基于數(shù)據(jù)湖的智慧電廠IMS平臺建設及應用

馬振濤 李奇穎 陳潔 趙陽 朱濤

一、 背景

電力是推動社會發(fā)展必不可少的因素，是智慧城市的重要基礎和核心，也是智慧城市建設的一項重要內(nèi)容。2016年2月國家發(fā)展改革委、能源局、工信部印發(fā)了《關于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見》，提出推動互聯(lián)網(wǎng)、信息技術與能源行業(yè)深度融合，促進智慧能源的發(fā)展，走出綠色、環(huán)保、可持續(xù)的能源發(fā)展之路。我國電力發(fā)展步入新常態(tài)，電力市場競爭日益激烈，電力企業(yè)面臨的生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境復雜嚴峻，電力企業(yè)處于關鍵的轉型變革時期，運用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G和區(qū)塊鏈等新一代信息技術與發(fā)電運營管理深度融合，實現(xiàn)基建數(shù)字化、發(fā)電智能化、管理精細化、決策智慧化，解決電力企業(yè)面臨的分析和診斷結果與發(fā)電生產(chǎn)管理脫節(jié)、環(huán)保、安全等問題，建設智慧電廠勢在必行。

二、智慧電廠IMS平臺技術架構

智慧管理（IMS）平臺由邊緣層、IaaS層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應用層、交互層以及標準規(guī)范體系和信息安全體系組成，其技術架構如圖1所示。

（一）邊緣層

邊緣層實現(xiàn)智能視頻、門禁、智能穿戴設備、無人機、機器人等智能工器工具以及發(fā)電設備、人員、控制系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等的平臺接入、協(xié)議轉換與邊緣數(shù)據(jù)處理。

（二）IaaS層

IaaS層提供虛擬化的計算資源、網(wǎng)絡資源、存儲資源，是智慧電廠IMS平臺運行的基礎。

關于網(wǎng)絡資源，通過生產(chǎn)控制網(wǎng)、管理信息網(wǎng)和工業(yè)無線網(wǎng)提供安全可靠和高性能的網(wǎng)絡傳輸。其中采用工信部無[2015]65號政策鼓勵規(guī)模推廣使用的1.8GHz電力業(yè)務專網(wǎng)頻率，提供較高質量的網(wǎng)絡覆蓋，將為智慧電廠建設提供強有力的寬帶無線通信保障。

（三）數(shù)據(jù)層

基于綠色、節(jié)能、環(huán)保、高效、安全的光磁融合一體化存儲技術，建立融合生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)、文檔圖片、音視頻等數(shù)據(jù)的智慧電廠數(shù)據(jù)湖，并提供所有應用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口。

（四）平臺層

平臺層作為智能電廠信息化系統(tǒng)的中間件平臺，由大數(shù)據(jù)平臺、機器學習算法平臺、應用開發(fā)平臺、統(tǒng)一報表平臺構成。

大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、共享服務等功能。機器學習算法平臺提供基于大數(shù)據(jù)的科學計算、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)建模、機器學習、深度學習的綜合型算法工具，滿足大數(shù)據(jù)應用及各類業(yè)務應用的需要。應用開發(fā)平臺具備業(yè)界通用的微服務開發(fā)、運維一體化的支撐能力，提供相應可視化開發(fā)工具和公共組件以及基于中間件、容器、平臺等多種運行環(huán)境，能夠兼容單體架構和微服務架構的開發(fā)、兼容多種瀏覽器及版本，具備快速開發(fā)能力、組件豐富、兼容性高、云開發(fā)能力等特色化業(yè)務。統(tǒng)一報表平臺配置可視化分析與報表系列產(chǎn)品，支持多數(shù)據(jù)源，并提供多樣化的圖形及表格展示方式，同時具備數(shù)據(jù)的過濾、鉆取、刷取、關聯(lián)、變換、旋轉、切片等智能化機制。

（五）應用層

以智慧管控平臺為支撐，依托高效管理、安全管控、設備健康、經(jīng)濟運行、智慧售電五大業(yè)務主線，實現(xiàn)“8+3”智慧工程以及智能安全、智能營銷、智能設備等11個智慧管理等應用。

