調(diào)，容易陷入局部最優(yōu)，粒子群算法則可以實現(xiàn)多目標優(yōu)化，且能夠更大限度的尋找到全局最優(yōu)。針對江蘇電網(wǎng)暫不能實現(xiàn)廠級電負荷調(diào)度情況，專門開發(fā)了鎖定電負荷，分配熱負荷的優(yōu)化模式，以滿足供熱機組節(jié)能要求。負荷分配模塊還可根據(jù)大區(qū)各機組進行自定義配置，靈活劃分機組群，以實現(xiàn)負荷的靈活分配。

實時負荷分配模塊2019年8月22日在化工園的#4和#5機組進行了實時負荷分配的試驗，分別進行了單機電負荷210MW、230MW下供熱負荷轉(zhuǎn)移的實時負荷優(yōu)化效果驗證。試驗效果如下表所示，結(jié)果表明：扣除供熱變化因素，優(yōu)化節(jié)能量折合標煤1.8t/h，210MW下供熱負荷轉(zhuǎn)移的試驗結(jié)果，優(yōu)化后的約合全廠發(fā)電煤耗下降4.25g/kWh，230MW下供熱負荷轉(zhuǎn)移的試驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的約合全廠發(fā)電煤耗下降2.05g/kWh。實際節(jié)能量根據(jù)負荷、工況不同，較平均分配有1~5g/kWh的下降。

圖23 第一次驗證圖

圖24 第二次驗證圖

應用案例六：

CSASS技術(shù)監(jiān)控模塊收錄現(xiàn)行常用技術(shù)監(jiān)督標準851項，和ADS模塊共享經(jīng)驗2668條，為用戶提供快速高效資料支撐。輔助項目公司完成線上問題閉環(huán)管理1805項。完成線上重要離線數(shù)據(jù)報告填報共1079項。項目公司進行線上技術(shù)監(jiān)督活動或會議共628次，完成會議待辦任務建立和跟蹤105項。

圖25 計劃執(zhí)行情況對比圖及速報數(shù)量對比

三、下一步實施計劃

1. 計劃1

后續(xù)系統(tǒng)還將逐步遷移到國際上先進的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)云平臺——MindSphere平臺上，建立實際物理設備與數(shù)字對象之間的映射關(guān)系，構(gòu)建實際與虛擬世界的數(shù)字雙胞胎模型，并以微服務和MindApp的形式將各業(yè)務功能遷移到MindSphere平臺上。

2. 計劃2

將推廣CSASS至華潤電力全部大區(qū)，實現(xiàn)作業(yè)網(wǎng)絡協(xié)同化，監(jiān)督管理統(tǒng)一化，數(shù)據(jù)創(chuàng)值智能化，提升華潤電力整體效益和效率。

3. 計劃3

目前已對現(xiàn)有2400多個預警模型進行歸納、分析，總結(jié)出相對標準化的設備模型，可作為以后擴展電廠的建模的指導，提高建模的質(zhì)量、速度，便于新建機組建模人員的水平快速提高。同時隨著更多電廠人員加入預警建模工程，將預警模型的標準化工作持續(xù)推進，實現(xiàn)模型質(zhì)量的螺旋式上升，持續(xù)改善模型質(zhì)量，以更好地服務于現(xiàn)場生產(chǎn)過程的智能化監(jiān)測。

四、項目創(chuàng)新點和實施效果

1. 項目先進性及創(chuàng)新點

1、企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)采集、處理、分析、存儲、展示一體化。

2、CSASS項目整體基于先進的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺-MindSphere平臺構(gòu)建，擁有開放的標準和接口，供用戶進行數(shù)據(jù)的深度分析和價值提煉。

3、突破傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督局限，在線監(jiān)督國家、行業(yè)標準的執(zhí)行情況，創(chuàng)新性地融合CSASS各功能模塊輸出，實時監(jiān)測和分析與關(guān)鍵設備健康有關(guān)的參數(shù)、指標，保障火電機組安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。

