工業(yè)革命改變了世界面貌，為人類生產(chǎn)生活帶來深遠影響。當今世界，人工智能迅猛發(fā)展，推動人類社會深度變革。在此過程中，電力行業(yè)也在逐步向數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型。

截至2023年年底，我國非化石能源發(fā)電裝機歷史性超過化石能源裝機，非化石能源發(fā)電已成為能源系統(tǒng)增量的主體。然而，我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦決定了火電仍是我國電力供應的重要支撐電源，在未來較長時期內(nèi)將繼續(xù)發(fā)揮“壓艙石”的作用，這是保障我國能源安全和實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的前提。智能發(fā)電技術(shù)，將成為未來電力生產(chǎn)行業(yè)的重點發(fā)展領(lǐng)域，對于提高能源利用效率、促進能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性與安全性、實現(xiàn)節(jié)能減排等具有重要意義，也是實現(xiàn)“雙碳”目標和能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇。

早在2001年，美國電力研究協(xié)會率先開展了智能電網(wǎng)研究。我國和歐盟相繼開展“智能電網(wǎng)”的研發(fā)和推廣。近年來，我國在“智能電網(wǎng)”研究的基礎(chǔ)上，同步推動以分布式能源、微網(wǎng)、智能配電網(wǎng)為代表的能源互聯(lián)網(wǎng)和智能發(fā)電的研究及應用。國家能源局于2016年首次將智能發(fā)電寫入《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，部分發(fā)電企業(yè)逐步開始了智能化建設(shè)嘗試?！峨娏Πl(fā)展“十四五”規(guī)劃》再次提出，要提升電力生產(chǎn)信息化、數(shù)字化、智能化水平，指出要推動開展燃煤電廠智能控制技術(shù)的研究和應用，提高發(fā)電安全運行水平。前不久，國家相關(guān)部門發(fā)布的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》提出，重點開展九項專項行動，包括配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展行動，智慧化調(diào)度體系建設(shè)行動，新能源系統(tǒng)友好性能提升行動等。

新型電力系統(tǒng)——高效、智能、安全

在新型電力系統(tǒng)中，“源隨荷動”向“源荷互動”轉(zhuǎn)變是必然趨勢。智能發(fā)電不僅涉及不同類型能源的高效轉(zhuǎn)化，還包括發(fā)電過程智能控制與優(yōu)化調(diào)度，以及發(fā)電裝備智能制造、電源與電網(wǎng)協(xié)同、電源與電源協(xié)同等。中國工程院院士、華北電力大學新能源電力系統(tǒng)全國重點實驗室主任劉吉臻教授，在《智能發(fā)電廠的架構(gòu)及特征》一文中將“智能發(fā)電”描述為，以自動化、數(shù)字化、信息化為基礎(chǔ)，綜合應用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等資源，充分發(fā)揮計算機超強的信息處理能力，集成統(tǒng)一的一體化數(shù)據(jù)平臺、一體化管控系統(tǒng)、智能傳感與執(zhí)行、智能控制和優(yōu)化算法、數(shù)據(jù)挖掘以及精細化管理決策等技術(shù)，形成一種具備自趨優(yōu)、自學習、自恢復、自適應、自組織等特征的智能發(fā)電運行控制與管理模式，以實現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的運行目標，并具有優(yōu)秀的外界環(huán)境適應能力。

在我國當前技術(shù)條件和裝機結(jié)構(gòu)下，火電仍是最經(jīng)濟可行、安全可靠的電源形式。近年來，煤電作為支撐電源及時調(diào)整出力，對提升電網(wǎng)的調(diào)峰能力發(fā)揮了頂梁柱作用，其在提升電力保供能力的同時，可進一步促進可再生能源發(fā)展，正由常規(guī)主力電源向基礎(chǔ)性、支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。與此同時，燃煤機組面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在：外部環(huán)境更加復雜多變；安全、經(jīng)濟和環(huán)保要求更高；高煤價高成本下，減員增效壓力大；運行調(diào)控精細化要求高，干預操作頻繁。根據(jù)對國內(nèi)主流火電機組的運行人工干預情況統(tǒng)計，變負荷過程需頻繁進行參數(shù)調(diào)整、設(shè)備啟停、自動投退等操作，監(jiān)盤操作工作量大且重要性高。因此，燃煤智能發(fā)電技術(shù)將聚焦影響機組安全、靈活、經(jīng)濟、環(huán)保運行等關(guān)鍵又具有普遍性的運行控制問題，對智能燃煤電站關(guān)鍵技術(shù)展開研究，提升機組自主化運行水平，實現(xiàn)無人工干預下連續(xù)運行。

