基于水電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮的輔助決策平臺研究

蔣敏，田若朝，靳帥，張斯宇

（國電大渡河枕頭壩發(fā)電有限公司，四川 樂山 614799）

現(xiàn)有國有大型水電站系統(tǒng)復(fù)雜，業(yè)務(wù)流程多樣，流域水電站的地理位置分布較廣，且大都處于偏遠山區(qū)，介于這些特殊的條件，除了保障設(shè)備的安全、可靠運行外，如何提高應(yīng)急管理水平，在發(fā)生緊急情況或事故時能及時響應(yīng)處理，也是集控中心需要解決的問題。為踐行安全生產(chǎn)建設(shè)的管理理念，提高電站安全生產(chǎn)和應(yīng)急指揮的能力，需建設(shè)一套基于電站全要素融合的生產(chǎn)應(yīng)急指揮系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)字電站生產(chǎn)應(yīng)急風(fēng)險態(tài)勢感知和決策輔助體系。開展生產(chǎn)應(yīng)急指揮平臺建設(shè)相關(guān)的探索和研究勢在必行。

1 平臺建設(shè)思路

在充分考慮信息化電廠應(yīng)急指揮輔助決策需求的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)通信、音視頻通訊等技術(shù)手段，從事件快速響應(yīng)、事故有效處理、保障電力安全運行等基本點出發(fā)，在符合電力系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案基本業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，建立一體化、高度集成的綜合管理指揮中心，掌握現(xiàn)場的實時信息，指揮調(diào)度各種資源，最終實現(xiàn)水電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮的輔助決策。

項目規(guī)劃思路從智慧電站規(guī)劃方案與實際情況和工作需要出發(fā)，總體按照“1369”思路進行規(guī)劃建設(shè)，即“一個平臺，三個階段，六大感知，九項工作”。

2 建設(shè)需求和內(nèi)容

2.1 建設(shè)需求

在充分分析現(xiàn)狀的情況下，為實現(xiàn)建設(shè)電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮平臺后，可讓生產(chǎn)部門之間在線協(xié)作，統(tǒng)一各層級信息，快速下達指令，及時反饋完成結(jié)果，從而提供應(yīng)急指揮效率。從技術(shù)角度看，水電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮輔助決策平臺建設(shè)主要包含信息采集與集成、算法模型搭建、運行機制建立三個部分。

（1）信息采集與集成?；陉P(guān)系型數(shù)據(jù)庫的采集方式，對各業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類型、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)密級等多方面進行調(diào)研分析，可使數(shù)據(jù)中心的連接部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，直接讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。需要獲取外部數(shù)據(jù)時，可以使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲方式采集數(shù)據(jù)。受各種條件因素限制，不能進行在線采集的，通過制作對應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模版，由人員自主手工操作導(dǎo)入功能填報數(shù)據(jù)。

（2）算法模型搭建。系統(tǒng)需支持基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)急指揮相關(guān)模型，如各類數(shù)據(jù)挖掘算法，包括聚類算法、分類算法、關(guān)聯(lián)分析算法、事件序列算法、回歸分析算法等。這些模型可以對電站的生產(chǎn)應(yīng)急指揮平臺數(shù)據(jù)進行分析，建立各類指標(biāo)計算、風(fēng)險預(yù)測、預(yù)警預(yù)報、自動總結(jié)等模型成果，為應(yīng)急指揮提供輔助決策。

（3）運行機制建立。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定，制定統(tǒng)一數(shù)據(jù)分類代碼、格式、命名規(guī)則和統(tǒng)計口徑等建立行業(yè)數(shù)據(jù)組織規(guī)范。確立數(shù)據(jù)管理辦法，開發(fā)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)要素數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實時態(tài)勢信息推送功能，建立多級共享的音視頻共享服務(wù)。通過采用軟件、硬件加密技術(shù)和手段，建立信息安全傳輸機制。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮輔助決策平臺的建設(shè)應(yīng)滿足進行日常電力應(yīng)急管理和突發(fā)事件應(yīng)急處置的需求，遵循技術(shù)先進性、功能實用性、資源共享性、系統(tǒng)安全性等原則。在設(shè)計上，運用了大數(shù)據(jù)技術(shù)、機器學(xué)習(xí)算法等國內(nèi)外先進的信息技術(shù)手段，分析了主流技術(shù)的發(fā)展趨勢，確保系統(tǒng)能適應(yīng)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，并可長期處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，更好地解決今后系統(tǒng)升級等問題。按照職能布局劃分，應(yīng)包括基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)中心、后端維護管理平臺等職能平臺。應(yīng)急指揮系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)包括生產(chǎn)應(yīng)急態(tài)勢感知平臺、應(yīng)急指揮輔助決策平臺。

3 系統(tǒng)架構(gòu)與功能

針對應(yīng)急指揮輔助決策需求，設(shè)計應(yīng)急指揮輔助決策支持平臺架構(gòu)。應(yīng)急指揮輔助決策平臺是一個集多系統(tǒng)集成應(yīng)用、信息管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等功能于一體的綜合應(yīng)用平臺。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)從下到上包括五個層級：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)資源層、系統(tǒng)支撐層、系統(tǒng)應(yīng)用層、人機交互層。

