“電力生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺”建設(shè)思路研究

余金龍

（國能神皖合肥發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽合肥 230000）

在移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的推動下，企業(yè)數(shù)據(jù)規(guī)模、范圍產(chǎn)生了爆炸式的增長[1]。設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的大量工業(yè)數(shù)據(jù)通過智能傳感器進(jìn)行采集和存儲起來，并整合成“大數(shù)據(jù)”，為常規(guī)火力發(fā)電行業(yè)大數(shù)據(jù)研究創(chuàng)造了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。企業(yè)大數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、類型多、產(chǎn)生速率高、復(fù)雜度高、價值密度低和動態(tài)性強(qiáng)等特征[2]。相比互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，企業(yè)大數(shù)據(jù)分析的強(qiáng)度及精度要求較高。構(gòu)建發(fā)電大數(shù)據(jù)平臺，進(jìn)一步強(qiáng)化和拓展數(shù)據(jù)利用范圍與方式，深度挖掘發(fā)電大數(shù)據(jù)的價值，讓數(shù)據(jù)賦予電站新的生產(chǎn)運營能力，創(chuàng)造新的價值。

1.作用與意義

大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)（將數(shù)據(jù)視作人、財、物、設(shè)備一樣的企業(yè)核心資產(chǎn)）管理與服務(wù)平臺；（2）通過復(fù)雜的關(guān)聯(lián)分析，讓數(shù)據(jù)創(chuàng)造新的價值，提升精細(xì)化管理水平，促進(jìn)管理方式和商業(yè)模式創(chuàng)新[3]。

作為“電力生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺”，尤其要對海量實時信息進(jìn)行高效的存儲和有效的管理，為發(fā)電生產(chǎn)提供了運行信息、能耗信息、電量信息、設(shè)備狀態(tài)信息等實時數(shù)據(jù)服務(wù)與管理，有效挖掘設(shè)備潛能，提高設(shè)備的可靠性。同時，為實時數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一透明的數(shù)據(jù)通道，滿足各類業(yè)務(wù)應(yīng)用對實時數(shù)據(jù)的需求，尤其在今后電力市場開放后，競價上網(wǎng)需要大量的實時數(shù)據(jù)測算成本，實現(xiàn)在線利潤分析。

2.建設(shè)應(yīng)用模式

常規(guī)IT系統(tǒng)建設(shè)是實現(xiàn)與管理思想、規(guī)章制度一致的業(yè)務(wù)過程的電子化、流程化，以及數(shù)據(jù)的錄入、維護(hù)、查詢、統(tǒng)計[4]；其建設(shè)方式往往是通過部署或開發(fā)相應(yīng)功能模塊，培訓(xùn)用戶使用即可。而大數(shù)據(jù)則注重信息的互通互聯(lián)，并利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、人工智能技術(shù)等構(gòu)建智能分析、學(xué)習(xí)、模擬、預(yù)測、預(yù)警和決策的能力。因此，“電力生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺”需要考慮大數(shù)據(jù)團(tuán)隊與服務(wù)模式的建設(shè)，不能僅是簡單地將此平臺交付給業(yè)務(wù)部門，而是還需要一個專業(yè)的、專門的數(shù)據(jù)服務(wù)團(tuán)隊，來為業(yè)務(wù)部門持續(xù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.總體建設(shè)思路

大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)應(yīng)采用“平臺一體化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、功能組件化”的策略。從平臺底層架構(gòu)、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)庫、軟件和硬件性能等方面形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對網(wǎng)絡(luò)和安全規(guī)范及部署實施作出統(tǒng)一規(guī)劃和方案，并完善大數(shù)據(jù)平臺功能的模塊化、組件化、靈活性及定制化設(shè)計，彼此連接，數(shù)據(jù)互通，經(jīng)驗共享，決策普及。大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺總體架構(gòu)

大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺將充分利用云計算技術(shù)與模式，構(gòu)建與發(fā)電企業(yè)相適應(yīng)的業(yè)務(wù)模式，形成所需計算資源、數(shù)字資源的共享服務(wù)模式與機(jī)制，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬、動態(tài)服務(wù)能力。在云模式的架構(gòu)下，基礎(chǔ)設(shè)施與業(yè)務(wù)應(yīng)用的對應(yīng)是邏輯層面的，物理層面的資源在不同業(yè)務(wù)應(yīng)用間是共享的，從而提高資源利用率，降低總體擁有成本。

