一种智慧电厂云边端纵向架构系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智慧电厂云边端纵向架构系统，包括厂际云平台、若干智能控制平台及若干厂侧边缘云平台，其中，一个智能控制平台对应一个厂侧边缘云平台及一个发电厂，其中，一个智能控制平台及对应的厂侧边缘云平台设置于对应的发电厂内，厂际云平台设置于在发电行业或发电集团内，智能控制平台与对应厂侧边缘云平台之间通过千兆正向隔离装置正向互联，智能控制平台与对应厂侧边缘云平台之间通过网络开关装置及百兆反向隔离装置反向互联，各厂侧边缘云平台与厂际云平台通过电力专网双向互联，该架构能够实现厂际云与厂侧边缘云二级云有效协同以及厂侧边缘云与电厂智能控制平台的安全可靠协同。平台的安全可靠协同。平台的安全可靠协同。

【技术实现步骤摘要】
一种智慧电厂云边端纵向架构系统


[0001]本专利技术属于智慧电厂
，涉及一种智慧电厂云边端纵向架构系统。

技术介绍

[0002]当前，以人工智能、工业互联网、智能控制、云计算、大数据等技术为代表的新兴技术蓬勃发展，这些新兴技术正与传统制造业深度融合，为制造业赋能，助力制造业转型升级。与此同时，以上述新兴技术为基础的智慧电厂技术发展方兴未艾，成为发电企业转型升级的重要推手，应用前景潜力巨大。然而，目前基于上述技术的智慧电厂建设仍面临很多问题，具体如下：
[0003]DCS(Distributed Control System)软硬件严重耦合,某个品牌的DCS一般都需要指定的专用硬件，这导致系统维护成本极高，新增功能的开发周期长。此外，由于技术壁垒，导致产品迭代周期长，难以形成完整的技术生态。DCS在发电机组控制系统中占绝对主导地位，而其软硬件严重耦合的问题，使其难以满足智慧电厂建设需求。传统DCS系统架构难以适应现代电厂的需求，亟需一种新的适用于建设现代发电企业的控制系统技术架构。
[0004]DCS系统架构虽不适用于智慧电厂建设，但现阶段想要完全取代其在发电行业的主导地位并不具有可行性，因而需要一种将现有DCS与各种智慧应用有机融合的方法，或者对现有DCS进行适用性改造，以期符合智慧电厂建设需求。
[0005]各种智能控制技术在火电机组得到了一定范围的应用，其形式多以外挂控制器为主，其本质上是对DCS系统功能的拓展。这种拓展形式某种程度上增强了DCS系统的功能，但每增加一项智能控制技术，发电企业都需要额外增加一套外挂装置，这不仅无法实现与DCS各控制回路的协作，而且在带来了严重的资源浪费和各种不确定因素。
[0006]基于独立的厂际云平台或者厂侧边缘云建设智慧电厂都无法满足要求，一方面，智慧电厂是典型的数据驱动型应用，单个电厂的数据无法满足某些智能应用的需求，而且基于独立厂侧边缘云开发的智能应用不具备可移植性，无法将其直接应用于其他电厂；另一方面，基于厂际云平台的模式虽然可以满足某些智能应用对于数据的需求，并且可以开发很多具有可移植性的智能应用，但仍存在明显的问题。首先，厂际云平台模式无法满足电厂的个性化需求，不同电厂甚至是同一电厂不同机组间往往差异巨大，而基于厂际云平台开发的智能应用不能完全满足单个电厂的个性化需求。其次，基于厂际云平台开发的智能应用无法做到闭环控制，这是由于基于厂际云平台的应用实时性和可靠性无法达到电厂控制的需求，发电机组运行时对可靠性和实时性要求非常高，而厂际云平台到电厂机组之间存在延迟，而且云端一旦出现故障，将直接影响发电机组正常运行。最后，由于发电行业是涉及国计民生的基础行业，因而发电企业对于信息和数据安全都有严格的要求，直接通过厂际云平台与电厂控制系统交互的方法实施困难。
[0007]控制安全至关重要，电厂安全Ⅰ区到安全Ⅲ区信息安全管控策略十分严格，从安全Ⅰ区到安全Ⅲ区通过正向隔离装置进行数据传输，正向隔离装置只允许安全Ⅰ区到安全Ⅲ有限的数据传输。安全Ⅲ区到安全Ⅰ区通过反向隔离装置进行数据传输，反向隔离装置往往只
允许每秒单比特级数据传输，这对人工智能、大数据等技术在电厂控制层面的应用来说是致命的，单比特级的数据传输使得智能模型无法下发到控制平台参与控制。
[0008]综上所述，现有的智慧电厂架构并不能完全落地实施，需要一种智慧电厂云边端纵向架构系统及方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种智慧电厂云边端纵向架构系统，该架构能够实现厂际云与厂侧边缘云二级云有效协同以及厂侧边缘云与电厂智能控制平台的安全可靠协同。
[0010]为达到上述目的，本专利技术所述的智慧电厂云边端纵向架构系统包括厂际云平台、若干智能控制平台及若干厂侧边缘云平台，其中，一个智能控制平台对应一个厂侧边缘云平台及一个发电厂，其中，一个智能控制平台及对应的厂侧边缘云平台设置于对应的发电厂内，厂际云平台设置于在发电行业或发电集团内，智能控制平台与对应厂侧边缘云平台之间通过千兆正向隔离装置正向互联，智能控制平台与对应厂侧边缘云平台之间通过网络开关装置及百兆反向隔离装置反向互联，各厂侧边缘云平台与厂际云平台通过电力专网双向互联。
[0011]在工作时，智能控制平台将数据经千兆正向隔离装置上传至厂侧边缘云平台中进行预处理，厂侧边缘云平台将预处理后的数据通过电力专网上传至厂际云平台，厂际云平台将发电厂所需的智能控制模型以及共性应用或衍生数据通过电力专网下发至各厂侧边缘云平台，厂侧边缘云平台将接收到的智能控制模型或衍生数据经网络开关装置及百兆反向隔离装置下发至智能控制平台。
