湖北能源生產(chǎn)信息管理平臺規(guī)劃設(shè)計(jì)

袁喜來，嚴(yán)敬川，汪涂維

(湖北能源集團(tuán)股份有限公司，湖北 武漢 430077)

近5年，湖北能源集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱湖北能源)水、火、風(fēng)、光等類型的電力生產(chǎn)規(guī)模不斷增加；天然氣、熱力與煤炭板塊不斷開拓；清江、溇水、南河、郁江4個(gè)流域水庫調(diào)度與防洪發(fā)電進(jìn)入全局統(tǒng)籌模式。湖北能源的生產(chǎn)信息種類繁多、數(shù)量大、分布廣，數(shù)據(jù)的管理、分析、應(yīng)用等工作量龐大。截止2018年12月，湖北能源可控發(fā)電裝機(jī)722.67萬kW，其中水電裝機(jī)369.43萬kW、火電裝機(jī)263萬kW、風(fēng)電裝機(jī)61.94萬kW、光伏裝機(jī)28.3萬kW，天然氣管網(wǎng)819 km。

1 當(dāng)前生產(chǎn)信息應(yīng)用存在的問題

1)不能全面自動(dòng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)電量、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、水雨情、風(fēng)功率、天然氣供應(yīng)和熱力供應(yīng)、環(huán)保等信息不能全面及時(shí)采集，湖北能源不能實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)狀，及時(shí)指揮協(xié)調(diào)生產(chǎn)，不利于生產(chǎn)效益最大化。

2)缺乏有效生產(chǎn)經(jīng)營分析策略、指標(biāo)評估方法與工具。對較為關(guān)鍵性的指標(biāo)無法進(jìn)行有效管理，仍然較為依賴于人工管理，未能從繁重的統(tǒng)計(jì)報(bào)表工作中解放出來，未能將人的主要精力用在發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化生產(chǎn)流程等方面，無法進(jìn)一步促進(jìn)湖北能源生產(chǎn)管理水平的提高。

2 適應(yīng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求的信息目標(biāo)

發(fā)電量與線路狀態(tài)自動(dòng)采集與自動(dòng)報(bào)送可讓最基本的生產(chǎn)狀況處于實(shí)時(shí)掌控中，滿足最基本生產(chǎn)管理需求。

水庫防洪與調(diào)度的目標(biāo)是根據(jù)水利樞紐特性、設(shè)計(jì)指標(biāo)、在滿足水利樞紐安全、水電站以及電網(wǎng)安全的前提下，充分利用鄂西水庫群的水庫庫容、鄂西雨洪資源，進(jìn)行合理調(diào)度，充分發(fā)揮鄂西水利樞紐工程的聯(lián)合防洪興利作用，最大限度地滿足電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰需要，提高水資源的綜合利用效益。

設(shè)備可靠性管理為湖北能源主力機(jī)組的檢修、技改計(jì)劃的決策,精準(zhǔn)施策提供有力支撐。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評價(jià)與行業(yè)指標(biāo)進(jìn)行對比，評價(jià)；水電廠可通過雨量、水耗、入庫水量等指標(biāo)的對比，合理調(diào)配水資源，提高流域水資源利用率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]?；痣姀S則可以通過燃煤成本、度電煤耗、入爐煤標(biāo)單、負(fù)荷率等指標(biāo)的優(yōu)化提高管理水平和層次[2]。

氣象數(shù)據(jù)分析與電力生產(chǎn)結(jié)合，滿足迎峰度冬、迎峰度夏、節(jié)日與非常時(shí)期保電等，冬季風(fēng)電場運(yùn)行安排，極端氣象下的風(fēng)電場應(yīng)急處置等需求。

智能生產(chǎn)報(bào)表實(shí)現(xiàn)對采集來的各種不同類型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)依據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行自動(dòng)加工處理形成各類報(bào)表。

生產(chǎn)信息發(fā)布為各類型用戶提供數(shù)據(jù)訂閱推送服務(wù)，授權(quán)用戶按需通過Web或者APP訪問。

為此，必須適應(yīng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)需要，規(guī)劃設(shè)計(jì)建立生產(chǎn)信息管理平臺，以提高生產(chǎn)經(jīng)營決策能力及管理水平。

3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)治理

3.1 數(shù)據(jù)分類與數(shù)據(jù)源

為實(shí)現(xiàn)上述業(yè)務(wù)需要基礎(chǔ)生產(chǎn)能力、生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)及可靠性指標(biāo)、實(shí)時(shí)水雨情、環(huán)保、氣象等7類數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)源分布如表1所示。

