數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下智慧水電一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)及其業(yè)務(wù)應(yīng)用探討

劉曉云

重慶大唐國(guó)際彭水水電開(kāi)發(fā)有限公司 重慶 409600

引言

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)中心建設(shè)成為國(guó)內(nèi)發(fā)電企業(yè)智慧電廠建設(shè)的重點(diǎn)方向之一，通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)促使傳統(tǒng)電廠形態(tài)從數(shù)字化向智能化、智慧化演進(jìn)，使電力企業(yè)在市場(chǎng)化經(jīng)營(yíng)環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)[1]。圍繞電力行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)各大高校、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展了一系列的科學(xué)研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用，并在經(jīng)營(yíng)管理、設(shè)備運(yùn)維、機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行等方面取得了良好的應(yīng)用效果[2-4]。

例如，在國(guó)內(nèi)發(fā)電領(lǐng)域，國(guó)家能源集團(tuán)針對(duì)火電環(huán)保領(lǐng)域海量環(huán)保數(shù)據(jù)難以高度利用的問(wèn)題，通過(guò)打造火電廠智慧環(huán)保平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保島系統(tǒng)的智能控制和智慧管理，提高了企業(yè)智慧化服務(wù)水平，有效降低了企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本[5]。作為國(guó)內(nèi)首個(gè)整體流域智慧水力發(fā)電企業(yè)的典型代表，國(guó)家能源投資集團(tuán)的大渡河公司，基于“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，建成了面向公司層面的綜合決策中心、專業(yè)數(shù)據(jù)中心，為智慧檢修、智慧調(diào)度等智慧應(yīng)用提供了良好的平臺(tái)支撐[6,7]。為實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的深度挖掘，雅礱江流域水電公司基于大數(shù)據(jù)技術(shù)建造水電行業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)環(huán)境下全類型、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的集中整合、存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用[8]，提高了企業(yè)數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用的能力。

當(dāng)前，大唐重慶分公司正通過(guò)推進(jìn)智慧電廠的建設(shè)，打造大數(shù)據(jù)中心、安全管控中心、優(yōu)化運(yùn)行中心、區(qū)域檢修中心和應(yīng)急指揮中心五大專業(yè)化區(qū)域智慧管控中心，逐步形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)兩大智慧支撐平臺(tái)（簡(jiǎn)稱“五中心兩平臺(tái)”），以實(shí)現(xiàn)服務(wù)基層智慧生產(chǎn)、區(qū)域智慧管控的建設(shè)目標(biāo)?；诖耍疚膰@大唐重慶分公司一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)建設(shè)實(shí)踐，對(duì)平臺(tái)架構(gòu)和典型業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 水電一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)層級(jí)架構(gòu)

一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、應(yīng)用基礎(chǔ)上的一次重大提升，在建設(shè)的過(guò)程中應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際的應(yīng)用需求進(jìn)行平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)應(yīng)用的建設(shè)[9]。大唐重慶分公司一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)在功能架構(gòu)上采用分層架構(gòu)，主要由基礎(chǔ)設(shè)施及存儲(chǔ)層、公共服務(wù)層、數(shù)據(jù)中臺(tái)層等構(gòu)成。

1.1 一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施及存儲(chǔ)層

基礎(chǔ)設(shè)施層基于海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理服務(wù)器資源、虛擬化資源，并結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的需求，利用虛擬化和云計(jì)算技術(shù)，規(guī)劃基礎(chǔ)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源，以及基礎(chǔ)云平臺(tái)的部署架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等內(nèi)容，為應(yīng)用系統(tǒng)提供計(jì)算和存儲(chǔ)資源。存儲(chǔ)層面向海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，綜合考慮存儲(chǔ)對(duì)象的差異性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具備高效數(shù)據(jù)管理技術(shù)、彈性系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)和面向應(yīng)用高負(fù)載的存儲(chǔ)優(yōu)化技術(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層可為海量數(shù)據(jù)提供Redis、InfluxDB、MongoDB、Mysql等主流數(shù)據(jù)庫(kù)。在計(jì)算引擎方面，采用Spark、Flink引擎作為平臺(tái)核心計(jì)算引擎，能夠滿足智慧電廠建設(shè)中智慧經(jīng)營(yíng)、智慧安全、智慧運(yùn)行、智慧檢修等智慧業(yè)務(wù)對(duì)海量數(shù)據(jù)的快速計(jì)算和響應(yīng)需求。