[0012]所述智能控制平台包括高性能服务器、若干PLC控制器及若干通信卡件，其中，一个PLC控制器对应一个通信卡件，高性能服务器通过控制总线与各PLC控制器相连接，PLC控制器经对应通信卡件与DCS系统相连接。
[0013]所述高性能服务器用于智能控制模型的推理运行及数据运算服务，各PLC控制器用于运行发电厂现有DCS系统无法兼容的智能控制算法，各通信卡件用于将各PLC控制器的数据单向同步至DCS系统；高性能服务器中设置有OPC客户端，DCS系统采集的数据通过OPC客户端与DCS系统中的OPC服务器端以单向安全通信的方式单向传输至高性能服务器。
[0014]所述厂侧边缘云平台为轻量化私有边缘云，厂侧边缘云平台部署于智慧电厂内的安全Ⅲ区。
[0015]厂际云平台采用工业互联网架构，采用100
‑
400个服务器节点。
[0016]厂际云平台分为云化资源层、数据资源及服务层和前台应用层，云化资源层采用开源OpenStack技术构建而成，数据资源及服务层包括大数据管理、大数据处理引擎管理、数据开发工具以及软件工程开发测试部署工具，前台应用层基于微服务架构构建而成。
[0017]所述厂侧边缘云平台将各种智能控制模型或衍生数据经网络开关装置及百兆反向隔离装置下发至发电厂的智能控制平台的具体过程为：将高性能服务器与DCS系统隔离开，然后手动打开网络开关装置，最后将各智能控制模型或衍生数据通过百兆反向隔离装置下发到智能控制平台，由智能控制平台直接参与电厂生产控制。
[0018]所述智能控制平台直接参与电厂生产控制有两种方式，第一方式为：厂侧边缘云
平台将训练好的智能控制模型以分层Docker形式下发到高性能服务器，高性能服务器进行智能控制模型的实时推理，高性能服务器通过控制总线将实时推理结果发送至相应的PLC控制器中，直接实现电厂生产控制；第二方式为：将高性能服务器中智能控制模型的实时推理结果下发至对应的PLC控制器，然后将PLC控制器的控制指令发送到DCS系统，通过DCS系统原有的控制回路实现电厂控制。
[0019]以分层Docker形式在下发智能控制模型到高性能服务器时，首先下发完整的Docker Base镜像供各智能控制模型共享，当需要下发任一新的智能控制模型或任一智能控制模型有更新时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智慧电厂云边端纵向架构系统，其特征在于，包括厂际云平台(3)、若干智能控制平台(1)及若干厂侧边缘云平台(2)，其中，一个智能控制平台(1)对应一个厂侧边缘云平台(2)及一个发电厂，其中，一个智能控制平台(1)及对应的厂侧边缘云平台(2)设置于对应的发电厂内，厂际云平台(3)设置于在发电行业或发电集团内，智能控制平台(1)与对应厂侧边缘云平台(2)之间通过千兆正向隔离装置(6)正向互联，智能控制平台(1)与对应厂侧边缘云平台(2)之间通过网络开关装置(5)及百兆反向隔离装置(7)反向互联，各厂侧边缘云平台(2)与厂际云平台(3)通过电力专网(4)双向互联。2.根据权利要求1所述的智慧电厂云边端纵向架构系统，其特征在于，在工作时，智能控制平台(1)将数据经千兆正向隔离装置(6)上传至厂侧边缘云平台(2)中进行预处理，厂侧边缘云平台(2)将预处理后的数据通过电力专网(4)上传至厂际云平台(3)，厂际云平台(3)将发电厂所需的智能控制模型以及共性应用或衍生数据通过电力专网(4)下发至各厂侧边缘云平台(2)，厂侧边缘云平台(2)将接收到的智能控制模型或衍生数据经网络开关装置(5)及百兆反向隔离装置(7)下发至智能控制平台(1)。3.根据权利要求1所述的智慧电厂云边端纵向架构系统，其特征在于，所述智能控制平台(1)包括高性能服务器(8)、若干PLC控制器(9)及若干通信卡件(10)，其中，一个PLC控制器(9)对应一个通信卡件(10)，高性能服务器(8)通过控制总线与各PLC控制器(9)相连接，PLC控制器(9)经对应通信卡件(10)与DCS系统相连接。4.根据权利要求1所述的智慧电厂云边端纵向架构系统，其特征在于，所述高性能服务器(8)用于智能控制模型的推理运行及数据运算服务，各PLC控制器(9)用于运行发电厂现有DCS系统无法兼容的智能控制算法，各通信卡件(10)用于将各PLC控制器(9)的数据单向同步至DCS系统；高性能服务器(8)中设置有OPC客户端，DCS系统采集的数据通过OPC客户端与DCS系统中的OPC服务器端以单向安全通信的方式单向传输至高性能服务器(8)。5.根据权利要求1所述的智慧电厂云边端纵向架构系统，其特征在于，所述厂侧边缘云平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵章明，高林，王林，李军，高海东，肖勇，胡昕，郑清瀚，何胜，李华，周俊波，王明坤，侯玉婷，查玲，王文毓，高耀岿，雷杨祥，郭彦君，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司西安西热控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：