水電廠數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)研究與應(yīng)用

靳 帥， 劉 國 云

(1.國能大渡河枕頭壩發(fā)電有限公司，四川 樂山 614700 ；2.南京南瑞水利水電科技有限公司，江蘇 南京 210003)

1 概 述

目前水電廠已完成各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)工作，擁有成熟且能夠保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行的多套業(yè)務(wù)系統(tǒng),能合理地完成電廠的重要生產(chǎn)生活工作，保障電廠生產(chǎn)生活的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一定問題，主要表現(xiàn)在：各業(yè)務(wù)系統(tǒng)互相獨(dú)立，相互之間很少有業(yè)務(wù)交集，因此電廠的業(yè)務(wù)人員很難第一時間獲取各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，甚至存在數(shù)據(jù)無法取出的情況，這對現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作造成了較大的影響。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能相對單一，都是定制化軟件，很難提供一個擴(kuò)展性好的平臺來進(jìn)行智能分析工作，不利于電廠智能化的提升。電廠需進(jìn)行信息化建設(shè)，需要獲取各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，并以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析，以便對電廠生產(chǎn)生活提供技術(shù)支撐。

數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)是以數(shù)字化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，整合生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，優(yōu)化管理模式，提高業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)和處理效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與人、設(shè)備與設(shè)備之間的友好互動，降低設(shè)備對人的依賴，對水電站集中運(yùn)行管理的全景數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)協(xié)同、智能決策，推動水電廠管理創(chuàng)新。

通過建立數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分挖掘，利用數(shù)據(jù)建模，使用成熟完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型，對實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、報警和存儲，解放現(xiàn)場運(yùn)行值班工作。利用大數(shù)據(jù)分析軟件和策略，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)工作所需生產(chǎn)報表自動生成，設(shè)備運(yùn)行趨勢自動分析，設(shè)備運(yùn)行智能預(yù)警和預(yù)判，建立狀態(tài)檢修中心，并采用電話、短信方式通知運(yùn)行維護(hù)人員，獲取處理故障的專家診斷意見，減少運(yùn)行維護(hù)人員工作量，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。數(shù)據(jù)平臺將對全廠自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行整合，形成電廠大數(shù)據(jù)存儲中心。對各子系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、傳輸、加工、統(tǒng)計(jì)、存儲，形成廠級“準(zhǔn)實(shí)時”數(shù)據(jù)中心，從而為各級生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為設(shè)備運(yùn)行趨勢分析和設(shè)備檢修維護(hù)決策提供支持[2]。

2 數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)交互平臺為核心，可靠的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)為主干架構(gòu)，現(xiàn)地自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，面向服務(wù)的智能化分布式結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)各個站端智能應(yīng)用。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定，數(shù)據(jù)交互平臺采用橫向分區(qū)的體系結(jié)構(gòu)，分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，兩個大區(qū)之間采用物理正向隔離裝置進(jìn)行隔離。其中，生產(chǎn)控制大區(qū)分為安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)，兩個區(qū)之間采用硬件防火墻隔離。在Ⅰ區(qū)部署1臺輔助通信服務(wù)器用于獲取監(jiān)控系統(tǒng)及其他Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)，并具有串口接入其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)能力，在匯集數(shù)據(jù)同時實(shí)現(xiàn)該區(qū)的聯(lián)動功能。在Ⅱ區(qū)部署通信務(wù)器等設(shè)備，獲取繼電保護(hù)及故障錄波和電能采集管理系統(tǒng)等Ⅱ區(qū)信息，并向Ⅲ區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。將在Ⅲ區(qū)部署通信服務(wù)器獲取工業(yè)電視系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等信息，以及獲取的Ⅱ區(qū)和Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)格式上的規(guī)整、統(tǒng)一后，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，為數(shù)據(jù)交互平臺數(shù)據(jù)匯聚后智能聯(lián)動等信息處理提供集中、統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)源(圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 主要功能

數(shù)據(jù)平臺建設(shè)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、基礎(chǔ)支撐服務(wù)與應(yīng)用、多系統(tǒng)聯(lián)動平臺、智能報警平臺、智能報表應(yīng)用、高級應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析平臺等內(nèi)容。

(1)數(shù)據(jù)采集模塊。建立電廠數(shù)據(jù)接入模型，采用通用的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)對各種不同類型數(shù)據(jù)的獲取，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與各子系統(tǒng)(或裝置)的信息交換與共享。在此期間進(jìn)行數(shù)據(jù)ETL工作，通過數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、集成工作，依據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)時變換直至穩(wěn)定工作，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供有效數(shù)據(jù)。