4.數(shù)據(jù)整合層

數(shù)據(jù)整合層通過收集公司已有系統(tǒng)（SIS、ERP（含月度、年度計劃數(shù)據(jù)）、操作尋優(yōu)、燃料尋優(yōu)）、EAM等中的結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)（包含文本型數(shù)據(jù)）構(gòu)建數(shù)據(jù)資源池，數(shù)據(jù)資源池包括設(shè)備數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及決策數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)資源池建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源池編碼體系數(shù)據(jù)庫（包括電廠標(biāo)識系統(tǒng)編碼、文檔編碼、物資編碼等）及標(biāo)準(zhǔn)項目，定制通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫和知識庫模板，對電廠各類設(shè)施對象數(shù)據(jù)內(nèi)容和形式作出的統(tǒng)一的編碼規(guī)范和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。

同時制定企業(yè)級設(shè)備數(shù)據(jù)資源池的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)規(guī)范，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)調(diào)用及數(shù)據(jù)更新服務(wù)，實現(xiàn)構(gòu)建在全壽命周期設(shè)備數(shù)據(jù)資源池上的應(yīng)用對于數(shù)據(jù)的共享與更新，嚴(yán)格確保企業(yè)內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)的有效性、一致性與實時性。

5.數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層的核心是根據(jù)各種科學(xué)原理和數(shù)學(xué)方法建立數(shù)字模型，這些數(shù)字模型不但可以展現(xiàn)真實物理電廠的外觀、特性，而且可以預(yù)測電力企業(yè)未來的運行情況，這些數(shù)字模型可稱為數(shù)字孿生。

在數(shù)據(jù)整合層構(gòu)建的數(shù)字資源池之上，應(yīng)用數(shù)字鏡像技術(shù)，根據(jù)上層應(yīng)用建立設(shè)備、文檔、性能、診斷等模型，構(gòu)建電廠在數(shù)字世界的全鏡像?；跀?shù)字世界的模型進(jìn)行各種仿真、分析、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能應(yīng)用（包括基于熱力計算的設(shè)備性能分析、設(shè)備早期預(yù)警、智能故障診斷等），成為電廠運營模擬仿真的載體，并確保其與現(xiàn)實物理世界的完全適用性。利用電廠的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，以及外部的一些相關(guān)數(shù)據(jù)來對模型進(jìn)行不斷的修正和完善，使“數(shù)字鏡像”與真實電廠越來越像?；跀?shù)字鏡像的數(shù)據(jù)和模型，開發(fā)各個專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如基于三維模型的點巡檢系統(tǒng)，基于熱力學(xué)模型的經(jīng)濟(jì)性預(yù)測系統(tǒng)，基于力學(xué)模型的壽命損耗預(yù)測系統(tǒng)，以及上述這些系統(tǒng)融合在一起的智能決策系統(tǒng)。

6.數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)分析應(yīng)用使得企業(yè)管理層能夠及時了解全公司經(jīng)營全貌，能更加快速、準(zhǔn)確地診斷出企業(yè)經(jīng)營狀況及識別其主要影響因素，簡潔、高效和有的放矢地管理企業(yè)。數(shù)據(jù)應(yīng)用層設(shè)計如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

目前，大數(shù)據(jù)應(yīng)用設(shè)計主要包括以下幾個方面：（1）規(guī)劃。提升負(fù)荷預(yù)測能力。通過對大數(shù)據(jù)的分析，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，更準(zhǔn)確地掌握用電負(fù)荷的分布和變化規(guī)律，提高中長期負(fù)荷的預(yù)測準(zhǔn)確度。（2）建設(shè)。提升現(xiàn)場安全管理能力。對現(xiàn)場照片進(jìn)行批量比對分析，利用分布式存儲、并行計算、模式識別等技術(shù)，掌握施工現(xiàn)場的安全隱患、核查安全整改措施的落實情況。（3）運行。提升能源調(diào)度管理能力。利用機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別等多維分析預(yù)測技術(shù)，對能源的發(fā)電能力進(jìn)行預(yù)測和管理。（4）檢修。提升狀態(tài)檢修管理能力。研究消缺、檢修、運行工況等因素對設(shè)備狀態(tài)的影響，以及設(shè)備運行的風(fēng)險水平，利用并行計算等技術(shù)實現(xiàn)檢修策略優(yōu)化，指導(dǎo)狀態(tài)檢修的深入開展。（5）營銷。提升對用電行為的分析能力。擴(kuò)展用電采集的范圍和頻次，利用聚類模型等挖掘手段，開展對用電行為特征的深入分析，并實施區(qū)別化的用戶管理策略。（6）運監(jiān)。提升業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)分析能力。利用流式計算、可視化和并行處理等技術(shù)，實現(xiàn)全方位在線監(jiān)測、分析、計算。

