基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的能源生產(chǎn)調(diào)度中心

1、基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的能源生產(chǎn)調(diào)度中心煤炭供應及燃燒優(yōu)化、閉環(huán)應急能力建設 2 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應用案例集目錄 HYPERLINK l _bookmark0 引言 HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark1 一、 項目概況 HYPERLINK l _bookmark1 3 HYPERLINK l _bookmark2 二、項目實施概況 HYPERLINK l _bookmark2 5 HYPERLINK l _bookmark3 三、下一步實施計劃 HYPERLINK l _bookmark3 12 HYPERLINK l _bookmark4

2、四、項目創(chuàng)新點和實施效果 HYPERLINK l _bookmark4 14 1 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應用案例集引言浙江省能源集團有限公司成立于 2001 年，總部位于中國杭州，主要從事電源建設、電力熱力生產(chǎn)、石油煤炭天然氣開發(fā)貿(mào)易流通、能源服務和能源金融等業(yè)務。截至 2018 年 7 月，浙能集團在職員工 23000 人，其中本科以上學歷占%，中高級職稱占 18%?？傎Y產(chǎn) 2005 億元，所有者權益 1067 億元；控股浙能電力和寧波海運兩家 A 股上市公司，管理企業(yè) 200 余家。通過近幾年的發(fā)展， 浙能集團已形成由電力、天然氣、石油、煤炭及運輸、可再生能源、能源化工組成的能源主業(yè)，以及由金

3、融產(chǎn)業(yè)和能源服務業(yè)組成的支持性產(chǎn)業(yè)，集團已成長為全國資產(chǎn)規(guī)模最大、能源產(chǎn)業(yè)門類最全、盈利能力最強、電力裝機容量最大的省級能源企業(yè)，成為集電、煤、油、氣、冷、熱等多能為一體的綜合能源供應服務商。 太極股份致力于“做中國最優(yōu)秀的數(shù)字化服務提供商” ，率先推出 TECO（Taiji Energy Cloud EcOsystem）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，牽手眾多的生態(tài)合作伙伴，面向工業(yè)行業(yè)和企業(yè)的價值需求，提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務頂層設計、平臺建設、工業(yè)大數(shù)據(jù)服務、算法模型開發(fā)、云平臺運營等服務，多年來電力、鋼鐵、煤炭、化工、軍工制造等工業(yè)領域有著眾多的客戶、豐富的業(yè)務實踐和案例。 隨著浙能集團能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速擴

4、張，對集團生產(chǎn)安全工作信息化提出更高了要求，建設以生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎的調(diào)度中心，實現(xiàn)生產(chǎn)實時監(jiān)控、設備運行優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、應急指揮等功能，是集團保障生產(chǎn)、安全、提高競爭力的重要抓手，也是展示生產(chǎn)經(jīng)營、改革發(fā)展成果的重要窗口。另一方面，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算、人工智能等信息技術飛速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術在國內(nèi)外能源企業(yè)已成功實踐。 在此背景下，2018 年，浙江省能源集團委托太極計算機股份有限公司開展浙能集團調(diào)度中心建設，采用太極 TECO 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術，以全面保障生產(chǎn)安全為重要基礎，以生產(chǎn)優(yōu)化、應急調(diào)度指揮中心應用為抓手，建設形成“一級調(diào)度多級聯(lián)動”的“一體化調(diào)度指揮體系”，旨

5、在提升浙能集團生產(chǎn)、安全管理水平和效率，并助推浙能集團“數(shù)字浙能”的全面建設。 2 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應用案例集本項目在工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計算、工業(yè)應用、工業(yè)設備數(shù)據(jù)采集、工業(yè)設備機理模型、人工智能、可視化 BI 等層面具有深厚的技術積累和豐富的實踐經(jīng)驗。通過探索新技術應用，逐步構建“數(shù)據(jù)-信息-知識-智慧”完整的信息價值鏈，推進生產(chǎn)調(diào)度和安全管理工作的數(shù)字化、精益化和智能化，為建設“數(shù)字型”浙能集團創(chuàng)造條件。 PAGE 9 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應用案例集一、項目概況項目以浙能集團現(xiàn)有及未來業(yè)務戰(zhàn)略發(fā)展為導向，借鑒國內(nèi)相關能源行業(yè)生產(chǎn)調(diào)度及應急指揮的最佳實踐，建設浙能集團調(diào)度中心，以搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平