3.2 數(shù)據(jù)治理路線

如3.1所述，生產(chǎn)數(shù)據(jù)界定在反應(yīng)生產(chǎn)實(shí)況、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)力利用水平的關(guān)鍵數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。因此，必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分層，歸集，清洗，提取到關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)，與行業(yè)對標(biāo)，為生產(chǎn)服務(wù)，發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值。該平臺的數(shù)據(jù)治理路線如圖1所示，主要包括7個(gè)重點(diǎn)。

1)數(shù)據(jù)采集。從各單位的安全1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)采集經(jīng)過符合規(guī)范的各單位的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息與生產(chǎn)管理信息，從源頭上保證數(shù)據(jù)真實(shí)、可信、可靠。

2)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與行業(yè)對比。依據(jù)國家、行業(yè)、三峽集團(tuán)生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立湖北能源的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算各類行業(yè)指標(biāo)，與行業(yè)對比分析。通過指標(biāo)管理不斷促進(jìn)湖北能源生產(chǎn)管理運(yùn)營水平的提升。

表1 數(shù)據(jù)庫分布

續(xù)表1

圖1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)治理路線

3)數(shù)據(jù)治理。對數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍界定，分類，分層，歸集，清洗。

4)數(shù)據(jù)模型。對水、火、風(fēng)、光等數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)邏輯模型與存儲模型。

5)數(shù)據(jù)管控體系。對數(shù)據(jù)分級與審計(jì)。數(shù)據(jù)異常監(jiān)控與處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量持續(xù)提升。

6)數(shù)據(jù)服務(wù)。為各類型用戶提供電量、水情、機(jī)組與線路、氣象、環(huán)保、天然氣、熱力等數(shù)據(jù)。

7)應(yīng)用場景以及數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)布。針對湖北的能源具體的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)建立應(yīng)用場景，提供生產(chǎn)表報(bào)、運(yùn)行評價(jià)、信息發(fā)布等服務(wù)。

4 數(shù)據(jù)規(guī)范

數(shù)據(jù)規(guī)范明確了湖北能源生產(chǎn)信息平臺數(shù)據(jù)接口的基本要求，對表中的字段的名稱、含義、數(shù)據(jù)類型，采集周期做了詳細(xì)的說明，包括基礎(chǔ)生產(chǎn)能力庫、生產(chǎn)計(jì)劃庫、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及可靠性，實(shí)時(shí)生產(chǎn)庫、實(shí)時(shí)水雨情庫、環(huán)保庫與氣象庫等，共7類數(shù)據(jù)庫表信息的存儲結(jié)構(gòu)，共65張表。

表結(jié)構(gòu)描述包括：中文表名、表標(biāo)識、表體和字段描述4個(gè)部分；中文表名是每個(gè)表結(jié)構(gòu)的中文名稱，用簡明扼要的文字表達(dá)該表所描述的內(nèi)容。表標(biāo)識是用于識別表的分類及命名，本標(biāo)準(zhǔn)中表標(biāo)識為其中文表名的英文縮寫。表體以表格的形式表示，包括字段名、標(biāo)識符、類型及長度、有無空值、計(jì)量單位、主鍵、外鍵、索引序號。字段描述用于描述每個(gè)字段的意義以及取值范圍、數(shù)值精度、計(jì)量單位等。

同時(shí)，該規(guī)范對湖北能源的所有的公司、廠站、機(jī)組、開關(guān)等進(jìn)行了統(tǒng)一編號，并預(yù)留了空間，為將來各個(gè)單位的數(shù)據(jù)入庫歸位做了統(tǒng)一規(guī)劃。

5 生產(chǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)用

1)發(fā)電業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析、生產(chǎn)經(jīng)營情況分析、可靠性分析、水情水文監(jiān)視、環(huán)保監(jiān)督；

2)水電類、熱電類、風(fēng)電類、光伏類經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)管理與分析；

3)自動(dòng)簡報(bào)功能、定制化文檔、定制化匯報(bào)演示材料；

4)提供網(wǎng)頁、手機(jī)APP、短信等多種信息查詢方式，面向全公司各個(gè)生產(chǎn)單位，授權(quán)用戶分級使用。

6 平臺部署結(jié)構(gòu)

6.1 平臺基礎(chǔ)軟硬件結(jié)構(gòu)

平臺基礎(chǔ)軟硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，湖北能源本部軟硬件主要包括：云操作系統(tǒng)、主機(jī)4臺、云存儲2臺、存儲交換機(jī)2臺、帶光交換模塊的路由交換機(jī)2臺、入侵檢測裝置1臺(利舊)、防火墻2臺(其中1臺利舊)、時(shí)鐘系統(tǒng)1套；各個(gè)接入點(diǎn)在滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求的基礎(chǔ)上因地制宜接入湖北能源本部，系統(tǒng)性能指標(biāo)如表2所示，主要硬件性能指標(biāo)見表3。