4、技術(shù)進步帶動管理理念的創(chuàng)新，構(gòu)建智能智慧電廠。

圖26 管理理念的創(chuàng)新

5、整合現(xiàn)有資源，形成統(tǒng)一互聯(lián)網(wǎng)平臺，完成數(shù)據(jù)驅(qū)動、功能融合的統(tǒng)一管控、整合原有系統(tǒng)并開發(fā)統(tǒng)一系統(tǒng)、實現(xiàn)集團級智能化電廠的解決方案、電廠虛擬化指導生產(chǎn)。

圖27 四個統(tǒng)一

2. 實施效果

1、 應用效果

1、提高設備運行可靠性：

保證生產(chǎn)穩(wěn)定可靠是第一要務，設備預警模塊模塊采用多種人工智能算法，利用正常運行的歷史數(shù)據(jù)建立預警模型，當數(shù)據(jù)間聯(lián)系發(fā)生異常時就預示著故障的可能性。它的優(yōu)勢在于能比人更早地發(fā)現(xiàn)潛在的問題征兆，并能總體提前預警1小時至數(shù)天，為調(diào)整與處置或者提前準備檢修創(chuàng)造條件，避免故障擴大，造成更大的損失。

預警模型搭建趨勢模型超2400個，規(guī)則模型1000個，模型上線率達90%，誤報率30%以內(nèi)，故障漏報率為0，形成預警報警信息25萬條，正確預測設備劣化超550例以上，其中化工園、南熱、銅山等項目公司成功的預測出空預器密封片碰磨、高加泄漏、旁路泄漏、疏水閥內(nèi)漏、空預器堵塞、振動異常、軸承溫度異常等早期劣化現(xiàn)象，將設備異常消滅在萌芽狀態(tài)。正確預測較大設備劣化超過500例；診斷系統(tǒng)知識庫案例數(shù)量超過2600個，形成規(guī)則數(shù)量750個，理論上可診斷278種設備故障；預測22類設備可靠性的發(fā)展趨勢。

（1）減少鍵盤人員，降低勞動強度，預警模塊實現(xiàn)輔助鍵盤功能，可減少每年每家項目公司運行人員1人。

（2）減少設備的檢修及備件費用。預警診斷模塊2019年在江蘇大區(qū)共提前預警500多次事故隱患。

（3）減少機組非計劃停運次數(shù)。江蘇大區(qū)2018年非計劃停運次數(shù)8次，2019年非計劃停運5次。

除了發(fā)現(xiàn)潛在的問題外，系統(tǒng)還希望能夠幫助技術(shù)人員進一步找出“病因”并開出“藥方”。高級診斷模塊中采用了自然語言處理（NLP）、詞向量、傳感器數(shù)據(jù)分析（SDA）等智能診斷技術(shù)的最新成果，以“中西醫(yī)結(jié)合”的方法實現(xiàn)對故障的診斷，并推薦以往處理方案。目前的診斷成功率超過85%，通過診斷系統(tǒng)的應用，形成華潤電力統(tǒng)一的知識庫，使知識得以分享和傳承。

既要保證系統(tǒng)可靠性，又要降低檢修費用，是RCM模塊所需要解決的問題。模塊采用統(tǒng)計方法對檢修歷史數(shù)據(jù)分析，結(jié)合設備結(jié)構(gòu)分析不同故障的可能性和設備總體可靠性，并能夠采用模擬的方法計算不同檢修方案的費用及可靠度變化情況，以風險矩陣的方式提示不同檢修方案處于的欠修或過修狀態(tài)，為設備檢修提供量化的數(shù)據(jù)支撐。

通過對給水泵在線模擬不同的檢修方案，按照風險矩陣的提示狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的檢修方案基礎上，還可以進一步優(yōu)化檢修策略，實現(xiàn)更好的綜合經(jīng)濟效益。

