佘俊① 周宇鹏②
(①调峰调频公司信通分公司，②调峰调频公司创新及数字化部)
2021年4月，南方电网公司在广州发布《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书》,5月又发布《南方电网公司建设新型电力系统行动方案（2021-2030年）白皮书》。南方电网公司将依托数字电网建设，多措并举构建以新能源为主体的新型电力系统，服务碳达峰、碳中和战略目标的实现。
根据白皮书的定义，新型电力系统将呈现数字与物理系统深度融合，以数据流引领和优化能量流、业务流。以数据作为核心生产要素，打通电源、电网、负荷、储能各环节信息，发电侧(发电厂等)实现“全面可观、精确可测、高度可控”，电网侧(电网企业)形成云端与边融合的调控体系，用电侧(用电用户)有效聚合海量可调节资源支撑实时动态响应。
南方电网公司中的调峰调频发电板块，如何使用云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代数字技术，构建数字电厂，是一个值得深入讨论和积极探索的重要课题。本文从“可观、可测、可控”三方面，进行若干应用场景的展望，为数字电厂的建设开拓思路。
1 扩展“可观”范围
电力系统(含发电厂)诞生已有一百多年，自动化的发展程度成熟而可靠，普遍实现了计算机监控。但是之前监视的对象都是运行设备，具体的功能为“四遥”(遥信、遥测、遥控、遥调)，采集开关量和模拟量，感知设备的状态。后来又增加了工业电视系统的“遥视”功能，使管理人员可通过图像信息，加深对设备的感知。
虽然电力行业是设备密集型行业，但企业的资源不仅限于设备，还有人员、物资、工器具等，如何感知他(它)们的信息和状态呢？近几年，在电商、物流、公安等社会化领域，RFID(电子标签)、二维码、摄像头等的应用非常广泛，催生了大量的物品管理和人员行为管理的新方法，应用场景广泛，值得电厂借鉴。其技术和产品成熟，移植方便，只需持续发掘应用场景。比如借鉴无人超市的做法，通过人脸识别员工身份，通过RFID(电子标签)、二维码识别物品，对现场的工器具、备品备件等，特别是需要专区存放的精密试验仪器，做到无人化借用归还管理。比如在密闭空间、危险区域的入口，同样应用摄像头和电子标签，自动感应和记录人员和工具的进出，避免发生安全事故。由于电厂处于相对偏僻、封闭的环境，人员比较固定，广泛使用人脸识别，可以在保证安全的前提下，方便员工在门禁、用餐、办公打印等场合自由出入。当然，随着检修、试验、信通专业集约化的发展，需要注意采用一处登记，多处共享的架构设计，方便人员、工具、仪器在多个单位之间流动。
电厂中也有很多地方无法直接使用社会的现成资源。比如，调峰调频电站的引水隧洞，其洞壁附着生长淡水壳菜，严重时会对水工建筑造成破坏。原来，水电厂需要在检修期排空引水隧洞的水，进人检查，排水和充水要耗费数天，降低了机组的利用率。可以利用机器人技术，研制用于封闭水道自主航行的水下观测机器人，在充水情况下实现对附着情况的快速查看，省去了隧洞排水和充水时间。
随着无线通信技术和低功耗传感器的发展，电厂一些不方便布线的地方，如闭锁钥匙、地线桩、控制把手等，可以加装位置感知器件，实时反馈状态。两者(实物状态和人的感官)相互印证，避免在操作时因单纯依靠人的主观感觉和判断而出现人为失误。
同时，可观形式也在发展进步。原来在计算机监控系统的画面中，设备以接线图、示意图等二维图形展示，现在逐渐增加了三维图形的显示。可直接使用设计阶段的BIM数据，或在后期通过全景相机的拍照处理与精确尺寸测绘，生成建筑物和设备的三维模型。一类场景是使用重量化的三维引擎工具，展示其详细结构，用于仿真培训或拆装步骤验证；另一类是使用轻量化的三维引擎，用于浏览导航或空间结构示意。
2 提升“可测”准确性
蓄能水电厂一般地处山区，为地下洞穴式厂房，多数设备在厂房内。室内无法使用公用地图与社会化的位置定位服务，需采用室内定位技术。目前，室内定位有WiFi、蓝牙、UWB(超宽带)、RFID多种技术方案，特性各不相同。WiFi采用基于信号强度的的指纹定位原理，具有长距离、易于部署、设备通用但精度较差的特点；蓝牙是利用测量信号强度来定位的，具有低功耗、短距离、设备通用但易受干扰的特点；UWB在超宽的频带上发送一系列非常窄的低功率脉冲，并根据信号达到的时间差和到达角度计算精确位置，具有高精度、抗干扰性强但设备专用、综合成本较高的特点。在电厂的不同区域，可以针对不同的需求，使用不同的定位技术，实现对厂站的人员、运输车辆、工器具实时位置、活动轨迹的感知，提供位置信息服务。基于实时的定位数据，衍生多种应用需求，比如警告人员接近危险区域，设备试验时的清场，人员巡视时自动推送临近设备的信息等。同时，须把室内和室外的定位结合起来，实现二维地图(室外)和三维模型(室内、室外)的无缝融合。
另外，针对企业已积累的大量文档资料，可通过深度学习的手段，实现机器自动识别和提取文档中的关键信息(比如在设备操作说明中，提取设备名称与型号)，用于文档自动打标签，避免用户人工遍历识别或海量检索，提升文档资料的利用价值。
3 提高“可控”能力
在扩展“可观”范围、提升“可测”准确性的基础上，通过对信息的自动解读、深度发掘，提前发现隐患和苗头，提高可控能力。可使用机器视觉技术，通过人工智能算法训练，从生产区域的视频流中，自动识别出漏水、水浸、漏油、烟雾、明火、动物闯入、零部件脱落等异常，并通过视频辨识开关状态、指示灯状态、指针位置、油液位等。还可应用机器听觉，判读机组、主变等大型设备的运行音频，提前预判故障隐患。
使用大数据处理能力，对油、水、气等辅助设备的运行事件记录进行自动分析，比如：压油泵的启动间隔时间是否逐渐变短，若有，则说明有漏点，并有扩大趋势。
4 结语
以上对数字电厂若干应用场景的展望，挂一漏万。应善于学习其他行业的先进经验，积极开拓思路，为实现“全面可观、精确可测、高度可控”的目标持续探索。同时，建议将若干的试点集中在一两个基础条件好的标杆电厂，凸显整体效果，形成可快速复制的模板。
