5）应用层：应用层是CPS系统最顶层，相当于人体的脊髓组织 。与平台层脑组织共同构建了完整的中枢神经系统 。应用层主要是解决电厂生产运营管理的实际问题，是CPS系统信息流、数据流和能源流三流合一的价值体现，应用层可划分为面向生产的控制区、信息一体化的管理区、人机交互与可视化的交互区，三大区共同推动着发电厂智能系统的构建和融合 。


其中控制大区主要是实现智慧电厂HCPS/ CPSS智能配置和执行的关键，连接了设备层与平台层 。可以集成主辅一体化控制、机炉自起停控制、燃烧优化控制、环保优化控制、吹灰优化控制以及适应智能电网的厂网协调控制等系统和模块 。提高机组运行参数临界点的智能控制水平，满足电热冷等多种能源产品的个性化需求，确保机组在不同条件下达到最佳运行状态 。


而管理区和交互区是针对电厂业务管理系统的集中部署而虚拟划分的区域，主要布置于电厂安全网络架构的Ⅱ区，管理区主要以提高工作效率，优化企业管理、少人值守、资产高效利用为目标，实现全厂生产管理的数字化、最优化和智能化 。
5 智慧电厂仿生CPS体系典型应用5.1 基于物联网和事件驱动模型的安全生产CPS


实现人员无伤害、系统无缺陷、管理无漏洞、设备无障碍、风险可控制、人机料法环的和谐统一是以人为本的智慧电厂建设核心要求 。


通过智慧电厂工业互联网感知层，集成定位系统、移动终端、电子围栏、智能摄像头、三维仿真平台等建立全厂物联网感知体系，对电厂安全管理各环节（人机料法环）信息采集，构建安全生产的CPS，如图7所示 。


对于某一安全生产事件，系统将以事件驱动触发CPS信息流流动，同步一一映射建立3W1H（what、where、when、how）分散式CPS子系统，对安全生产管控中各要素分析结果实时可视化，实现安全风险识别、隐患排查、风险评估、安全风险预测、趋势演进等，提高安全管控的科学性、主动性和透明性 。全面提升电厂运营安全与经济水平 。

文章插图
图7 基于事件驱动的“人机料法环”安全生产管控
除了对电厂人身安全和设备安全的数字化及智能化管控外，同样可以依据“人机料法环”方法实现对发电企业运行智能管理、设备智能管理、燃料智能管理、物资智能管理、经营智能管理等进行机理建模、数据驱动建模、事件驱动建模及其混合建模分析 。


5.2 数字孪生和HCPS的智能发电Agent


局部系统和设备的故障预测性维护与诊断、运行优化控制，无法实现发电系统全局最优，需要将发电过程中的燃烧系统、汽水系统、电气系统、环保系统等各子系统建立的智能体（Agent）通过信息集成技术集成在一起，构建一个综合考虑安全、经济和环保多目标全局系统最优的多智能体（MAS） 。


Agent对人在电厂生产和管理的行为与知识经验迭代自学习，自诊断当前工况系统及设备性能和健康状态，MAS体对各Agent进行协调组织，分布式计算和实时动态控制各参数在最佳值和各系统设备最佳运行方式 。


因此，实现智能发电首先需要对火电厂局部系统和设备建立单个Agent，如对锅炉燃烧优化控制、冷端优化控制、吹灰优化控制、脱硫/脱硝优化控制、汽轮机故障诊断、磨煤机故障诊断、机组负荷协调优化控制等模型的构建 。


基于HCPS和数字孪生的智能发电建模过程如图8所示，结合机理分析，构建数据驱动混合模型，引用三维在线实时仿真等技术构建数字孪生体，通过对发电厂SIS和DCS两大系统级CPS进行融合，以及接入内外部拓展信息，建立人/信息/物理之间的数据映射关系 。

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