（六）交互層

交互層實現(xiàn)用戶管理以及用戶訪問，并支持移動客戶端應用。

（七）信息安全體系

IMS具有統(tǒng)一網(wǎng)絡信息安全保護體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡空間立體協(xié)同防護，網(wǎng)絡信息安全業(yè)務實現(xiàn)模塊按需要部署，實現(xiàn)網(wǎng)絡信息安全統(tǒng)一監(jiān)測指揮、各安全業(yè)務模塊化具體負責安全事件處置的統(tǒng)一網(wǎng)絡安全保護機制。

（八）標準規(guī)范體系

標準規(guī)范體系對IMS平臺相關的架構、接口、建模等技術進行規(guī)范，保障平臺研發(fā)、建設、運行和服務。

三、應用及效果

智慧管理IMS平臺主要實現(xiàn)對工程實施現(xiàn)場以及電廠設備、燃料、運行、經(jīng)營等方面的智慧管控。

（一）智慧工程

智慧工程應用基于EPC模式以及基于N類智能支撐設備，打造“8+3”智慧應用模塊，構建集團公司、實施電廠、EPC總包方、監(jiān)理單位、分包商、供應商等7類角色關系網(wǎng)，實現(xiàn)人員、物資、成本、進度、質量、環(huán)境等6大要素管控。

（二）智能安全

采用三維建模、人員定位、電子圍欄、生物識別、視頻分析、門禁動態(tài)授權、移動智能終端、大數(shù)據(jù)分析等先進的技術手段，對“物防、人防、技防”全面智能化升級改造，實現(xiàn)事故鏈條物理閉鎖、現(xiàn)場作業(yè)智能風險管控、風險辨識、實時違章告警等功能，規(guī)范運行和檢修作業(yè)過程，強化管理人員上崗到位，實現(xiàn)人員安全、設備安全、環(huán)境安全、管理安全管控，保障安全生產(chǎn)。

（三）智能運行

基于大數(shù)據(jù)平臺、算法平臺、人員定位、智能機器人等技術，實現(xiàn)對所有運行設備的全過程監(jiān)督、統(tǒng)計、查詢、匯總、分析、深度挖掘，利用機器學習與人工智能技術，實現(xiàn)運行管理規(guī)范化、智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能監(jiān)視、智能分析、智能對標與考核評價，保證機組高效環(huán)保運行。

（四）智能設備

采用標準數(shù)據(jù)模型規(guī)范，建立核心編碼規(guī)范，實現(xiàn)KKS位置碼、設備編碼、物資編碼、資產(chǎn)編碼聯(lián)動；基于三維建模技術，構建與實際電廠一致的虛擬電廠，實現(xiàn)三維展示與設備智能監(jiān)控，基于大數(shù)據(jù)平臺（海量歷史數(shù)據(jù)）建立設備健康狀態(tài)預測模型，提高設備可靠性與設備檢修科學性，有效防止設備欠修或過修，節(jié)省檢修成本；在此基礎上實現(xiàn)設備從選型、采購、安裝、調(diào)試、運行、檢修、改造、退役的全生命周期管理。

（五）應急管理

基于大數(shù)據(jù)平臺、VR、AR、三維技術，通過集成指揮調(diào)度、分級管理、快速反應等功能，建設業(yè)務上全面覆蓋、數(shù)據(jù)上互通共享、流程上相互銜接、管理上協(xié)調(diào)一致的應急指揮管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對應急事件事前、事中、事后（保護、預防、反應、恢復）全生命周期的智能化處置。

（六）智慧經(jīng)營

通過利潤、電價、電量實時分析以及指標管理、預算分析與管理、指標分析與管理、輔助決策等技術，實現(xiàn)精確的“實時成本”分析與“日利潤”預測，在一定的期間范圍內(nèi)反映企業(yè)的經(jīng)營成果；發(fā)揮各管理技術之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)成本的預控與動態(tài)分析，提升電廠競價上網(wǎng)分析報價能力，保證效益的最大化。