2、經(jīng)濟性：

通過經(jīng)濟性線相關(guān)模塊實施與應用，一方面降低江蘇電網(wǎng)的考核費；同時，江蘇大區(qū)各項目公司煤耗普遍下降，循泵優(yōu)化模型為每家項目公司帶來節(jié)能收益約20萬元/年。低省優(yōu)化模型為一臺60萬機組降低煤耗0.2g/kWh。建立對標或優(yōu)化模型近10類，其中4類已產(chǎn)生明顯效果。其中板橋減溫水優(yōu)化模型投運后，煤耗下降0.7g/KWh，化工園負荷分配優(yōu)化模型，煤耗下降4.25g/kWh。

經(jīng)濟性的基礎起源于能耗分析模塊，模塊通過統(tǒng)一算法，給出各機組較為全面的實時能耗數(shù)據(jù)，并向其它模塊輸出。模塊提供了靈活開放的二次計算能力和全面的對標能力，為項目公司提供能耗橫向、縱向?qū)斯ぞ呒皢栴}深入分析的手段。已在多機組供熱分配優(yōu)化、循環(huán)水泵運行優(yōu)化等問題上取得較好的效果。

經(jīng)濟性更大的效益空間來自未來的電力現(xiàn)貨交易，負荷優(yōu)化模塊提前為這一趨勢而準備，模塊通過大數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生機組歷史能耗規(guī)律，結(jié)合機組電、熱負荷的可運行區(qū)域及安全、環(huán)保約束條件，對不同機組的電、熱負荷分配方案進行在線優(yōu)化。通過對大量歷史數(shù)據(jù)的分析，某一供熱機組按照優(yōu)化后的熱負荷分配方案，進行實際切換，并由在線能耗計算發(fā)現(xiàn)能耗降低約1%。

燃料分析模塊提供不同項目公司的燃料對標平臺，通過對關(guān)鍵燃料指標的對比，促進燃料管理水平提高。同時，通過采集各模塊的安全、環(huán)保、經(jīng)濟數(shù)據(jù)，建立各機組的不同摻燒方式的事后評價檔案，幫助項目公司積累經(jīng)驗，優(yōu)化摻燒方案。

3、響應快速性：

改善各機組自動回路投運效果，提高AGC變負荷率；自動生成生產(chǎn)需要的各類報表，提高工作效率；實時制定設備檢修策略，能更快出具故障診斷方案。機組自動投入率從82%提升到89%，提高機組自動化水平，使機組調(diào)節(jié)更靈活快速。提前數(shù)分鐘至數(shù)天發(fā)現(xiàn)設備或系統(tǒng)存在的隱患，快速發(fā)現(xiàn)設備異常。快速獲取全控股專家經(jīng)驗，迅速給出故障原因以及解決方案。

（1）機組反應的快速性

技術(shù)監(jiān)控模塊將傳統(tǒng)的技術(shù)監(jiān)督工作與線上數(shù)據(jù)相結(jié)合，創(chuàng)造性地提升了固有的技術(shù)監(jiān)督模式。模塊提供專業(yè)知識、資料支持；自動生成各項監(jiān)督任務并實現(xiàn)全程管理；通過采集數(shù)據(jù)完善監(jiān)督指標數(shù)據(jù)和實時告警體系；通過捕捉重點指標，在線分析重要設備的劣化趨勢狀態(tài)；在線比對優(yōu)化機組啟動過程數(shù)據(jù)，在保證啟動安全性的同時，控制啟動消耗；建立設備健康檔案，實現(xiàn)設備全壽命周期健康管理。保證機組處于健康狀態(tài)，隨時準備應對升降負荷。一方面，提高項目公司運行水平，另一方面提高機組設備監(jiān)測維護水平。