1.2 一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)公共服務(wù)層

在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施及存儲(chǔ)層上構(gòu)建公共基礎(chǔ)服務(wù)，其中計(jì)算調(diào)度引擎負(fù)責(zé)計(jì)算數(shù)據(jù)的各種操作，并將計(jì)算結(jié)果根據(jù)要求予以返回；數(shù)據(jù)采集模塊可根據(jù)任務(wù)完成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集，采集過(guò)程中進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及治理工作，并按照預(yù)定目標(biāo)入庫(kù)存儲(chǔ)；統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問(wèn)支持多種底層數(shù)據(jù)源，支持針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)類型的數(shù)據(jù)更新接口；全文檢索支持對(duì)存儲(chǔ)在對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)中的文檔進(jìn)行檢索。

1.3 一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)中臺(tái)層

一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心是數(shù)據(jù)中臺(tái)，由數(shù)據(jù)治理服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)自助分析服務(wù)模塊和大數(shù)據(jù)信息資源池組成。數(shù)據(jù)治理服務(wù)模塊包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)建模、標(biāo)簽管理等工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換、整合；數(shù)據(jù)自助分析服務(wù)為分公司各域業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供組織、人員、設(shè)備、大壩等主題的主數(shù)據(jù)建模、分析、共享服務(wù)；信息資源池包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備區(qū)、貼源數(shù)據(jù)區(qū)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)、應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，為數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)資產(chǎn)建模、機(jī)器學(xué)習(xí)建模等提供不同形式的存儲(chǔ)方式。

2 一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用點(diǎn)探討

2.1 面向海量數(shù)據(jù)的全域指標(biāo)展示

一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)基于底層存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源，在數(shù)據(jù)層面匯聚水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)資源，并經(jīng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理形成以設(shè)備、生產(chǎn)、人員、組織等為主題的數(shù)據(jù)域和以生產(chǎn)業(yè)務(wù)、發(fā)電設(shè)備為核心的數(shù)據(jù)專題庫(kù)。因此，在對(duì)全域數(shù)據(jù)進(jìn)行展示時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用展示需求，考慮規(guī)劃實(shí)現(xiàn)大屏總覽、產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)總覽、生產(chǎn)數(shù)據(jù)總覽、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)分析、組織架構(gòu)展示、典型站點(diǎn)介紹、核心技術(shù)介紹、業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)展示、業(yè)務(wù)介紹等主題內(nèi)容，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)。

2.2 多維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧管理決策

當(dāng)前，隨著電力市場(chǎng)改革的進(jìn)行，傳統(tǒng)電力經(jīng)營(yíng)模式已經(jīng)不能適應(yīng)快速發(fā)展變化的市場(chǎng)，這需要發(fā)電企業(yè)將各種生產(chǎn)管理信息進(jìn)行整合，將數(shù)據(jù)匯入大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)發(fā)用電數(shù)據(jù)、水情水調(diào)數(shù)據(jù)、機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，輔助管理者進(jìn)行經(jīng)營(yíng)決策。因此，在進(jìn)行智慧管理決策業(yè)務(wù)建設(shè)時(shí)，可考慮基于平臺(tái)海量多維數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建數(shù)據(jù)多維看板，從生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、水情、安全等主題域?yàn)榻?jīng)營(yíng)管理者提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析服務(wù)，通過(guò)模型化的分析手段，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)策略的快速市場(chǎng)化響應(yīng)。

2.3 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備狀態(tài)分析

目前，大唐重慶分公司各下屬水電站生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)分別在廠地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或集控中心數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)。在業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方面，圍繞設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷等核心關(guān)注點(diǎn)，基于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展了特定應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)工作，并取得了良好的建設(shè)成效。但在從全局來(lái)看，仍存在一些問(wèn)題。其一，各場(chǎng)站數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、字段編碼、數(shù)據(jù)表示、時(shí)鐘同步等方面存在差異性，不同場(chǎng)站系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享困難，以場(chǎng)站為單位開(kāi)展設(shè)備故障診斷不利于故障知識(shí)庫(kù)的共享；其二，廠級(jí)系統(tǒng)故障診斷平臺(tái)的數(shù)據(jù)計(jì)算能力有限，在面對(duì)復(fù)雜計(jì)算任務(wù)時(shí)，模型構(gòu)建、自適應(yīng)參數(shù)尋優(yōu)、快速求解等方面的時(shí)效性是短板問(wèn)題之一；其三，系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)性差，廠級(jí)系統(tǒng)一般專業(yè)性較強(qiáng)，關(guān)注系統(tǒng)本身功能，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)如何與其他系統(tǒng)交互的問(wèn)題有待解決。

因此，在開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)分析等業(yè)務(wù)時(shí)，可考慮在平臺(tái)海量、高維度并且具有時(shí)空分布特征的設(shè)備數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)上，發(fā)揮平臺(tái)的高效計(jì)算服務(wù)能力和與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間橫向貫通的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、運(yùn)維決策和智能聯(lián)動(dòng)。