6、臺為基礎，建設生產(chǎn)安全監(jiān)控和應急指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)煤炭供應鏈和鍋爐燃燒優(yōu)化等生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化應用以及閉環(huán)的應急能力建設應用。項目背景當前，我國經(jīng)濟已步入新常態(tài)。在新常態(tài)下，科技創(chuàng)新已成為能源企業(yè)提高競爭力的重要抓手，為此，國家也陸續(xù)出臺了“互聯(lián)網(wǎng)+”、“兩化融合”、“中國制造 2025”等國家戰(zhàn)略。浙能集團深入貫徹習近平總書記“四個革命、一個合作”的能源戰(zhàn)略思想和 “五大發(fā)展”理念，深入推進“能源立業(yè)、科技興業(yè)、金融富業(yè)、海外創(chuàng)業(yè)”的 “四業(yè)”發(fā)展路徑，調(diào)整結構、補齊短板，搶抓機遇、開拓進取。在浙能集團“四 業(yè)”發(fā)展的戰(zhàn)略轉型過程中，保障生產(chǎn)、安全是其中的重要基礎環(huán)節(jié)，建設以生 產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎的生產(chǎn)調(diào)度

7、中心，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控、供應鏈協(xié)同、設備運行優(yōu)化、應 急指揮等功能，是集團保障安全生產(chǎn)、提高競爭力的重要抓手，也是展示生產(chǎn)經(jīng) 營、改革發(fā)展成果的重要窗口。目前，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算、人 工智能等信息技術飛速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術在國內(nèi)外能源企業(yè)已成功實踐。在此背景下，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的浙能集團應急調(diào)度指揮中心已具備建設條件。項目簡介項目基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，建設了覆蓋集團全產(chǎn)業(yè)、生產(chǎn)各專業(yè)的縱向貫通、橫向協(xié)同的生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)和應急指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤炭供應鏈調(diào)度和燃燒優(yōu)化應用以及應急管理全流程應用等創(chuàng)新型應用。項目簡介如下：搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，匯集全量生產(chǎn)實時和歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)相關的管理數(shù)

8、據(jù)和外部數(shù)據(jù)，建立海量數(shù)據(jù)的采集、匯聚、治理、存儲、分析、訪問和管理的大數(shù)據(jù)服務體系；提供開發(fā)平臺和應用市場平臺，支持算法、模型、應用的二次開發(fā)和集成，為開展應用提供平臺支撐。實現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)重要指標、運行參數(shù)和生產(chǎn)工藝流程的實時在線監(jiān)視，提供綜合展示、生產(chǎn)運行監(jiān)控、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)控等功能，開展煤炭供應及燃燒優(yōu)化等生產(chǎn)調(diào)度和工藝優(yōu)化應用的建設。實現(xiàn)覆蓋突發(fā)事件的預防、準備、響應、恢復的整個應急全流程的閉環(huán)應急能力建設應用。統(tǒng)一接報、收集公司系統(tǒng)各類突發(fā)事件信息，統(tǒng)一向集團公司系統(tǒng)發(fā)布預警信息，提供事態(tài)影響分析、預案推演與應急演練、視訊指揮調(diào)度、數(shù)字預案、資源共享調(diào)配、應急評估和案例歸檔等功能。項目

9、目標以集團現(xiàn)有及未來業(yè)務戰(zhàn)略發(fā)展為導向，參考各行業(yè)生產(chǎn)調(diào)度及應急指揮的最佳實踐，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的視野及思維，引入大數(shù)據(jù)分析挖掘等技術，充分利用和整合現(xiàn)有資源和數(shù)據(jù)，以安全生產(chǎn)監(jiān)控和應急指揮為應用方向，實現(xiàn)設備運行監(jiān)控、綜合分析、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、性能優(yōu)化、風險布控、研判會商、指揮調(diào)度、應急演練等主要功能。通過本項目的實施，降低企業(yè)生產(chǎn)運行成本，提高生產(chǎn)安全管理水平和管理效率，同時提升浙能集團整體智能化水平。二、項目實施概況本項目采用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、微服務等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術，匯集集團下屬各產(chǎn)業(yè)約 200 余家生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和生產(chǎn)相關經(jīng)營管理數(shù)據(jù)以及外部的氣象、船舶 AIS、煤炭價格數(shù)據(jù)