(2)基礎(chǔ)支撐服務(wù)與應(yīng)用。建立智能化基礎(chǔ)平臺，為各類業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)組件管理與發(fā)布服務(wù)，為后續(xù)業(yè)務(wù)功能開發(fā)提供一個基礎(chǔ)穩(wěn)定的軟件平臺。

(3)多系統(tǒng)聯(lián)動平臺。通過預(yù)定義聯(lián)動模式、聯(lián)動策略來實(shí)現(xiàn)符合日常操作習(xí)慣及電力安全生產(chǎn)規(guī)范的一套流程，并通過相互之間標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的消息通信完成整個聯(lián)動過程。

(4)智能報警平臺。通過數(shù)據(jù)組態(tài)，以實(shí)時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)報警精確定位及簡化報警內(nèi)容；接收并發(fā)送其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的報警內(nèi)容；以歷史數(shù)據(jù)接口和實(shí)時數(shù)據(jù)接口為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備長期運(yùn)行的特征數(shù)據(jù)和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建立報警模型。通過建立符合電站設(shè)備運(yùn)行狀況的特征抽取方法，剔除干擾數(shù)據(jù)，判斷特征趨勢，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行工況的趨勢報警。

(5)智能報表系統(tǒng)。依托電廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行需求，開發(fā)可組態(tài)的報表編輯軟件，提供豐富函數(shù)表達(dá)式的組態(tài)工具，表達(dá)式中支持常量，常用條件運(yùn)算，常用數(shù)學(xué)函數(shù)，能夠查詢到指定時間段內(nèi)的所有相同工況，并將報表發(fā)布到web等常用工具上做實(shí)時查詢。同時提供定時生成功能，定時生成運(yùn)行報表上報管理單位，減少運(yùn)維工作[3]。

(6)大數(shù)據(jù)分析平臺。通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提升電力負(fù)荷、洪水、旱澇災(zāi)害等的預(yù)測；通過大數(shù)據(jù)并行計(jì)算、模式識別等技術(shù)掌握工程現(xiàn)場的安全隱患；通過流式計(jì)算、可視化和并行處理等技術(shù)提升業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)分析能力。

(7)通用設(shè)備趨勢報警。設(shè)備狀態(tài)預(yù)警，同時以歷史數(shù)據(jù)接口和實(shí)時數(shù)據(jù)接口為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備長期運(yùn)行的特征數(shù)據(jù)和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建立報警模型。通過建立符合電站設(shè)備運(yùn)行狀況的特征抽取方法，剔除干擾數(shù)據(jù)，判斷特征趨勢，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行工況的趨勢報警。趨勢報警包括變化趨勢報警、穩(wěn)態(tài)分布特征提取、啟停頻率告警燈。

(8)高級應(yīng)用。平臺數(shù)據(jù)通過Web方式進(jìn)行展示，可將采集的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢展示，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、非生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析結(jié)論查詢等。平臺APP使用移動終端，可進(jìn)行信息查詢，包括生產(chǎn)信息查詢(電站、機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)實(shí)時瀏覽)、故障預(yù)警推送等[4]。

3 應(yīng)用領(lǐng)域與推廣前景

通過數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，完成電站各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入、匯集、存儲，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢展示。依托電廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行需求，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理配置，自動生成需要的生產(chǎn)運(yùn)行報表，簡化電廠日常生產(chǎn)工作，釋放并提高現(xiàn)場生產(chǎn)力。依托于數(shù)據(jù)中心進(jìn)行系統(tǒng)間的聯(lián)動控制，提升電廠智能化水平。通過數(shù)據(jù)分析等大數(shù)據(jù)技術(shù)，為電廠決策與預(yù)警提供理論依據(jù)，并通過APP等方式推送至管控人員，達(dá)到對電廠的全方位監(jiān)控。平臺通過web等方式，依據(jù)不同使用習(xí)慣將信息分門別類顯示，簡化并提升生產(chǎn)運(yùn)行效率，最終達(dá)到電廠信息化和智能化的提升，為電廠生產(chǎn)生活提供技術(shù)支撐[5]。數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，對于我國電站優(yōu)化調(diào)度管理工作，提高工作效率及處理響應(yīng)速度，都具有十分重要的意義。

4 結(jié) 語

水電廠數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用可有效打破信息傳輸孤島，實(shí)現(xiàn)全站所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)的整合及應(yīng)用，滿足了“智慧電廠”建設(shè)的要求。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步挖掘和分析，通過對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析及報警，全面感知電廠生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)趨勢分析與評估，并對故障、缺陷處理指導(dǎo)與工作流閉環(huán)處理。同時，輔助指導(dǎo)故障診斷與處理，將是數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用的研究方向，值得水電廠技術(shù)人員和相關(guān)研發(fā)人員開展更多的工作。