智能电厂规划与设计

大数据、物联网、移动互联、云计算、可视化、智能控制等技术的发展，为发电企业由主要以建设数字化物理载体为主的阶段，向更加清洁、高效、可靠的智能电厂发展奠定了基础。智能化电厂的概念是近几年方兴未艾的工业智能化浪潮的重要组成部分，在“碳达峰、碳中和”背景下，自动化、信息化、数字化、智能化电厂也成为发电企业构建以新能源为主体新型电力系统的重要组成部分。 本书从电厂全生命周期和系统层级相结合的角度，对智能化的相关技术要求和设计方法进行了详细论述。在电厂建设阶段，从电厂的整体规划着手，论述了数字化设计和智能平台设计的主要内容和功能，对于智能电厂的重要组成部分——数据中心和智能网络的构架、关键技术和规划设计要求进行了详细分析。在电厂运行期间，对智能电厂的运行维护等重要方面，如智能检测、智能控制、智能设备状态管控、燃料管控、安全管控进行了详细论述。 书中的很多案例的附图中加入了二维码，读者可以通过扫描二维码获得三维和动态的资料，以丰富阅读感受。

叶勇健，男，硕士研究生，教授级高级工程师，国家注册一级建造师。现任中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司总工程师兼副总经理，中国电力工程顾问集团“高效燃煤发电技术中心”主任，中国能源建设集团“工程技术专家”。主持及参与多项国家J级重大工程、示范工程的设计，荣获多项全国优秀工程设计金奖和电力行业优秀设计一等奖。作为主要负责人承担国家科技支撑计划项目、国家重点研发计划、国家能源局能源应用技术研究项目的研究工作，参与多项国家标准和电力行业标准的编制。在国内核心期刊上发表20多篇论文，被授予多项国家发明专利。
侯新建，硕士，正高级工程师，国家咨询工程师（投资），全国电站过程监控及信息标准化技术委员会委员，上海市勘测设计协会信息化（数字化）委员会副主任。现任中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司发电工程分公司副总经理兼智能发电部主任，先后参与多项电厂工程的设计和管理工作，荣获全国优秀工程设计金奖、全国优秀工程咨询成果一等奖、电力行业优秀工程设计一等奖、电力行业电力工程科学技术进步一等奖和电力行业企业管理创新成果一等奖等。发表论文20多篇，主编行业标准1项，参编行业标准2项，参编著作1部，获得国家专利授权10多项，获得计算机软件著作权10多项。
顾徐鹏，男，硕士，高级工程师，现在中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司从事发电厂仪控、智能化的设计和研究工作，曾参与多项国家J级、集团级科研项目，参编多项行业和集团标准，获得电力工程科学技术进步奖一等奖1项。

智能电厂的建设以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、5G等现代信息技术为支撑，围绕电厂的“安全、运行、检修、管理”，构建全厂统一的数据平台以及“智能检测”、“智能控制”、“智能管理”等体系，建成具有自我及环境感知、主动预测预警、辅助诊断决策、统一集约指挥的“智能电厂”，实现电厂生产、运行和管理的自动化、信息化、智能化。

当前，正在兴起的第四次工业革命将信息技术与工业深度融合，为人类生产和生活图景描绘出无限生机。2013 年德国政府提出了“工业 4.0”概念，旨在利用信息通信和制造业技术结合的手段，推进制造业向智能化转型。2015 年中国国家发展战略“中国制造 2025”出台，明确提出要“以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向”，基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革，通过“三步走”实现制造强国的战略目标。
2016 年 2 月国家发展改革委发布了《关于推进“互联网 +”智慧能源发展的指导意见》，提出推动互联网、信息技术与能源行业深度融合，促进智慧能源的发展，走出绿色、环保、可持续的能源发展之路。2017 年《新一代人工智能发展规划》（国发〔2017〕35 号）提出建设无人车间 / 智能工程。2019 年政府工作报告强调的“新基建”中融合基础设施就包括智慧能源基础设施，国家对新基建的政策导向将进一步推动能源行业智慧化转型。2021 年《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》中“数字化”“智能”“智慧”相关表述多达 82 处，明确了要“打造数字经济新优势”，并提出“充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级”。
大数据、物联网、移动互联、云计算、可视化、智能控制等技术的发展，为发电企业由主要以建设数字化物理载体为主的阶段，向更加清洁、高效、可靠的智能电厂发展奠定了基础。智能化电厂的概念是近几年方兴未艾的工业智能化浪潮的重要组成部分，在“碳达峰、碳中和”背景下，自动化、信息化、数字化、智能化电厂也成为发电企业构建以新能源为主体新型电力系统的重要组成部分。在行业内，关于电厂智能化或者智慧化的新概念层出不穷，既是由于智能电厂是一个新生事物，电力行业内的科研单位、设计院、设备制造集团、发电集团纷纷投入大量人力进行产品开发和工程应用；也是因为智能电厂是跨界融合的产物，新兴的 IT（信息技术）公司、互联网巨擎也积极投身于其中。一时间，智能电厂成为众说纷纭的行业热点，而智能电厂的提法也呼之欲出。笔者认为，以目前的技术发展水平和发电厂纷繁复杂的设备和系统，近十余年内，达到高度人工智能的电厂智能化还有很多需要克服的技术障碍。但是，实现以可测量、可控制、自适应、自学习、自寻优，达到人机、
机机互动的智能化电厂是完全可行的。
本书作者多年来在电厂自动化、信息化、数字化、智能化上进行了深入的研究，有幸参与了华东电力设计院的多个智能化电厂的工程设计和建设，参加了相关行业标准的制定，积累了较多的电厂智能化的经验。本书从电厂全生命周期和系统层级相结合的角度，对智能化的相关技术要求和设计方法进行了详细论述。在电厂建设阶段，从电厂的整体规划着手，论述了数字化设计和智能平台设计的主要内容和功能，对于智能电厂的重要组成部分——数据中心和智能网络的构架、关键技术和规划设计要求进行了详细分析。在电厂运行期间，对智能电厂的运行维护等重要方面，如智能检测、智能控制、智能设备状态管控、燃料管控、安全管控进行了详细论述。
对于大数据、物联网、5G、云计算等新业态与电厂的结合，虽然目前还处在概念阶段，真正运用的案例不多，但本书也有所涉及，主要是对这些新技术在电厂中可能的应用场景进行了分析，为信息通信技术和发电行业的融合寻找合适的契合点。本书结合了很多智能电厂的实际案例，大部分是华东电力设计院的工程实践，具有很强的可操作性。同时，书中的很多案例的附图中加入了二维码，读者可以通过扫描二维码获得三维和动态的资料，以丰富阅读感受。
火电、风电、太阳能发电、水电、核电等各种形式的发电厂均有其智能化的独特需求与对应的解决方案。其中火电系统复杂，设备繁多；在建设和运行期间，各设备和系统相互关联紧密；建设和运行技术人员涉及数十个不同专业，管理难度很高，其规划与设计也在智能电厂中最具代表性。因此，本书主要介绍火力发电厂智能化，也可为其他形式发电企业新建项目的智能电厂建设和已有项目的改造完善提供参考。
在本书的撰写过程中，我们受到很多行业专家的悉心指导，书中也借鉴了中国能源建设集团、国家能源集团、国电投集团、华能集团、华电集团、大唐集团、中煤集团、皖能集团、淮南矿业集团等单位和同行们的研究和实践成果，并引用了鹰图（Intergraph）公司、上海鲁班软件有限公司、北京达美盛软件股份有限公司、华为投资控股有限公司、国能信控互联技术有限公司、南京科远智慧科技集团股份有限公司、朗坤智慧科技股份有限公司、施耐德电气有限公司等涉及智能电厂领域相关产品的介绍，在此我们对这些专家和公司一并深表敬意和感激！
由于智能电厂相关技术的发展日新月异，并且受学识所限，书中的内容和观点难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者和同仁批评指正。

