未来已至，数写华章

在科幻作品中，我们经常能够看到指挥官坐在闪烁的大屏幕前运筹帷幄，决胜千里之外。数据从四面八方源源不断地涌向指挥中心，让“远在天边”仿佛“近在眼前”。

现在，科幻电影中的场景已经变成了现实。自 2017 年起，凭借先进的数字化电厂及人工智能等技术，西门子助力华润电力控股有限公司（华润电力）为旗下电厂及机群建立集中监测与分析专家系统（CSASS），并共同搭建数字化电力远程运营中心（运营中心），让运营和管理人员即使身在千里之外，也能对电厂及机组的运行了如指掌。

西门子与华润电力精诚合作，利用西门子先进的数字化电厂及人工智能等技术，为 CSASS 搭建了关键的“分析专家”系统，系统具备负荷经济调度、设备预警及高级诊断等功能，帮助华润电力改善机组性能和可靠性，提升电厂的运营管理水平。

同时，为更好地从区域层面对各电厂进行监控、分析和调度，西门子也帮助华润电力在江苏省南京市搭建了 CSASS 副监控中心。在未来，CSASS 将可以与西门子基于云的开放式物联网操作系统 MindSphere 相连接，在实现数据集成的同时，进行相关应用的自主及协同开发。

作为业内领军企业，华润电力深谙保持领先的秘诀就是不断创新突破。随着中国能源产业转型持续深化，华润电力的火电业务面临愈发严峻的考验。为了进一步提高竞争力，实现可持续发展，华润电力决定充分应用先进的大数据与人工智能技术提高火电设备运行的效率和可靠性，降低能耗与排放，从整体上提升电厂运营管理水平。

经过深入的考察与研究，华润电力开行业之先，在电厂运营管理等方面大胆推进数字化转型，携手西门子等合作伙伴共同搭建 CSASS。截至 2019 年 10 月底，CSASS 已覆盖江苏省八个电厂的 19 台发电机组，总装机容量达 9.6 吉瓦，年发电量可满足约 1500 万户家庭的日常生活需求。

华润电力的工作人员已可以从 CSASS 副监控中心、各级电厂及管理人员的办公室等地访问系统，对其覆盖的电厂和机群进行统一监控、分析和诊断。

CSASS 的核心是“分析专家”系统，它包含 10 个功能模块。其中，针对设备性能优化，它涵盖性能分析优化、自动控制优化、负荷经济调度和燃料分析四个应用模块。针对设备可靠性改善，它包括设备预警、高级诊断，以及以可靠性为中心的检修（RCM）三个应用模块。此外，它还具备技术监控模块，可将从以上七个模块处得到的各项数据进行汇总，监控设备健康状态，生成设备启停评价、设备状态发展和设备健康度评估等技术报告。这八个应用模块与用于一体化平台搭建的平台模块以及工具模块“大数据分析”相辅相成，共同组成了“十项全能”的“分析专家”系统。

“面对激烈的竞争，我们需要充分利用云计算、大数据、物联网、移动互联网及人工智能等先进技术来提高火电机组创造价值的能力。”华润电力技术研究院有限公司技术研究院副院长兼大数据中心主任陈世和表示，“西门子在发电领域的制造、生产及运行等方面有着丰富的经验。在推进数字化转型的过程中，通过将这些先进的技术与经验有效、深入地融入华润电力的发电运营过程，我们可以大大提高生产管控水平和机组运行效率，从而提高竞争力，为客户和社会创造更多价值。”

对任何一座电厂来说，保证供电的稳定可靠都是其第一要务。机组故障或停机可能会对人们的生产和生活造成难以估量的影响。因此，防患于未然才是电厂运营的“硬道理”。

预防故障发生的第一步是要及时、准确地识别潜在隐患。西门子为 CSASS 提供的设备预警功能就像一位经验丰富的医生，它“全年无休”，凭借一双“火眼金睛”，不漏掉任何可疑的症状。发电机组上安装的传感器实时采集负荷、温度和压力等重要运行数据。利用前瞻性的人工智能技术， CSASS 可以持续学习实时及历史数据，并在机组出现故障前及时报警。

“设备预警的本质是在设备运行状态参数即将脱离正常范围时预先发出提示。然而，正常参数范围并不是固定不变的。就像一个人在慢走、快跑和睡觉时的正常血压范围不同，预警功能同样能够根据设备所处工况、环境和具体运行状态来判断是否会有异常发生。”西门子电站自动化有限公司数字化工程部负责人肖国涛形象地说道。

然而，仅仅知道设备可能会“生病”还不够，CSASS 还能进一步找出“病因”并开出“药方”。西门子为华润电力提供了基于人工智能技术的高级诊断功能。它可以“中西医结合”，快速查清“病因”，彻底排除隐患。

一方面，系统利用自然语言处理（NLP）技术将机组当前的运行状态和基于历史维护记录及专家经验等建立的故障知识库中针对故障症状的描述和分析进行语意推理和关联，推断出可能的故障原因和解决方案。这就好比是老中医观察到病人出现发热、心跳加速和盗汗的症状后，基于《伤寒杂病论》中记载的相关病症，进行辨证、开方。另一方面，系统还利用传感器数据，基于机器学习技术对设备运行的当前数据与历史数据进行量化的特征学习和模式识别，这类似西医在诊断前要求患者进行各项检查，然后依照化验单上的数据来做出判断。这种“中西医结合”的诊断方式提高了故障诊断的效率和准确性，从而有效地减少了潜在的风险及停机时间。