10、，建成集采集、治理、存儲、分析、訪問為一體的工業(yè)大數(shù)據(jù)中心和工業(yè) PaaS 平臺；并基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，開發(fā)了生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)、應急指揮系統(tǒng)。其中，采用基于大數(shù)據(jù)的機器學習算法， 解決了煤炭供應鏈優(yōu)化、鍋爐燃燒優(yōu)化等生產(chǎn)優(yōu)化問題，降低企業(yè)運行成本，提高企業(yè)經(jīng)營效益；建立了集自動監(jiān)測預警、智能研判、科學調(diào)度、評估完善等為一體的應急管理應用，初步實現(xiàn)了閉環(huán)的應急能力建設體系，提高了企業(yè)安全管理水平。項目總體架構浙能集團調(diào)度中心采用分布式、多層體系架構，自頂向下分為展示層、業(yè)務應用層、平臺層、基礎層、接入層（采集層），建立在統(tǒng)一的標準規(guī)范體系、安全管理體系、運維保障體系下。系統(tǒng)總體架構圖示如下：圖

11、1 系統(tǒng)總體架構圖數(shù)據(jù)源層通過數(shù)據(jù)接入服務，適配 Pi、OPC、modbus 等設備協(xié)議，接入不同來源、異構的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)；通過 ETL、Webservice 接入 ERP、安健環(huán)等經(jīng)營管理數(shù)據(jù)；通過 http、爬蟲等接入氣象、煤價等外部數(shù)據(jù)?；A設施層基于集團現(xiàn)有私有云環(huán)境為項目提供網(wǎng)絡、服務器、存儲以及系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)）支持。平臺層建立浙能集團生產(chǎn)大數(shù)據(jù)中心和工業(yè) PaaS 平臺。生產(chǎn)大數(shù)據(jù)中心由時序數(shù)據(jù)庫、MPP 數(shù)據(jù)庫、HDFS 等組成；工業(yè) PaaS 平臺由數(shù)據(jù)建模和分析、GIS 平臺、應用開發(fā)和微服務框架、微服務組件、應用市場組成。平臺層提供數(shù)據(jù)采集、治理、分析、訪問、管理等數(shù)據(jù)

12、服務，提供數(shù)據(jù)建模、算法分析、可視化等服務，基于微服務架構支撐能源工業(yè)領域模型、深度應用、個性化應用的開發(fā)和運行，提供應用市場支撐算法、模型、應用的二次開發(fā)/集成、共享。業(yè)務應用層應用層：包括實時監(jiān)測、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、性能優(yōu)化、運行分析、環(huán)保分析、節(jié)能分析、可靠性分析等生產(chǎn)監(jiān)控應用，包括風險防控、監(jiān)控預警、預案管理、應急演練、分析研判、輔助決策、指揮調(diào)度、應急評估等應急管理應用。門戶層提供大屏、桌面、移動多種門戶；提供應用市場，支持數(shù)據(jù)、算法、模型、應用的分享和運營。項目物理架構項目物理架構圖示如下：圖 2 物理架構示意工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和生產(chǎn)安全監(jiān)控、應急指揮系統(tǒng)部署到集團數(shù)據(jù)中心，分為集團內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)

13、兩部分。外網(wǎng)部分部署到集團安全隔離 DMZ 區(qū)，面向移動用戶提供 APP 服務。在集團工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，部署數(shù)據(jù)采集服務，接入內(nèi)網(wǎng)的 ERP、安健環(huán)等經(jīng)營管理類數(shù)據(jù)，接入通過單向隔離網(wǎng)閘擺渡的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)。通過企業(yè)端部署的邊緣端服務安全地采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)；通過外網(wǎng) DMZ 部署的數(shù)據(jù)采集服務，安全接入外部的氣象、船舶 AIS、煤炭價格指數(shù)等數(shù)據(jù)。具體應用場景和應用模式熱電全流程智能協(xié)調(diào)優(yōu)化（生產(chǎn)工藝優(yōu)化方向）在項目中，開展了燃煤電廠燃燒裝置的自動優(yōu)化控制研究，實現(xiàn)了熱電全流程智能協(xié)同優(yōu)化。通過優(yōu)化，使燃料充分燃燒，低氮燃燒，在一定程度上抑制污染物的排放，降低污染物后處理費用；降低產(chǎn)汽