前言
第一章69 智能电厂概述………………………………………………………………… 1
第一节69 智能电厂的定义及特征69 ……………………………………………………… 1
第二节69 智能电厂应用现状69 …………………………………………………………… 4
第二章69 智能电厂总体规划…………………………………………………………… 14
第一节69 规划原则与方法69 ……………………………………………………………… 14
第二节69 总体架构69 ……………………………………………………………………… 23
第三节69 信息编码69 ……………………………………………………………………… 25
第四节69 网络安全69 ……………………………………………………………………… 32
第三章69 BIM 技术及应用69 …………………………………………………………… 39
第一节69 概述69 …………………………………………………………………………… 39
第二节69 数字化设计69 …………………………………………………………………… 49
第三节69 三维可视化建造69 ……………………………………………………………… 81
第四节69 数字化移交69 …………………………………………………………………… 94
第五节69 三维可视化运维69 …………………………………………………………… 121
第四章69 智能电厂云平台…………………………………………………………… 135
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 135
第二节69 工业互联网平台69 …………………………………………………………… 136
第三节69 智能电厂云平台架构69 ……………………………………………………… 140
第四节69 平台关键技术69 ……………………………………………………………… 142
第五节69 平台功能案例介绍69 ………………………………………………………… 150
第五章69 智能电厂数据中心………………………………………………………… 159
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 159
第二节69 数据中心关键技术69 ………………………………………………………… 167
第三节69 智能电厂数据中心的实施69 ………………………………………………… 172
第四节69 实施风险与对策69 …………………………………………………………… 177
第六章69 智能电厂网络规划………………………………………………………… 178
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 178
第二节69 通信技术69 …………………………………………………………………… 184
第三节69 智能电厂网络结构规划69 …………………………………………………… 203
第七章69 智能检测与控制…………………………………………………………… 217
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 217
第二节69 智能检测技术69 ……………………………………………………………… 217
第三节69 智能控制策略69 ……………………………………………………………… 223
第四节69 智能监盘69 …………………………………………………………………… 234
第八章69 智能运行维护与管理……………………………………………………… 238
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 238
第二节69 智能巡检69 …………………………………………………………………… 239
第三节69 设备智能管理与状态检修69 ………………………………………………… 245
第四节69 智能燃料管控69 ……………………………………………………………… 252
第五节69 智能经营69 …………………………………………………………………… 258
第六节69 智能安全管理69 ……………………………………………………………… 260
第九章69 智慧工地…………………………………………………………………… 268
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 268
第二节69 系统总体设计69 ……………………………………………………………… 271
第三节69 应用模块69 …………………………………………………………………… 272
第十章69 5G 在智能电厂中的应用69………………………………………………… 284
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 284
第二节69 5G 网络构建69 ………………………………………………………………… 291
第三节69 电厂业务场景分析69 ………………………………………………………… 295
第四节69 整体方案规划69 ……………………………………………………………… 306
第五节69 各模块单独方案规划69 ……………………………………………………… 311
第六节69 5G 在智能电厂的应用展望69 ………………………………………………… 324
第十一章69 智能电厂成熟度评估…………………………………………………… 328
第一节69 概述69 ………………………………………………………………………… 328
第二节69 智能电厂成熟度模型69 ……………………………………………………… 329
第三节69 智能电厂成熟度要求69 ……………………………………………………… 332
第四节69 智能电厂能力成熟度评估方法69 …………………………………………… 340
参考文献……………………………………………………………………………… 342