利用能耗模塊搭建不同設備配合模型，合理切換設備，提升現(xiàn)場人員操作水平，提升機組反應速度。利用自動模塊提高機組自動投入率，使機組使機組自動化水平，使機組調(diào)節(jié)更靈活快速。

（2）運營效率的快速性

企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)采集、處理、分析、存儲、展示一體化。自動報表、自動報告等減輕日常的工作量。對標工具、自定義組件等加快用戶的使用效率。CSASS平臺多個遠程離線試驗平臺，用戶可以利用工具快速獲發(fā)起試驗并得出結(jié)果。自動生成工作任務計劃功能、系統(tǒng)間自動流轉(zhuǎn)。

（3）售電反應的快速性

系統(tǒng)已經(jīng)和后續(xù)的售電等環(huán)節(jié)對接，從一開始就考慮到了相關(guān)信息化的共享與打通。準確、及時計算生產(chǎn)成本提高機組響應快速性，并給售電云提供全面支撐，為開拓電力市場打牢基礎。

通過系統(tǒng)快速計算每臺機組每個項目公司的度電成本，縮短成本核算周期，為售電市場開辟提供有力支撐，提高對市場變化反應的快速性，有效提高售電的競爭力。

4、運營管理水平：

建立項目公司與控股之間線上實時業(yè)務通道，提升管理效率50%左右；CSASS已輔助項目公司完成線上問題閉環(huán)管理1805項，降低了管理成本。建立了規(guī)范的工作標準與流程，全控股共享的知識庫、策略庫、案例庫，輔助運營管理智慧決策。構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理監(jiān)控。CSASS各功能與現(xiàn)場崗位職責相結(jié)合，形成CSASS標準應用場景，并結(jié)合日志對系統(tǒng)使用人員進行監(jiān)督管理。無人干預下發(fā)現(xiàn)技術(shù)監(jiān)督隱患，并依托平臺實現(xiàn)問題的閉環(huán)管理，降低管理成本。

（1）認知與應用深化

通過認知培訓、操作培訓、實際應用、使用驗證、理論培訓、使用優(yōu)化提升項目公司用戶管理水平、技術(shù)水平。

（2）組織與管理的探索

以預警模塊為例，通過實踐+經(jīng)驗分享模式探討，統(tǒng)一采用專工+模型主人的管理方式，讓具有技術(shù)高度、模型統(tǒng)一有責任人落實、模型具有生命力。

（3）克服固有習慣

采用管理指標、激勵機制、員工培訓三種方式克服一些固有的習慣。

管理指標包括案例、經(jīng)驗貢獻量、預警診斷問題處理及時率、自動投入率、設備性能指標。

激勵機制包括展示工作標兵、樹立學習標桿、量化工作、物質(zhì)獎勵、模型經(jīng)驗冠名實施精神鼓勵。

員工培訓包括副監(jiān)控中心培訓、項目公司分模塊，分階段培訓、項目公司全員培訓等。

（4）管理路徑縮短

以往技術(shù)信息獲取通過異常發(fā)生-運行人員確認-專業(yè)獲知及確認-領導獲知及指揮-控股、大區(qū)獲知的方式。通過CSASS系統(tǒng)，信息獲取方式得到優(yōu)化，各級可根據(jù)權(quán)限不同及時有效獲取信息。通過系統(tǒng)的自動獲取、處理及分發(fā)，管理者可以更快速的獲取到各項目公司的生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息，提高了管理層獲取重要信息的便捷程度，較之以往的逐級信息傳遞更快速，能夠幫助對現(xiàn)場的管理更全面、更扁平。