3.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要用于接收各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域通過智能計量設(shè)備上報的數(shù)據(jù)，各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域接收數(shù)據(jù)后通過相關(guān)的主題模型對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化，通過消息總線發(fā)送到數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)采集層存入相關(guān)的數(shù)據(jù)倉庫中和實時數(shù)據(jù)庫中。為建設(shè)生產(chǎn)應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)中心，匯集電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮涉及的可用數(shù)據(jù)資源，為后續(xù)的感知、預(yù)警、響應(yīng)提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層提供系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)，共享交換信息，GIS（地理信息服務(wù)）數(shù)據(jù)的存儲和查詢。數(shù)據(jù)中心建設(shè)是數(shù)據(jù)資源層的核心部分，數(shù)據(jù)資源中心依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行建設(shè)，在平臺運行管理體系以及安全管理體系的保障下平穩(wěn)運行。通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的整合和接入，數(shù)據(jù)交換平臺把數(shù)據(jù)劃分成一些可以管理的單位數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)單元共同構(gòu)成了平臺數(shù)據(jù)的統(tǒng)一資源池，通過各類數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)資源挖取、分類，為平臺層業(yè)務(wù)應(yīng)用構(gòu)建了面向整合共享、決策分析、面向業(yè)務(wù)管理、面向公共服務(wù)的核心業(yè)務(wù)內(nèi)容和服務(wù)能力。項目數(shù)據(jù)整合需要基于各級部門協(xié)調(diào)處理共享的數(shù)據(jù)資源，協(xié)調(diào)一個處理一個，由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)整合、共享平臺對接。

3.3 平臺支撐層

平臺支撐層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有和業(yè)務(wù)無關(guān)的核心功能都集成到基礎(chǔ)服務(wù)層，平臺支撐層主要包含定位服務(wù)、資源調(diào)度、流媒體服務(wù)、內(nèi)容管理、認(rèn)證服務(wù)、日志管理、消息服務(wù)、調(diào)度服務(wù)、數(shù)據(jù)倉庫引擎、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)檢索、規(guī)則引擎等功能。

3.4 平臺應(yīng)用層

平臺應(yīng)用層是整個系統(tǒng)的核心部分，主要包括全面態(tài)勢感知模塊、應(yīng)急指揮決策管理模塊、后臺維護管理模塊。

（1）全面態(tài)勢感知模塊。生產(chǎn)應(yīng)急指揮態(tài)勢感知平臺規(guī)劃態(tài)勢感知是一種基于設(shè)備、環(huán)境的、動態(tài)、整體地洞悉安全風(fēng)險的能力，是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從全局視角提升對安全威脅的發(fā)現(xiàn)識別、理解分析、響應(yīng)處置能力的一種方式，最終是為了決策與行動，是安全能力的落地。從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)獲取并展示全廠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（分運維、調(diào)度、營銷、綜合等業(yè)務(wù)）、核心指標(biāo)數(shù)據(jù)、整體業(yè)務(wù)趨勢等廠級宏觀信息。實時獲取集控中心來水預(yù)測數(shù)據(jù)、耗水?dāng)?shù)據(jù)，根據(jù)來水和耗水?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測庫水位。通過構(gòu)建自動化對比模型，實現(xiàn)實際收入、年度計劃曲線、月度計劃曲線三個值得偏差分析與預(yù)警，每個月分析一次，當(dāng)偏差超過闕值則預(yù)警。

（2）應(yīng)急指揮決策管理模塊。應(yīng)急指揮決策管理模塊，基于大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過智能設(shè)備、視頻會商、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，把智能管理的顆粒度細(xì)化到個體的人員、車輛、物資等，并通過結(jié)合大數(shù)據(jù)建模和計算，對電站生產(chǎn)應(yīng)急的指揮能力、處置能力、演練過程、應(yīng)急事件總結(jié)和培訓(xùn)等進行科學(xué)的管控、分析評估。實現(xiàn)對突發(fā)事件數(shù)據(jù)的收集、分析、對應(yīng)急指揮的輔助決策、對應(yīng)急資源的組織、協(xié)調(diào)和管理控制等指揮功能。同時具備良好的擴展能力，推動電站領(lǐng)導(dǎo)、部門管理的精細(xì)化、數(shù)據(jù)化、科學(xué)化管理。

（3）后臺維護管理模塊。后端維護管理模塊主要實現(xiàn)對生產(chǎn)應(yīng)急指揮平臺的內(nèi)容、使用人、使用權(quán)限的管理，權(quán)限設(shè)置，人員管理，系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)置，系統(tǒng)監(jiān)控，數(shù)據(jù)備份等功能。人員管理負(fù)責(zé)用戶登錄、操作使用的管理。提供一個統(tǒng)一的控制臺用于管理生產(chǎn)應(yīng)急指揮平臺涉及的終端設(shè)備，預(yù)配置平臺賬戶、安全關(guān)鍵內(nèi)容，控制對平臺數(shù)據(jù)的訪問，客戶端系統(tǒng)版本更新，追蹤設(shè)備位置等。

3.5 人機交互層

主要完成人機交互操作，人機交互層接收用戶的界面指令，接收后通過平臺應(yīng)用層，平臺支撐層的相關(guān)處理，將處理后的數(shù)據(jù)返回用戶。

4 結(jié)語

本文通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建了基于水電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮的輔助決策平臺。建立智慧電站是新時期信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的必然要求，是未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)力量之一。加快推進電站生產(chǎn)應(yīng)急指揮平臺建設(shè)，對于提升電站信息深度應(yīng)用和創(chuàng)新管理的水平，推進應(yīng)急管理水平智慧化提升，實現(xiàn)“事前預(yù)警、事中可控、事后聯(lián)動、可追溯可評估”的應(yīng)急管理場景，推動智慧電站的發(fā)展具有重要意義。