7.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系

為充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值，創(chuàng)建新型信息化應(yīng)用，需對數(shù)據(jù)治理架構(gòu)的組成要素、管理機(jī)制、管理手段等進(jìn)行研究，規(guī)劃出數(shù)據(jù)、技術(shù)、流程、組織四要素循環(huán)的運行模式。通過對發(fā)電企業(yè)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用現(xiàn)狀、數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀等進(jìn)行全面地調(diào)查與分析，建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)如圖3所示，主要包括3部分內(nèi)容。

圖3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

7.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

從業(yè)務(wù)實際出發(fā)，描述數(shù)據(jù)分類、命名、屬性等基本信息的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)制定應(yīng)滿足業(yè)務(wù)現(xiàn)狀并考慮未來需求。

7.2 數(shù)據(jù)治理標(biāo)準(zhǔn)

從數(shù)據(jù)的全生命周期出發(fā)，描述數(shù)據(jù)在不同階段的管理規(guī)范及流程，以及不同角色的組織職責(zé)與分工。

7.3 數(shù)據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

從架構(gòu)和工具出發(fā)，描述數(shù)據(jù)在技術(shù)架構(gòu)交換、存儲以及訪問應(yīng)遵循何種原則，以及開發(fā)、建設(shè)相關(guān)應(yīng)用時應(yīng)遵循何種標(biāo)準(zhǔn)。

8.應(yīng)用效果

對于大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺建設(shè)有著先進(jìn)的方法論體系支撐并有豐富的實踐。大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺為某電力集團(tuán)下屬十個不同規(guī)模的電廠提供了全廠級生產(chǎn)營運智能指揮和決策支持解決方案，解決了各個電廠信息系統(tǒng)缺乏關(guān)聯(lián)的信息孤島問題，為各級治理和操作人員提供了基于生產(chǎn)流程整體連貫的業(yè)務(wù)視圖，極大地提高電廠的營運和治理水平，保證電廠始終運行在最佳的狀態(tài)。該平臺將多源系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效整合，并以可視化的圖表方式進(jìn)行呈現(xiàn)，幫助用戶實時監(jiān)測、直觀掌握當(dāng)前系統(tǒng)、設(shè)備、部件的運行情況及性能指標(biāo)。

9.結(jié)語

電力生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)是循序漸進(jìn)的過程，未來企業(yè)在搭建大數(shù)據(jù)平臺的時候，需要思考以下問題：

（1）管理變革。大數(shù)據(jù)應(yīng)用并不是給某個電廠的應(yīng)用，而是給區(qū)域公司和研究院的使用，這就意味著未來的電廠有可能走向裝置化或者車間化。區(qū)域公司和研究院成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用的主體，為一線電廠提供專業(yè)性的指導(dǎo)意見，解決一線人才不足的問題。

（2）數(shù)據(jù)整理。大數(shù)據(jù)應(yīng)用一定要對DCS的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要整理與編織，把過去一些不合理或者不規(guī)范的數(shù)據(jù)，重新定義和規(guī)范，以便分析過程中更加準(zhǔn)確的，減少誤判造成的損失。

（3）人才建設(shè)。大數(shù)據(jù)平臺搭建核心是人才隊伍建設(shè)：1）信息技術(shù)人才建設(shè)；2）大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才建設(shè)，二缺一不可。應(yīng)用人才為信息人才提供專業(yè)知識和專業(yè)要求，信息人才是實現(xiàn)應(yīng)用的必要條件，未來發(fā)電企業(yè)借助大數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用，必將帶來發(fā)電企業(yè)組織變革。