智能发电的未来规划

一项电力研究所主导的合作公用事业项目,称为i4gen(通过集成信息实现智能发电的洞察力)正在探索数字化连接资产和优化工厂运营和维护的新技术。

今天,一些大型发电设施采用系统运行,沟通能力,以及几十年前的工作实践。其中一些过程是基于纸张的,交流是通过各种不相连的方式进行的,特别渠道,如电子邮件,电话,文本,收音机,纸,以及电子数据/进入各种基于软件的解决方案/数据管理工具。工厂员工可能会花大量的时间寻找,组装、和聚合数据,以及在断开连接的系统中重新输入数据,这限制了分析数据和全面理解问题或解决方案的时间。

相比之下,未来的发电厂将利用一个数字平台,在这个平台上,近实时产生的信息被用来评估设备状况,并采用算法对一组工况进行预测。已连接和集成的信息网络将自动集成数据并为各种系统生成实用信息,功能,分析,人员,和行动。的计算,沟通,系统的链接将嵌入易于使用的接口,但是在网络的各个层次上是安全的。一个开放的体系结构模块化系统将允许新设备的“即插即用”,软件和其他算法,无论开发人员或供应商。

I4Gen项目

为支持业界向发电数字化转型,manbetx网站电力研究所(EPRI)正在领导一个大规模的,协作公用事业/技术开发项目,研究和演示用于数字化连接资产和优化工厂操作和维护(O&M)的新技术。该项目是I4Gen(通过集成信息实现智能发电的洞察力)。的I4Gen概念是一个整体的方法,创建一个数字连接和动态优化的发电厂通过使用模块化和可伸缩的工具平台,技术,以及整合业务的技术,维护,发电的操作方面。在实践中,它是技术的应用,在正确的时间向正确的人交付正确的信息,以支持决策或行动(图1)。

1。I4Gen的概念包括信息的每个层次的连接性,向适当的系统和人员提供所需的数据。礼貌:电力研究所(EPRI)

I4Gen已经成立了一个工作组,帮助推动技术发展并分享见解。它的效用参与者包括组织,比如美国电力公司,杜克能源,路易斯维尔燃气电力公司和肯塔基公用事业公司(LG&E和KU),公共服务企业集团(PSEG)盐河项目(SRP)南方公司,田纳西河谷管理局(TVA),我们的能量,以及纽约电力局。技术提供者包括国家仪器,西门子,塔塔咨询服务公司,提供服务,硬件,以及电力行业的软件。manbetx网站

2015年推出,项目成员合作开发了特定技术领域的成熟度模型,检查设备状态评估的分析,并进行案例研究,以证明这些技术的潜力和实用价值。

好处和挑战

I4Gen的概念旨在优化所有相关信息的使用,以做出更好的与植物相关的决策,无论这些决定是自主的还是由工厂经营者做出的。新兴的数据分析算法旨在检测设备在早期的退化情况,诊断最可能的原因,并估计在达到可操作性限制之前采取行动的剩余时间。这些算法的成功开发可以提高设备的可靠性,降低各项成本,减少被迫中断,更有效地使用营运及维修保养资源,并尽量减少灵活操作带来的影响。这些功能通过许多不同的途径实现。数据可以来自工厂仪器,外部来源,例如天气预报,对工厂和工厂灵活性的预期需求,归档数据,设备的设计,和操作规范。

使用I4Gen技术和工具开发可操作的信息和智能可以提高机组自动化和控制,提高能量转换过程的效率,提高工作效率,减少设备故障,有助于减少强制停机,延长单位寿命。行动准备情况的改善,可靠性、可用性,积极的计划,整体生产力预计会降低成本,提高可用性指标,改善单位运作。I4Gen技术也有潜力通过更深入地了解设备的健康状况来灌输一种安全文化,并使用数字工具协助程序和维护,以提高对安全工作实践的遵守程度。这种数字转换的实现和好处取决于收集数据的能力,整合,并对数据进行近实时、多尺度的分析。

I4Gen概念可以应用于所有类型的生成资产。有了中央发电站,流程控制中可能需要增强以支持操作灵活性。另一方面,远程定位资产,例如水力发电和风力发电设施,可以开发高度先进的监视和诊断(M&D)功能,以支持更有效地使用现场检查和维护。