智能發(fā)電——無人值守、經(jīng)濟環(huán)保

智能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究主要針對三個方面展開：一是燃煤發(fā)電智能控制系統(tǒng)平臺及體系結(jié)構(gòu)、理論、方法及關(guān)鍵技術(shù)，二是燃煤發(fā)電智能狀態(tài)監(jiān)控，三是故障診斷技術(shù)。其目的和效果是聚焦解決火電機組運行控制的痛點問題，著眼于工藝過程安全、經(jīng)濟、平穩(wěn)三個維度，降低運行人員操作頻次，實現(xiàn)全流程自主協(xié)同運行與少人化或無人化值守，提高機組綜合運行效益。安全主要指實現(xiàn)超溫自處理、故障自處理、容錯控制和聯(lián)鎖保護等；經(jīng)濟主要指以最佳方式、最優(yōu)設(shè)定點運行，實現(xiàn)機組經(jīng)濟、環(huán)保運行；平穩(wěn)主要指實現(xiàn)關(guān)鍵工藝參數(shù)波動小（控制性能好）、電網(wǎng)“兩個細則”獎勵高，報警少、故障少、設(shè)備磨損小、不超溫。三方面相互影響、相互促進。例如，通過預測控制等先進控制，使關(guān)鍵工藝參數(shù)波動大幅減小，有利于壓紅線運行，既使運行更加平穩(wěn)，提高運行效率，還能保證更加安全。

實現(xiàn)燃煤機組智能發(fā)電主要體現(xiàn)在自主性、智能性、適應性、人機協(xié)同新模式四個技術(shù)維度：

自主性——包括自主決策和自主學習。自主決策是根據(jù)環(huán)境、生產(chǎn)條件和負荷需求，自主地進行決策，對機組與各工藝系統(tǒng)進行多目標與約束條件下的運行優(yōu)化，確定設(shè)定值和運行方式，實現(xiàn)工藝系統(tǒng)的高效環(huán)保運行、機組全過程的協(xié)同運行，有效降低裝置操作頻次，如燃燒優(yōu)化、氧量優(yōu)化、設(shè)定值巡航、磨組運行方式優(yōu)化等。自主學習是根據(jù)環(huán)境和運行條件變化，自主學習和調(diào)整算法，實現(xiàn)高效高性能運行，如基于大數(shù)據(jù)的模型參數(shù)和控制參數(shù)調(diào)整。

智能性——涵蓋知識自動化，學習和預測。知識自動化是通過知識經(jīng)驗沉淀、知識自動升級更新，實現(xiàn)高效的問題解決，如基于規(guī)則的故障診斷、根源分析，規(guī)則與控制回路的結(jié)合，操作指導。學習和預測是對復雜工況和復雜流程進行自主學習和預測，實現(xiàn)高性能優(yōu)化控制和運行，如預測控制等先進控制、對運行工況的學習和分類、聚類。

適應性——具有自適應、自調(diào)整，故障檢測、容錯和自愈兩類。自適應、自調(diào)整指系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境和運行條件變化，自主調(diào)整策略和算法，實現(xiàn)高效高性能運行，如自適應控制，自組織APS（程序自動啟停系統(tǒng)），功能組能適應機組啟停、低負荷、正常運行等各方式。故障檢測、容錯和自愈是系統(tǒng)能夠?qū)ψ陨磉M行實時監(jiān)控和錯誤檢測，實現(xiàn)高效的故障恢復。

人機協(xié)同新模式——包含報警治理和全面評估。報警治理旨在解決報警泛濫的問題，減輕操作工負荷，確保運行員能及時關(guān)注和有效響應重要警報，并進行根源分析，預防安全事故。全面評估則需要基于大數(shù)據(jù)和模型化技術(shù)，對機組與工藝系統(tǒng)進行多源、多層次、多維度信息統(tǒng)計、計算、分析、評價，全面識別、深入評估機組運行狀態(tài)，實現(xiàn)機組運行透明化，幫助運行員轉(zhuǎn)向高層次的機組優(yōu)化運行調(diào)整、總結(jié)和固化操作經(jīng)驗、系統(tǒng)功能維護和升級。