14、煤耗或發(fā)電煤耗，顯著提高生產(chǎn)效率。 問題提出在鍋爐熱效率損失中，主要因素包括：排出煙氣所帶走的熱量、化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失，見下圖通用燃燒曲線：圖 3 通用燃燒曲線因此，我們重點針對這些主要因素開展優(yōu)化工作。 解決方案 通過以下路徑，進行優(yōu)化設計： 保證燃燒裝置負荷穩(wěn)定的情況下，尋找最少的燃料消耗（燃料優(yōu)化）；在燃料的熱值、水分發(fā)生變化的情況下，尋找最匹配的助燃風量（風量優(yōu)化）；在負荷、設備性能發(fā)生變化的情況下，尋找最佳的控制點（控制點優(yōu)化）。 采用技術基于先進的動態(tài)專家系統(tǒng)、燃燒效果軟測量模型、多維動態(tài)優(yōu)化模型以及大系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化技術等實現(xiàn)了鍋爐側負荷快速響應與穩(wěn)定功能、最

15、少燃料量和最佳二次風量自尋優(yōu)及滾動優(yōu)化功能、最佳負荷自動分配以及運行爐與調(diào)節(jié)爐的自動轉換功能等。優(yōu)化模式下的負荷控制點（多爐母管制系統(tǒng)）、床溫控制點、氧含量控制點、二次風量控制點等隨工況而浮動。 模型構建和應用模式圖示如下：圖 4 模型構建和應用過程邊緣端服務負責采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)（負荷、給煤量、主蒸汽壓力等），并通過單向隔離網(wǎng)閘接入數(shù)據(jù)到集團工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。在集團工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺端，基于歷史和新增生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)進行建模和訓練；并通過仿真手段，與實時數(shù)據(jù)進行比較驗證。一致時，表示通過驗證。當模型驗證通過后，在邊緣端發(fā)布模型，啟動鍋爐燃燒優(yōu)化控制程序。 優(yōu)化結果煤量優(yōu)化爬山圖：尋找最少的燃料量 PAG

16、E 15 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應用案例集圖 5 煤量優(yōu)化爬山圖（尋找最少的燃料量）風量優(yōu)化爬山圖：尋找最佳的風煤配比圖 6 風量優(yōu)化爬山圖尋找最佳的風煤配比打通集團各產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)煤電供應鏈的協(xié)同優(yōu)化由于煤電企業(yè)的特殊性，一方面，煤電生產(chǎn)對煤炭安全庫存提出較高要求， 另一方面，電煤成本占燃煤電廠發(fā)電成本在 80%左右。因此，為降低企業(yè)電煤資金占用，提出優(yōu)化需求：優(yōu)化煤炭供應鏈，實現(xiàn)集團電煤的最優(yōu)庫存。在集團產(chǎn)業(yè)板塊中，煤炭產(chǎn)業(yè)板塊負責集團核心電力主業(yè)的上游延伸業(yè)務， 依托旗下營運企業(yè)在港口、岸線、市場、海運資源優(yōu)勢和管理優(yōu)勢，負責煤炭采購、運輸、煤檢、儲存、摻配、港口碼頭及中轉設計管理，并在滿足集

17、團對電煤安全庫存要求的前提下，開展煤炭的市場化銷售工作。因此，煤炭供應鏈優(yōu)化即優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)各企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度流程，基于最優(yōu)庫存形成各企業(yè)的最優(yōu)生產(chǎn)調(diào)度計劃。上述問題是一個典型的多目標調(diào)度優(yōu)化問題，采用基于大數(shù)據(jù)的多目標優(yōu)化的動態(tài)規(guī)劃模型實現(xiàn)。輸入：1）煤炭庫存，包括各電廠煤炭庫存、港口堆存及海運船只在途庫存； 2）企業(yè)生產(chǎn)計劃和能力，包括各燃煤電廠的發(fā)電計劃、運力（海運、內(nèi)河運輸）、港口泊位和堆存能力、煤炭檢驗能力；3）外部行情數(shù)據(jù)，包括煤炭價格指數(shù)（CCI/CCTD/NEWC）、運價指數(shù)等，并綜合特殊季節(jié)特殊需求等因素。輸出：綜合廠存量、市場價格趨勢及堆存能力、運輸能力等情況，采用基于大數(shù)據(jù)的