（七）智慧營銷

智慧營銷采用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進的信息化手段，結合季度變差法、灰色預測法、馬爾可夫預測法、GDP彈性系數(shù)法等算法模型，對電力交易海量數(shù)據(jù)進行清洗與分析，為市場主體提供負荷預測、價格預測和收益預測等輔助決策信息，并通過人工智能方法實現(xiàn)預測結果修正和算法模型優(yōu)化，實現(xiàn)實時管控、執(zhí)行預警、計劃考核、報價輔助等，實現(xiàn)成本管理（度電變動成本、度電固定成本、度電財務成本、度電完全成本）和電價管理（邊際電價、資金平衡電價、盈虧平衡電價、目標利潤電價）。

（八）智慧燃料

基于大數(shù)據(jù)平臺、算法模型、智能設備實現(xiàn)燃料計劃預測、采購、驗收監(jiān)管、數(shù)字化煤場、采制化一體、燃料價值鏈管理等功能，實現(xiàn)燃煤的收、耗、存對應量、質、價信息的精準化管理與全過程閉環(huán)管控。

（九）智慧物資

利用二維碼實現(xiàn)物資的到貨驗收、出入庫、領料、退庫、退貨、盤點的自動化，實現(xiàn)倉儲的智慧化管理，提高工作效率，減輕人員負擔，確保盤點的實時性和準確性。結合物資計劃申報制度和平衡利庫技術，全面降低庫存成本，并借助人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、業(yè)務管理模型及方法等手段推進物資管理的規(guī)范化、精細化、智能化、柔性化庫存管理。

（十）風險管控

圍繞公司整體戰(zhàn)略規(guī)劃和經(jīng)營目標，建設智能風險管控體系，通過采集與集成公司相關業(yè)務智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對企業(yè)戰(zhàn)略、市場、財務、運營、法律五大風險的關鍵業(yè)務數(shù)據(jù)和核心指標進行監(jiān)控、對比、分析，實現(xiàn)在線風險識別、評估、監(jiān)控，實現(xiàn)對重點單位、主要業(yè)務及關鍵環(huán)節(jié)存在風險的超前預警，促進企業(yè)風險的可控、在控、預控。

（十一）智慧黨建

通過整合各方資源，更有效地加強組織管理，提高服務群眾水平，打造新平臺、新模式、新型態(tài)，全面提升黨建工作科學化、智能化管理水平。

（十二）一體化管理

利用智慧企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)架構，結合企業(yè)管理相關制度、標準和實際情況，建設涵蓋智慧企業(yè)建設所需的行政辦公、人力資源、智慧班組、智慧法務、智能工作臺等管理相關內(nèi)容，構建一體化管理平臺。

四、結論

本文提出了一種基于數(shù)據(jù)湖的智慧電廠IMS平臺解決方案，并介紹了其在安全、運行、經(jīng)營、營銷等方面的應用。該IMS平臺圍繞人員、區(qū)域安全管控，利用定位、視頻識別等技術，融合業(yè)務管控流程，實現(xiàn)主動安全管控；圍繞重要系統(tǒng)和設備的健康狀況，利用視頻分析、大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)設備故障預警；圍繞機組和設備的經(jīng)濟、環(huán)保運行，利用大數(shù)據(jù)分析技術，提升機組和設備的運行水平；融合經(jīng)營與外部數(shù)據(jù)、實現(xiàn)成本、電價、負荷實時聯(lián)動，實現(xiàn)售電輔助決策，提升市場的適應性；整合廠內(nèi)數(shù)據(jù)、優(yōu)化業(yè)務流程、減少崗位設置，實現(xiàn)高效一體化管理。智慧管理IMS平臺助力打造安全一流、技術一流、質量一流、效益一流的智慧電廠。

作者單位：馬振濤 國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心

李奇穎、趙陽、朱濤 北京易華錄信息技術股份有限公司

李奇穎 北京科技大學

陳潔 國電龍源電氣有限公司