人工智能深度融入、增強算力是未來發(fā)展方向

經(jīng)過十余年的發(fā)展，智能發(fā)電已經(jīng)具備了一定基本條件，其發(fā)展需要多學科交叉融合的支撐，在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應用等方面仍有大量難題待攻克。

缺乏整體設(shè)計和布局是智能發(fā)電發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)之一。我國對于智能發(fā)電的探索，主要是從局部系統(tǒng)進行智能化升級，各系統(tǒng)之間發(fā)展不同步，沒有從整體上解決發(fā)電過程智能化的問題。各發(fā)電集團在智慧電廠建設(shè)方面開展的嘗試，更多側(cè)重于智能信息集成展示、智能設(shè)備與運行管理、故障診斷和事故預報，以及三維可視化智能培訓等，而生產(chǎn)過程中智能化應用較少，智能化管理與生產(chǎn)之間存在脫節(jié)。

當前，我國智能發(fā)電模型缺乏復雜場景應用經(jīng)驗，同時面臨算力基礎(chǔ)建設(shè)薄弱，算法設(shè)計、訓練方法存在壁壘等問題。在工業(yè)領(lǐng)域應用還存在算法精度低、準確率和誤報率難以達到工業(yè)級要求，生產(chǎn)數(shù)據(jù)帶到企業(yè)之外訓練帶來安全隱患等問題。因此，人工智能技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域應用仍需進一步探索。

電力系統(tǒng)復雜而高度敏感，而目前智能發(fā)電算法的準確性和魯棒性在復雜場景下的表現(xiàn)有待觀察；并且大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和處理過程中，其應用面臨潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊與數(shù)據(jù)泄露風險。此外，智能發(fā)電領(lǐng)域的儀表控制技術(shù)、設(shè)備故障預警及診斷技術(shù)等仍受制于人。智能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應用缺乏明確的標準和行業(yè)規(guī)范，算法開發(fā)、模型訓練、數(shù)據(jù)管理及應用等諸多環(huán)節(jié)的邊界不清晰，其發(fā)展與落地規(guī)范性和監(jiān)管機制亟須完善。

筆者認為，統(tǒng)籌規(guī)劃、科技創(chuàng)新、示范應用是推動智能發(fā)電發(fā)展的三部曲。

首先，加強頂層設(shè)計，堅持規(guī)劃先行。按照智能發(fā)電在新型電力系統(tǒng)中的功能和定位，統(tǒng)籌制定項目發(fā)展分階段頂層規(guī)劃，注重階段性特征。智能發(fā)電的發(fā)展將經(jīng)歷由初級形態(tài)向高級形態(tài)、由局部應用到系統(tǒng)應用的歷程，需要在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)與工程應用方面取得突破，實現(xiàn)理論、技術(shù)與體制、機制的創(chuàng)新。同時應注重總結(jié)實踐經(jīng)驗，及時動態(tài)調(diào)整發(fā)展規(guī)劃。

其次，以科技創(chuàng)新推動關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。科技創(chuàng)新是培育智能發(fā)電新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素。應持續(xù)推進建模、控制、優(yōu)化理論與技術(shù)，數(shù)據(jù)分析理論與技術(shù)、故障診斷等核心技術(shù)研發(fā)；開展先進檢測技術(shù)與儀表，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺及軟件等關(guān)鍵裝備及軟件研發(fā)制造；加快建設(shè)算力基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新算法架構(gòu)開發(fā)；推動智能優(yōu)化管理系統(tǒng)研發(fā)及性能提升。

再次，堅持目標導向，促進智能發(fā)電應用示范。依托國家實驗室、全國重點實驗室和大型央企科研機構(gòu)，組織跨學科、跨領(lǐng)域科研團隊，開展智能發(fā)電集成項目攻關(guān)，部署一批重大工程示范項目，驗證技術(shù)可靠性和適應性，探索形成可復制可推廣的經(jīng)驗和成果，通過試點示范統(tǒng)籌，引領(lǐng)智能發(fā)電規(guī)?；l(fā)展。

（作者：彭躍輝、程超，分別系華北電力大學新能源電力系統(tǒng)全國重點實驗室副主任、副研究員；華北電力大學國家能源戰(zhàn)略發(fā)展研究院講師）

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