流域水電站大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用

柴 山

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊犁835000）

1 引言

流域內(nèi)水電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方集控，生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)施“少人值守”的運(yùn)行管理模式，一切建立在便捷的通信網(wǎng)絡(luò)、高效的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制、可靠的設(shè)備基礎(chǔ)上。對(duì)流域各水電站的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、整理、分析、決策、存儲(chǔ)等，基于集控平臺(tái)的決策庫支持，大量數(shù)據(jù)分析對(duì)精準(zhǔn)決策具有更強(qiáng)的支撐性，水電站的運(yùn)行安全、事故降低、調(diào)度經(jīng)濟(jì)、決策精準(zhǔn)、聯(lián)調(diào)高效等方面都上了一個(gè)新臺(tái)階，在滿足安全運(yùn)行生產(chǎn)需要的前提下，更加經(jīng)濟(jì)地節(jié)省了運(yùn)行成本。

2 大數(shù)據(jù)平臺(tái)的組成及主要功能

一體化管控平臺(tái)是整個(gè)流域水電站大數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心，總體分為數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)訪問層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用服務(wù)層，負(fù)責(zé)全業(yè)務(wù)流程的管理，覆蓋數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層、人機(jī)界面層等多層應(yīng)用［1］，見圖1。數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)訪問層，根據(jù)IEC61850、61970系列標(biāo)準(zhǔn)制定了統(tǒng)一的水電廠數(shù)據(jù)通用模型，利用共享數(shù)據(jù)開展水情監(jiān)測、電站監(jiān)控的各項(xiàng)業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層主要應(yīng)用于各類業(yè)務(wù)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全裝置的搭建，以及基于此規(guī)劃策略的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用框架，不同網(wǎng)絡(luò)層的框架建立與互通為大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建提供了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)用服務(wù)層以基于服務(wù)接口的遠(yuǎn)程調(diào)用，將不同業(yè)務(wù)接口進(jìn)行各類遠(yuǎn)程發(fā)布，保證了系統(tǒng)業(yè)務(wù)接口的復(fù)用性，同時(shí)進(jìn)一步應(yīng)用基于異步消息的通信機(jī)制與基于IEC61850的通信服務(wù)。

（1）各系統(tǒng)之間的通信和對(duì)外網(wǎng)絡(luò)的通信，由多個(gè)進(jìn)程構(gòu)成，能及時(shí)準(zhǔn)確地記錄通信日志記錄。數(shù)據(jù)通信傳輸軟件采用標(biāo)準(zhǔn)通信接口完成各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸，可以自動(dòng)采集各現(xiàn)地設(shè)備和子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集采用多進(jìn)程工作模式，模塊化設(shè)計(jì)，支持多信道采集和多種通信協(xié)議，支持?jǐn)U展信道和協(xié)議，運(yùn)行參數(shù)在線配置，具備集成化監(jiān)視界面，可以查看信道狀況以及原始來報(bào)碼、當(dāng)前信息以及運(yùn)行參數(shù)配置。同時(shí)與各個(gè)系統(tǒng)采用不同方式通信，采集的數(shù)據(jù)附有狀態(tài)描述的質(zhì)量標(biāo)志和來源標(biāo)志，并支持多源數(shù)據(jù)的采集。通道和網(wǎng)絡(luò)故障，造成重要信息的傳輸中斷，當(dāng)通道或通信網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)連通。系統(tǒng)通信通道、通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)變化切換時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信息，發(fā)出報(bào)警召喚，方便運(yùn)維人員及時(shí)處理。

圖1 一體化平臺(tái)組成

數(shù)據(jù)共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中的數(shù)據(jù)庫共享，實(shí)現(xiàn)集中的數(shù)據(jù)中心、服務(wù)中心、應(yīng)用中心，提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)服務(wù)，為全景數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)支撐。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的要求進(jìn)行安全分區(qū)，生產(chǎn)控制區(qū)（安全Ⅰ區(qū)）和非控制區(qū)（安全Ⅱ區(qū)），業(yè)務(wù)包括：水電站、水情水調(diào)、工程檢測、防洪決策。安全Ⅰ區(qū)包括電廠監(jiān)控和水情水調(diào)，安全Ⅱ區(qū)分為水情監(jiān)測和工程監(jiān)測Ⅱ區(qū)。管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)）業(yè)務(wù)包括：生產(chǎn)管理系統(tǒng)、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警、安防系統(tǒng)等，同時(shí)Ⅲ區(qū)還承載工業(yè)電視專用數(shù)據(jù)網(wǎng)。安全I(xiàn)區(qū)和II均采用雙網(wǎng)冗余的方式，各安全區(qū)之間采用專用、可靠的安全隔離設(shè)施，提高了各業(yè)務(wù)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、安全性。