3 一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用案例

在一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用層，大唐重慶分公司基于平臺(tái)數(shù)據(jù)資源和計(jì)算資源，面向企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理需求開(kāi)發(fā)生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)駕駛艙、設(shè)備全景信息展示與查詢、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析等功能點(diǎn)，充分發(fā)揮平臺(tái)價(jià)值。

3.1 管理層駕駛艙

管理層駕駛艙的核心價(jià)值為各級(jí)專業(yè)技術(shù)人員、管理人員、決策人員提供不同的數(shù)據(jù)參考和決策支撐。駕駛艙采用三級(jí)架構(gòu)，分為決策層駕駛艙、管理層駕駛艙、執(zhí)行層駕駛艙。決策層駕駛艙總體展示各場(chǎng)站生產(chǎn)運(yùn)行情況，設(shè)備運(yùn)行情況，安全（人員安全、設(shè)備安全等）環(huán)保工作落實(shí)情況。管理層駕駛艙展示場(chǎng)站生產(chǎn)運(yùn)行情況，設(shè)備運(yùn)行情況，以及本場(chǎng)站安全情況（人員安全，設(shè)備安全）。執(zhí)行層駕駛艙面向電廠部門管理人員，可查看本場(chǎng)站主要生產(chǎn)情況，設(shè)備運(yùn)行情況，兩票和缺陷單流程執(zhí)行情況等指標(biāo)數(shù)據(jù)。

3.2 設(shè)備全景信息展示查詢

設(shè)備全景信息展示查詢應(yīng)用包括設(shè)備全景信息展示、設(shè)備全景視圖、水輪發(fā)電機(jī)組全景信息展示等子功能。其中，設(shè)備全景信息展示提供設(shè)備視角，對(duì)平臺(tái)整合的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理展示，支持對(duì)設(shè)備各方面信息的全景展示，可以展示、查詢具體設(shè)備的全景信息。設(shè)備全景視圖以設(shè)備樹(shù)形式直觀展示全電廠的設(shè)備信息，對(duì)設(shè)備全方位信息進(jìn)行全景展示，通過(guò)定位具體設(shè)備展示、查詢?cè)O(shè)備的全景信息，包括設(shè)備的工作票、操作票、缺陷等數(shù)據(jù)。水輪發(fā)電機(jī)組全景信息展示以機(jī)組為中心，對(duì)機(jī)組主要測(cè)點(diǎn)、油溫、油位、未完成缺陷單、未完成工作票進(jìn)行全面展示，從而及時(shí)了解機(jī)組的運(yùn)行、檢修動(dòng)態(tài)。

3.3 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視與分析

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析功能包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警設(shè)置、時(shí)間趨勢(shì)分析、相關(guān)性分析、頻譜分析等子功能。狀態(tài)監(jiān)測(cè)支持對(duì)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的安裝信息、安裝情況、關(guān)聯(lián)的報(bào)警策略、報(bào)警值的便捷查詢。預(yù)警設(shè)置可自由組合多個(gè)監(jiān)測(cè)量，并滿足用戶自定義預(yù)警閾值、預(yù)警級(jí)別和預(yù)警判斷邏輯。時(shí)間趨勢(shì)分析支持對(duì)場(chǎng)站運(yùn)行工況及關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，并能根據(jù)自定義的時(shí)間段查詢?cè)诰€監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)，生成相應(yīng)圖表或者報(bào)表。相關(guān)性分析以設(shè)備測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)站擺度有功相關(guān)性、振動(dòng)有功相關(guān)性、壓力脈動(dòng)有功相關(guān)性、溫度有功相關(guān)性進(jìn)行分析。頻譜分析功能利用各種監(jiān)測(cè)手段判別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否正常，可在故障發(fā)生之前，對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)；對(duì)于已發(fā)生的故障，可經(jīng)過(guò)分析與判斷，確認(rèn)故障相關(guān)信息，為設(shè)備檢修提供參考依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

一體化大數(shù)據(jù)平臺(tái)作為大唐重慶分公司“五中心兩平臺(tái)”核心組成要素，克服了現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中困難、數(shù)據(jù)共享困難、系統(tǒng)擴(kuò)展困難等一系列難點(diǎn)，使數(shù)據(jù)經(jīng)平臺(tái)統(tǒng)一匯聚、治理后形成海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)平臺(tái)的典型業(yè)務(wù)應(yīng)用，初步發(fā)揮了平臺(tái)在駕駛艙、設(shè)備全景信息展示查詢、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視與分析等方面的數(shù)據(jù)服務(wù)能力，為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理提供了有效的分析手段，也為其他發(fā)電企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)建設(shè)提供了參考思路。