成功,I4Gen计划必须克服一些挑战,包括庞大的数据量;专有的遗留系统;加强安全的需要;公用事业资产和连接技术的生命周期不一致;快速的技术变化;将技术有效地整合进发电厂,包括智能设备,传感器,分析,控制算法,甚至是网格/客户技术。获得利益相关者的支持,并提供合理的成本效益分析和投资回报率估算,这是另外一个挑战。最后,与连接,集成系统,以及部署额外的现场设备,将产生重要的网络安全考虑,在某种程度上,由于攻击面增加。因此,与维护安全性相关的工作级别也可能增加。

五个应用领域

I4Gen的概念包括五个应用领域,当集成和应用时,可以提高植物的性能,操作,和维护。应用范围包括:

传感器和新兴测量技术。许多新型的传感器正进入低成本和无线的市场;安装成本也相对较低如果无线网络可用,传感器的供电可以得到经济有效的管理。其他新的传感器技术可以非常精确地测量设备的性能参数,并表现出新的测量能力。存在许多低风险的机会来展示新的传感器技术,并评估额外数据在更深入的见解和主动的操作和维护方面可能带来的价值。

数据分析,集成,和可视化。技术提供商和发电公司正在努力开发更复杂的数据分析功能,这些功能是基于或增强高级模式识别技术而构建的。近期的分析应用旨在为工厂运营商提供关于何时需要进行维护的指导。

数字工人技术。使用连接的流动设备,平板电脑,这套,增强现实耳机有潜力使工厂工人能够访问和使用通过视觉丰富和上下文敏感传递的关键数据,流媒体图像和音频(图2)。在实地访问和收集有关资料和程序,可提高工作人员的整体效率,翻译成正确的,及时、安全工作。

2.I4Gen概念融合了可连接的移动设备,平板电脑,和笔记本电脑,使植物信息可视化,并把它送到需要它的人的手中。礼貌:EPRI

先进的M&D。扩大和全面的监测,使设备故障和故障的识别和诊断在故障之前,从而避免了成本。来自传感和监测的数据,结合诊断能力,了解设备退化。剩余设备/部件寿命可通过计算估算和预测,提高系统和工厂的可靠性和可用性。

过程控制和自动化。控制和集成工厂操作的能力支持更改任务配置文件,增加了平衡系统性能的竞争目标的能力,环境绩效,延长设备寿命。过程控制系统主要是基于数字的系统,对工厂的运行至关重要。对现有流程控制系统的改进可以立即提高性能和盈利能力。采用更先进的控制方法可以支持更大程度的集成,并提供优化性能的能力。

成熟度模型

全面采用I4Gen方法将是一项艰巨的任务。在许多情况下,更可能的情况是,随着时间的推移,将采用选定的数字技术平台和能力,具有可衡量的短期投资收益。

协助会员管理这些挑战,并制定计划,在五个应用范畴开拓商机,I4gen项目正在开发“成熟度模型”。这些模型提供了逐步增加实现的指导。

作为一个例子,传感器技术应用成熟度的四个层次如下:

级别1离线和在线测量。基础电平从人工收集信息开始,这些信息由在线传感器传递,用于手工测量或对设备或部件状态进行可视观察,可以使用传感器但不存在的地方。

二级扩展在线测量。第二层扩展了在线传感器,将其用于过程控制和跟踪设备/部件状况。推理传感也用于计算不容易直接收集的值。

3-Pervasive感知水平。第三层带来无线传感能力的阶梯式提升,包括传感器实现成本相应下降,随着嵌入式计算硬件在传感器节点或节点附近的能力不断增强,分布式感知的水平也越来越高。此级别还表示实现了新的测量功能,用于从恶劣环境中收集关键数据,以及/或对在线和在流程条件下执行的测量具有更高的灵敏度。

四级智能系统及部件。在第四个也是最后一个成熟阶段,高质量的趋势在继续,通过高度分布式传感和扩展测量能力实现高保真数据。这一层次还出现了嵌入到组件和环境中的传感器(例如,印刷传感器)。

成熟度模型的设计是为了支持在应用数字和分析技术方面处于不同成熟度阶段的公用事业发电厂。无论公用事业公司是处于学习I4Gen技术和应用的初级阶段,还是已经投资于集中的M&D中心或数字工人应用,这个项目和这些成熟度模型的设计目的是为实现创造机会,从实现中获得好处,并支持行业最佳实践的发展。manbetx网站