云操作系統(tǒng)同時(shí)融合計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等虛擬化技術(shù)，有利于統(tǒng)一管理硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)與存儲資源；支持從單臺服務(wù)器到多個(gè)分布式數(shù)據(jù)中心的管理，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求調(diào)度資源進(jìn)行分布計(jì)算[3]，相對于單臺物理主機(jī)能夠節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間[4]，提高效率，有利于基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維與湖北能源業(yè)務(wù)流程的戰(zhàn)略性結(jié)合。

6.2 平臺軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)自下至上分別是：信息采集層、運(yùn)行環(huán)境層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和應(yīng)用展示層；同時(shí)安全保障體系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系貫穿整體系統(tǒng)。系統(tǒng)框架圖如圖3所示。

信息采集主要通過ESB(Enterprise Services Bus)實(shí)現(xiàn)，比傳統(tǒng)中間件提供了更加靈活高效的服務(wù)管理方法，消除了不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的技術(shù)上的差異，實(shí)現(xiàn)分布式異構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行服務(wù)交互[5]。

數(shù)據(jù)資源層介于運(yùn)行環(huán)境層和應(yīng)用支撐層之間，為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，整合基礎(chǔ)生產(chǎn)能力、生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)生產(chǎn)、實(shí)時(shí)水雨情、環(huán)保、氣象、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及可靠性等數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)平臺包含有三個(gè)部分：生產(chǎn)信息綜合數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)共享交換平臺、數(shù)據(jù)庫維護(hù)系統(tǒng)。

應(yīng)用支撐層為業(yè)務(wù)功能的定制化開發(fā)、應(yīng)用與管理提供支撐。應(yīng)用支撐平臺包括公共基礎(chǔ)服務(wù)、應(yīng)用支撐服務(wù)以及資源服務(wù)管理。各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)建立在應(yīng)用支撐平臺與數(shù)據(jù)平臺的主體框架之上。

軟件框架依據(jù)數(shù)據(jù)治理路線，基于先進(jìn)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、信息采集、數(shù)據(jù)交換、面向服務(wù)、空間影像、移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代化的信息技術(shù)，集“多源數(shù)據(jù)采集與信息存儲、大數(shù)據(jù)融合與知識發(fā)現(xiàn)、智能輔助決策與運(yùn)營評價(jià)”為一體，使得湖北能源生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)具有“一套規(guī)范、兩個(gè)平臺、五個(gè)系統(tǒng)、多種終端、一站式應(yīng)用”特點(diǎn)。

指標(biāo)要求系統(tǒng)可用性1)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)采用冗余配置,任何時(shí)刻都能保證主備機(jī)的互相切換,切換時(shí)無擾動(dòng),熱備用計(jì)算機(jī)切換時(shí)間(從故障發(fā)生到所有功能完全恢復(fù)) <30 s2)系統(tǒng)年可利用率≥ 99.95%系統(tǒng)可靠性1)平均無故障間隔時(shí)間(MTBF) 計(jì)算機(jī)(含磁盤)≥8 000 h模件(處理板、接口板、電源)≥34 000 h2)由于偶發(fā)性故障而發(fā)生自動(dòng)啟動(dòng)的平均次數(shù):≤1次/3 600 h系統(tǒng)資源技術(shù)指標(biāo)1)CPU負(fù)荷率正常情況下計(jì)算機(jī)CPU負(fù)荷率:≤30%(任意5 min內(nèi))高活躍狀態(tài)下計(jì)算機(jī)CPU負(fù)荷率:≤50%(任意5 min內(nèi))服務(wù)器硬盤容量至少留有50%的備用容量,當(dāng)磁盤容量小于15%時(shí)給出提示和報(bào)警在線運(yùn)行的服務(wù)器內(nèi)存占用量:≤40%2)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率正常情況下網(wǎng)絡(luò)平均負(fù)荷率:≤5%(任意5 min內(nèi))高活躍情況下網(wǎng)絡(luò)平均負(fù)荷率:≤10%(任意5 min內(nèi))3)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲指標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線保存時(shí)間不小于1年歷史數(shù)據(jù)在線保存時(shí)間不小于10年氣象衛(wèi)星云圖和閘門圖像信息保存時(shí)間不小于3個(gè)月,典型衛(wèi)星云圖可長期保存所有服務(wù)器磁盤容量至少留有50%的備用容量,當(dāng)磁盤容量少于10%(可調(diào))時(shí)給出提示和報(bào)警

表3 主要硬件性能指標(biāo)

圖3 平臺軟件結(jié)構(gòu)

7 結(jié) 語

該信息平臺是對湖北能源各方面業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和深度挖掘，實(shí)時(shí)掌握并綜合利用水、風(fēng)、光、煤、環(huán)保、熱力、氣象等數(shù)據(jù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)火電、水電，風(fēng)電、光伏發(fā)電生產(chǎn)，提高管理水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源優(yōu)化配置，最大化生產(chǎn)效益。