二、綜合效果

分析專家系統(tǒng)功能來源于機組實際運行需求，能有效提高設備運行的可靠性和經(jīng)濟性，提高運營響應的快速性。

預警模塊：全面、全時監(jiān)測、預警，提前發(fā)現(xiàn)設備運行隱患。

高級診斷模塊：在線分析預警原因，制定對策。

以可靠性為中心的檢修：優(yōu)化檢修策略，減少檢修費用。

能耗分析模塊：設備性能計算，性能劣化分析、診斷，運行優(yōu)化指導。能耗計算實現(xiàn)線上試驗比對，試驗工況計算精度小于1%，并驗證了標桿庫的有效性。實時分析電網(wǎng)輔助服務指標，幫助項目公司減少考核損失，提高經(jīng)濟效益。采用仿真優(yōu)化的技術(shù)路線替代人工經(jīng)驗，實現(xiàn)控制回路參數(shù)優(yōu)化。

自動模塊：提高自動控制回路調(diào)節(jié)品質(zhì)，參數(shù)穩(wěn)定，達到設計值；提高機組變負荷性能，減少兩個細則（一次調(diào)頻、自動發(fā)電控制（AGC））被考核量）。提高自動控制回路調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高機組變負荷性能，在輔助服務中創(chuàng)造更大價值；為電力市場競爭提供強大支撐。

負荷優(yōu)化模塊：區(qū)域、廠內(nèi)電負荷、熱負荷優(yōu)化調(diào)度，減少整體煤耗。

燃料分析模塊：指標對比，降低管理煤耗；在線評價摻燒方案；給燃料采購提供耗用量預測。

技術(shù)監(jiān)控模塊：在線監(jiān)督、評價生產(chǎn)過程主要參數(shù)和指標，數(shù)據(jù)、指標準確、及時，提高運營決策快速性。在線監(jiān)督、評價生產(chǎn)過程主要參數(shù)和指標，避免設備故障。突破傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督局限，在線監(jiān)督國家、行業(yè)標準的執(zhí)行情況，創(chuàng)新性地融合CSASS各功能模塊輸出，實時監(jiān)測和分析與關(guān)鍵設備健康有關(guān)的參數(shù)、指標，保障火電機組安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。

（1）本產(chǎn)品的應用，為發(fā)電行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)的應用提供了一個標桿，特別是基于大數(shù)據(jù)機器學習算法（GMM、RGMM、SVM核心算法模型）改變了傳統(tǒng)的依靠人員管理經(jīng)驗進行設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，在系統(tǒng)使用過程中專家經(jīng)驗得到繼承與發(fā)展。

（2）發(fā)電部、技術(shù)支持部專工對于設備狀態(tài)監(jiān)測的實時性提高，及早發(fā)現(xiàn)設備隱患，并通過運行調(diào)整、設備維護、設備檢修等快速反映提高隱患處理的周期，避免異常的擴大，較少檢修的工作量，工作效率得以提高。

（3）幫助火電廠提高了設備劣化、缺陷監(jiān)測與故障診斷水平，從而提高發(fā)電設備的可靠性，減少機組非計劃停運事件的發(fā)生。

（4）構(gòu)建了火力發(fā)電行業(yè)的知識庫，使得專家經(jīng)驗得以繼承與發(fā)展，為后續(xù)人才培訓提供了豐富的案例資源。

CSASS系統(tǒng)已匯集華潤電力火電項目多年生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，形成了統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺，體現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向。通過匯集各系統(tǒng)不同數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一、標準的指標庫，采用商業(yè)智能技術(shù)，通過圖形化分析工具，實現(xiàn)快速智能分析。

CSASS系統(tǒng)采用當前人工智能領域的最新成果，融合自然語言處理、智能數(shù)據(jù)預處理、深度學習等技術(shù)，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計學算法、機理分析相結(jié)合，在機組可靠性與經(jīng)濟性兩大主線所包含的諸多應用功能中，取得設備預警、高級診斷、以可靠性為中心的維護、數(shù)據(jù)重構(gòu)、自動優(yōu)化、負荷優(yōu)化等多項行業(yè)內(nèi)的技術(shù)突破，并以技術(shù)監(jiān)控為抓手，實現(xiàn)技術(shù)與運營的深度融合。