18、多目標優(yōu)化模型，預測最優(yōu)可用庫存天數(shù)，優(yōu)化并生成煤炭經(jīng)營企業(yè)的采購計劃、電煤保供計劃、銷售計劃，生成煤炭運輸企業(yè)的海運和內(nèi)河運輸計劃， 生成港口企業(yè)的靠離泊計劃和裝卸計劃以及配煤作業(yè)計劃，生成煤檢企業(yè)的煤檢計劃和電廠的裝卸計劃。通過煤炭供應鏈優(yōu)化模型的應用，實現(xiàn)最優(yōu)的安全可用庫存，極大減少燃料資金占用成本。同時，在保障電煤供應的前提下，煤炭板塊可以進行市場售煤， 獲取最大運營效益。覆蓋應急全流程的閉環(huán)應急能力建設體系（安全管理優(yōu)化）項目建成了覆蓋集團各層級、全產(chǎn)業(yè)的應急管理、指揮體系，實現(xiàn)涵蓋突發(fā)事件的預防、準備、響應、恢復的整個全流程的應急管理系統(tǒng)。以大數(shù)據(jù)驅動的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐，利用其

19、豐富的智能算法，實現(xiàn)各類重大風險的預測預警， 并以桌面、大屏、移動端等多種告警方式及時、自動通知到各級調(diào)度中心領導和應急值守人員；基于應急預案和各類應急資源數(shù)據(jù)，結合產(chǎn)業(yè)領域知識，建立智能研判模型，提供搶險救援方案以支撐應急指揮決策；實現(xiàn)了 GIS、音視頻等多媒體手段，來提供可視化的應急資源調(diào)配、應急響應調(diào)度和全程可追溯；并通過應急恢復階段的評估分析、案例歸檔來完善應急管理體系。因此，通過應急指揮系統(tǒng)，建立起涵蓋從監(jiān)測預警到研判、響應、總結的閉環(huán)的應急能力建設體系。圖 7 從監(jiān)測預警到研判、響應、總結的閉環(huán)能力建設體系通過項目建設，支撐起集團各行業(yè)的差異化預警和響應處置需求，形成覆蓋全集團企業(yè)

20、的應急預警和處置“一張網(wǎng)”，建成集團統(tǒng)一的監(jiān)測預警中心、應急發(fā)布中心、應急指揮中心、應急值守中心；依托大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術、移動APP、現(xiàn)場移動終端等手段，打通信息共享、調(diào)度協(xié)同的“最后一公里”，實現(xiàn)自動預警、科學決策和無延時、零距離的精準調(diào)度。安全及可靠性項目建立在集團統(tǒng)一的信息安全體系下，集團信息網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)符合信息安全二級等保要求，生產(chǎn)控制網(wǎng)系統(tǒng)符合信息安全三級等保要求，從生產(chǎn)控制網(wǎng)采集數(shù)據(jù)嚴格符合單向傳輸?shù)陌踩蟆ｍ椖坎捎没诮巧脑L問控制、訪問控制黑白名單以及基于端口的管控，實現(xiàn)細粒度的的訪問授權和控制，實現(xiàn)了設備接入、平臺和應用的安全訪問控制，保障數(shù)據(jù)在采集、傳輸、存儲、訪問中的安

21、全性。平臺采用 Hadoop 分布式文件系統(tǒng)(HDFS)，提供高可用、高可靠性；基于微服務架構和容器技術，支撐應用的高可用和高可擴展性。三、下一步實施計劃針對本項目應用成果，開展延伸建設和推廣工作。熱電全流程智能協(xié)調(diào)優(yōu)化的推廣建設目前應用到一個火電廠；今年推廣到集團 20 多個燃煤電廠；明年推廣到其它集團燃煤電廠。應急指揮系統(tǒng)的延伸和推廣建設已完成 3 類突發(fā)事件的應急管理體系建設；今年延伸到集團重點關注的其它 13 類突發(fā)事件；明年推廣到其它能源企業(yè)。四、項目創(chuàng)新點和實施效果項目先進性及創(chuàng)新點實現(xiàn)泛在感知能力。利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)交換等技術，泛在連接各類設備、設施、系統(tǒng)信息，進行高效采集和云端匯聚，實現(xiàn)從板塊、行業(yè)、設備類型等多維度的全景展示，以電子地圖等方式直觀展示具體設備、設施的實時信息。提升綜合分析能力。在設備管理、生產(chǎn)安全、運行優(yōu)化、風險評估及決策方面，應用大數(shù)據(jù)計算能力、知識圖譜分析能力、分析挖掘能力、自助式分析能力，實現(xiàn)電力、石油、天然氣、化工、海運、港口等行業(yè)生產(chǎn)決策和安全應急的智