华润电力 CSASS 项目是人工智能和大数据分析技术在中国电力行业的典型应用。“西门子已经深耕人工智能领域近 30 年，在全球能源、制造、流程工业、楼宇及交通等领域拥有众多成功案例。”西门子中国研究院大数据分析研发部总监田鹏伟表示，“华润电力 CSASS 项目是西门子基于人工智能的高级诊断解决方案在中国电力行业的首次实践，具有开创性意义。我们将以此为起点，持续创新，为客户创造更多价值。”

除了遇到问题以后“对症下药”，对机组的常规“体检”也不能懈怠。然而，日常检修策略的制定也并非易事。频繁的检修固然能够避免可能出现的问题，但运营成本也会相应增加。如何在成本与可靠性之间作出权衡，则是西门子以可靠性为中心的检修功能（RCM）的“拿手绝活”。RCM 就像电厂的“私人健康顾问”，能够综合考虑电厂对可靠性的要求、维护成本和运营目标等多个因素，帮电厂制定合适的“体检计划”，保证机组在全生命周期内的“健康”运行。

在这一项目中，从预警、诊断到维护和制定新维护策略的整个过程构成了完整的预测性维护的闭环。“我们相当于给电厂配备了一位细心的私人医生，它聪明可靠，让电厂的‘健康管理’从‘按部就班’变成‘未雨绸缪’。我们相信，这种‘私人医生’未来将在整个能源产业大展身手。”西门子（中国）有限公司油气与电力集团数字化业务负责人汤禹成表示。

借助“分析专家”系统，通过不断挖掘数据价值，CSASS 不仅帮助电厂预防机组“生病”，还利用性能分析优化和负荷经济调度等应用模块，让机组的运行状态越来越好，让能耗更低、效率更高、经济效益更好。

例如，通过利用性能分析优化模块对机组循环水运行方式进行分析和优化，华润电力成功实现了对循环水运行的精细控制，降低了过程中的能耗。

除不断改善单套机组的性能之外，华润电力还希望提高旗下所有电厂中机群的整体运行效率。

过去，每座电厂都是“单兵作战”，运营质量参差不齐。现在，CSASS 对电厂进行统一管理和调度，通过“取长补短”，提高整体运营水平。例如，系统的负荷经济调度功能帮助华润电力在不同电厂的机组间合理分配热电负荷，使整个电力系统的效率最大化。此外，通过横向对比，各电厂也能汲取对方先进的运营管理经验，进一步提升自己的运营水平。

截至 2019 年 10 月底，华润电力正在进行接入 MindSphere 的相关准备。

华润电力 CSASS 项目将是西门子 MindSphere 在中国电力行业的首次亮相。借助西门子即插即用的数据接入网关 MindConnect，华润电力可以将传感器收集到的数据轻松传输至云平台。基于这些数据，利用 MindSphere 便捷的数字化开发工具，华润电力可以根据自身需要快速开发个性化的新应用。整个开发流程非常简易。华润电力的工程师仅经过两天的培训便已掌握了 MindSphere 相关开发基本技能。

MindSphere 打破了企业的边界，让资源能够在集团企业内部，乃至企业之间实现便捷共享。得益于此，华润电力不仅能开发满足自身需要的新应用，还可以在未来将自己的行业知识固化成应用，发展新的业务模式。同时，公司也可以利用 MindSphere 社区的开发资源，在运营和管理方面开拓更多可能。

此外，由于 MindSphere 本身不断更新迭代，华润电力同样可以利用新的数字化工具和不断升级的功能获得更强大的应用开发能力，且不必承担高额的平台运维成本。

完成这样一个项目并不容易。项目的成功背后是华润电力的魄力、踏实和勤勉，西门子技术的专业、先进和高效，以及双方的密切合作。

CSASS 涉及的功能不仅数量众多且许多都非常“新鲜”，项目的复杂程度前所未有。面对艰巨的挑战，西门子与华润电力通力合作，让曾经的愿景变成了现实。

华润电力专门组建了一支由电力、大数据和工程等各领域专家组成的超过百人的团队，而西门子方面的团队成员则包括发电过程专家和数据科学家等专业人员，人数达到 70 人以上，其中博士近 20 人。每当碰到了新技术难点，双方都会共同进行调研并组织专家研讨会，踏实解决问题。

在未来，华润电力计划将旗下全部 10 个大区的所有燃煤电厂大型机组都接入 CSASS，并通过进一步深化、优化现有功能，向可持续的未来稳步前进。

“此次与西门子的合作不仅让我们看到了西门子技术的先进性，也让我们感受到了整个项目团队的专业性。”陈世和表示，“西门子是世界知名的企业。它不仅在发电领域有多年积累，在数字化方面也走在行业前沿。我们希望在将来还能与西门子继续开展深度合作。”