（2）流域水電廠大數(shù)據(jù)平臺(tái)采用數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模，將不同類型的模型數(shù)據(jù)全景展示與查詢，利用通用模型選點(diǎn)功能，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的模型資源管理。采用面向服務(wù)的組件模型，組織各種不同類型的數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)度，具備多種在線分析與智能化應(yīng)用功能，不同功能服務(wù)之間相互獨(dú)立，同時(shí)通過系統(tǒng)服務(wù)架構(gòu)統(tǒng)一發(fā)布，利用多類型、多功能的應(yīng)用模塊組合實(shí)現(xiàn)智能化平臺(tái)的業(yè)務(wù)支撐層。

支持61850的模型導(dǎo)入，在統(tǒng)一建模規(guī)范的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)外部61850設(shè)備建模信息導(dǎo)入；完成統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型與監(jiān)控類應(yīng)用的格式與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理應(yīng)用開發(fā)。大數(shù)據(jù)平臺(tái)各層系統(tǒng)IEC61850通信開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與多客戶端通信的程序架構(gòu)，并進(jìn)行調(diào)試，開發(fā)寫入平臺(tái)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的接口與處理函數(shù)。

支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和XML語言兩種方式描述水電數(shù)據(jù)模型庫，以提高模型的靈活性和擴(kuò)展性。公用數(shù)據(jù)模型主要以設(shè)備的層次關(guān)系為依據(jù)而建立，根據(jù)水電調(diào)度所涉及的數(shù)據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)模型則通過水庫、水電機(jī)組、泄水建筑物、運(yùn)行評(píng)價(jià)等大類進(jìn)行組織。

（3）可定制的人機(jī)頁面，采用XML解析的程序運(yùn)行定制界面，整體風(fēng)格控制，消息通信、權(quán)限控制等，完成基礎(chǔ)控件封裝，業(yè)務(wù)類應(yīng)用功能的框架集成。實(shí)現(xiàn)報(bào)表模塊的封裝，根據(jù)智能水電廠應(yīng)用需求修改報(bào)表運(yùn)行模式與交互模式，實(shí)現(xiàn)編輯態(tài)、運(yùn)行態(tài)的應(yīng)用支持，以此為基礎(chǔ)強(qiáng)化報(bào)表的應(yīng)用功能。

統(tǒng)一圖元應(yīng)用框架，自繪圖元與控件統(tǒng)一封裝、展示，基礎(chǔ)圖元以及數(shù)據(jù)展示行為定制，并進(jìn)行部分業(yè)務(wù)圖元的封裝，如過程線圖、累計(jì)量柱狀圖、沿程水面線圖等應(yīng)用圖元。

監(jiān)控類應(yīng)用組件的模塊接入，實(shí)現(xiàn)在智能水電廠統(tǒng)一定制界面中的監(jiān)控組件的開發(fā)與展示，完成后臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口的提取與接口開發(fā)。實(shí)現(xiàn)水調(diào)類業(yè)務(wù)查詢，如分析查詢、比較查詢、綜合查詢等，將不同類型數(shù)據(jù)的展示分析功能同步進(jìn)行。

以喀什大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)2014級(jí)14-5班和14-6班作為授課對(duì)象，合班授課．其中：14-5班為雙語班，共32名學(xué)生；14-6班為漢語言班，共30名學(xué)生．

大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用業(yè)務(wù)后臺(tái)程序設(shè)計(jì)，基于C語言編程規(guī)范。利用平臺(tái)提供的大量庫文件及各類型支持文件，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)類、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)類、硬件接口配置等類。便于平臺(tái)后續(xù)的業(yè)務(wù)擴(kuò)展、更新，針對(duì)報(bào)警單元，可自定義接入源的種類、方式，報(bào)警輸出的展現(xiàn)方式，判斷策略可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際靈活選擇。

3 水電站的預(yù)報(bào)預(yù)警和多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

（1）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式的報(bào)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了方案、策略多樣化的報(bào)警框架，運(yùn)行監(jiān)視、界面設(shè)置，報(bào)警發(fā)送，方案配置與匹配。大數(shù)據(jù)平臺(tái)根據(jù)業(yè)務(wù)的不同特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)以報(bào)表、圖形、語音、光字、簡報(bào)、短信息等方式呈現(xiàn)。

完成長期徑流預(yù)報(bào)、短期來水量預(yù)測、洪水預(yù)演、發(fā)電計(jì)劃經(jīng)濟(jì)調(diào)度等。利用相關(guān)策略設(shè)定、過濾，以滿足生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的技術(shù)需求。

（2）水電站多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，以往水電站各個(gè)系統(tǒng)單元都獨(dú)立運(yùn)行、分別建設(shè)、服務(wù)供應(yīng)商多，數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)、通訊規(guī)約、規(guī)范及設(shè)備編碼都有所不同，各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性較差、數(shù)據(jù)共享能力較弱，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備軟、硬件配置造成巨大的浪費(fèi)，增加了項(xiàng)目投資成本。