成熟度模型中的级别还可能代表组织的重要过渡点,这些过渡点可能对应于支持I4Gen技术实现的基础设施和计算能力的增加。I4Gen技术的实现需要良好的变更管理和流程改进技能,以确保项目成果的成功。

I4Gen案例研究

探讨应用新数码科技及系统的现实问题及能力,I4Gen项目正在赞助公共事业案例研究,展示了植物环境中的技术。接下来是正在进行的案例研究的样本。

SRP-Sensor技术。SRP正在测试和演示一种用于监测设备平衡的新型无线传感器,包括冷凝水泵和循环水泵。新的传感器有望收集更多的振动数据,并将其用于先进的M&D模型。此外,SRP正在利用安装在汽轮机上的现有振动传感器,向一个新的振动诊断监测系统提供数据,以改进健康监测,并正在升级一台选择性催化还原鼓风机上现有的振动传感器,为工厂远程和M&D中心提供数据。

LG&E和ku数据分析。为了解决定位特定的问题,需要无数来源的植物数据,本•希尔LG&E和KU的机械工程师,带领多学科团队创建了一个新的平台,方便访问关键数据源,包括维护信息,警报,资金计划,传感器数据,和部分图纸。的工具,命名为Analytics Generation Equipment Navigation Tool (AGENT),从零开始,并创建了一个表格模型,将所有不同的数据源组合在一起。数据的结构使其与相同的层次结构相关联,从植物层面开始,然后再细分成单位,系统中,和子系统。与这些关联,用户可以导航到单个设备,并快速查看所有相关数据。虽然这个工具是新的,还处于软开放阶段,它已经显示出显著的好处。它被用来解决问题,比如根本原因失效分析,通过查看警报,传感器数据,过去的工作指令都在一个地点。此外,在代理上创建了工作流程,以监控和跟踪异常油分析等问题。它还为管理积压提供了大量的时间节省,后期预防性维护任务,以及紧急工作指令。

PSEG电力数字工人技术。PSEG Power和EPRI正在一起开发M&D的路线图,资产管理与规划,以及数字工人技术。在后一个领域,PSEG Power将制定数字化战略,增强对选定硬件的使用,数码应用的发展,通信基础设施,培训,的资源需求,和长期管理。最终目标是展示整合和利用数字基础设施的潜力,流程,以及支持PSEG Power目标的技术。

TVA-Advanced M&D。TVA启动了一个项目,以推进设备可靠性(ER)过程和M&D技术的集成。该实用工具将审查现有的ER和M&D实践,以确定差距,以及填补这些空白的补救措施。一旦差距分析完成,一个EPRI团队,与TVA协调,将在TVA地区开展汽轮机和发电机部件的试点演示。本演示将编译故障模式影响临界分析(FMECA)表,基于个人维修历史和行业知识,manbetx网站确定这些资产的传感器缺口,并制定剩余使用寿命(RUL)模型。安装额外的传感器有望提供更好的健康监测,RUL模型的成功开发将提供更好的资产管理机会。

三。过程控制系统主要是基于数字的系统,对工厂的运行至关重要。礼貌:EPRI

南方公司流程控制。南方公司和EPRI将研究状态转换图方法(STDA)在电厂自动化中的适用性。STDA,一种面向对象的建模形式,更现代,开发自动化逻辑的替代设计方法。这个南方公司的项目将把STDA的性能与标准设计实践进行比较,比如梯形图,功能框图(图3),顺序流程图,和结构化文本,通常在分布式控制系统中实现。这些标准的设计实践需要在复杂的方面付出大量的努力,多态,开发和维护网络物理系统的逻辑,由此产生的设计可能是有限的和脆弱的。STDA有潜力减少设计负担,协助管理设计的复杂性,并导致更有弹性,灵活的,和可伸缩的系统。考虑到对现有设备不断增长的灵活性和可靠性要求,以及对未来更复杂的电力设计的期望,这些功能尤其重要。■

-苏珊Maley(smaley@epri.com)是仪器仪表的主要项目经理,控制,以及EPRI的自动化项目,和帕瑞克豪Prayag(邮箱:pparikh@epri.com)是仪器领域的技术领导者,控制,以及EPRI的自动化程序。