流域水電站大數(shù)據(jù)平臺(tái)將各水電站統(tǒng)一建模，共享數(shù)據(jù)，進(jìn)行分區(qū)管理，梯級(jí)電站間的水電聯(lián)調(diào)，增加了水資源的經(jīng)濟(jì)利用率；當(dāng)電網(wǎng)電壓、頻率異常擾動(dòng)時(shí)，依據(jù)策略的優(yōu)先級(jí)，有選擇地進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，提高發(fā)電企業(yè)的供電可靠性。利用海量有效信息進(jìn)行決策輔助，保證設(shè)備操作的可靠性、安全性。突破傳統(tǒng)的水電廠生產(chǎn)運(yùn)行控制與管理的思路，合理規(guī)劃聯(lián)動(dòng)模式，聯(lián)動(dòng)策略，由一體化管控平臺(tái)以及各需要聯(lián)動(dòng)的子系統(tǒng)間通過聯(lián)動(dòng)信息的交互解析實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、工業(yè)電視、巡檢、五防、消防等系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，見圖2。充分利用大量有效信息，輔助決策，提高操作的可靠性、安全性以及工作效率。

圖2 多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)框圖

4 系統(tǒng)特點(diǎn)和綜合效益

管控平臺(tái)一體化基于IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的水電廠標(biāo)準(zhǔn)CIM監(jiān)控軟件模型，橫跨安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和管理信息大區(qū)，縱跨廠站和集控的數(shù)據(jù)交換總線、消息總線和服務(wù)總線，構(gòu)建涵蓋電力運(yùn)行、水庫調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)度等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模型，各類基礎(chǔ)應(yīng)用的統(tǒng)一管理和發(fā)布。

多業(yè)務(wù)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，梳理優(yōu)化智能水電廠業(yè)務(wù)流程，明晰相關(guān)業(yè)務(wù)之間的協(xié)同互動(dòng)關(guān)系，建立關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)協(xié)同互動(dòng)模型，完成相關(guān)業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián)操作，形成用戶與系統(tǒng)的雙向友好互動(dòng)機(jī)制，優(yōu)化調(diào)度策略，提高運(yùn)維人員的工作效率。

智能化綜合報(bào)警，多系統(tǒng)報(bào)警信息匯聚和綜合管理，靈活組織報(bào)警策略與報(bào)警規(guī)則，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求自定義各類事件的報(bào)警級(jí)別，對(duì)外提供統(tǒng)一的報(bào)警發(fā)布和報(bào)警確認(rèn)機(jī)制，發(fā)布形式多樣化包括文字、語音、短信等各種方式。

系統(tǒng)集約化，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，以及具有多系統(tǒng)嵌入和管理能力的一體化管控平臺(tái)，為各類不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)服務(wù)、統(tǒng)一的權(quán)限管理、綜合展示界面，不同業(yè)務(wù)間的協(xié)同互動(dòng)。實(shí)現(xiàn)水電廠現(xiàn)地關(guān)門運(yùn)行，促進(jìn)人員向集控中心聚集。

業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范了適用于智能水電廠的各類現(xiàn)地自動(dòng)化設(shè)備，建立標(biāo)準(zhǔn)的水電廠CIM模型，通過制定一體化管控平臺(tái)和各類決策支持系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)水電廠業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化，減少人為操作的失誤率，為水電運(yùn)維集中托管模式奠定基礎(chǔ)。

（2）流程自動(dòng)化全面貫徹了業(yè)務(wù)協(xié)同理念，有效提高人員的工作效率；結(jié)合工作流技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用業(yè)務(wù)流程的全過程支持，提高智能水電廠的應(yīng)急響應(yīng)能力和決策指揮能力，促進(jìn)管理水平的提升。

流域水電站大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用的直接效益就是優(yōu)化水能利用率，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)減員增效，縮短建設(shè)投產(chǎn)期，降低維護(hù)成本。間接效益就是提高安全運(yùn)行水平，提高調(diào)度管理水平，提高源網(wǎng)協(xié)調(diào)能力。產(chǎn)生的社會(huì)效益，提高工程及庫區(qū)安全性，提高了流域的防災(zāi)減災(zāi)能力，加強(qiáng)供水及生態(tài)保障力，提升地方經(jīng)濟(jì)推動(dòng)力，增加電網(wǎng)運(yùn)行安全度，促進(jìn)節(jié)能環(huán)保實(shí)施。

5 結(jié)語

隨著流域水電站大數(shù)據(jù)平臺(tái)的逐步運(yùn)用與完善，通過優(yōu)化調(diào)度和精準(zhǔn)調(diào)度，確定水電聯(lián)調(diào)運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行，對(duì)來自多個(gè)水電站數(shù)據(jù)的管理，使人機(jī)交互更加舒暢、決策分析更加迅速準(zhǔn)確、運(yùn)維人員工作效率大為提升，讓相同的水量發(fā)更多的電，實(shí)現(xiàn)水資源綜合利用最大化。