謝懿青 許以旻 孟 勇 趙夢(mèng)雅 劉詩筠
上海上電新達(dá)新能源科技有限公司
“十四五”規(guī)劃明確提出要加快數(shù)字化發(fā)展,推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合,打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢(shì)等決策部署,促進(jìn)國(guó)有企業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展,增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)新力、控制力、影響力、抗風(fēng)險(xiǎn)能力,提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平[1]。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合,傳統(tǒng)能源企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成必然趨勢(shì)。在能源數(shù)字化過程中,能源企業(yè)借助大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等數(shù)字技術(shù),優(yōu)化管理流程,降低生產(chǎn)成本,提升能源生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用效率,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),保障能源供給,將極大加快能源革命進(jìn)程[2]。
但在能源企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中,也存在諸多問題,以國(guó)家電投上海電力下屬新能源電站為例,目前電站資產(chǎn)盤點(diǎn)和各類編碼工作基本通過手工建立臺(tái)賬,人工編制各類編碼,工作量巨大;光伏板數(shù)量級(jí)巨大,難以清點(diǎn);對(duì)設(shè)備采集的顆粒度不同,存在漏采集、錯(cuò)填的問題;所屬業(yè)務(wù)部門各自采用自己的信息系統(tǒng)管理各類編碼數(shù)據(jù),存在編碼工作重復(fù)繁重、缺乏協(xié)同等問題。
針對(duì)以上問題,本文提出了一種面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新能源電站數(shù)據(jù)治理體系,包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集,實(shí)現(xiàn)固定資產(chǎn)的數(shù)字化;“無人機(jī)圖像識(shí)別”助力光伏板快速清點(diǎn);應(yīng)用設(shè)備模板,建立固定資產(chǎn)盤查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;建立數(shù)字化場(chǎng)站,實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中管控;規(guī)范編碼格式,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編碼,增加編碼效率,減輕編碼負(fù)擔(dān);“靜態(tài)碼動(dòng)態(tài)庫”精準(zhǔn)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息,優(yōu)化故障上報(bào)策略;“五碼合一”,整合KKS、固定資產(chǎn)編碼、設(shè)備編碼、供應(yīng)商編碼、物資編碼,做到關(guān)聯(lián)互通,完成“查一得所有”的目標(biāo)。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中,電站設(shè)備資產(chǎn)管理經(jīng)歷了以下幾個(gè)主要過程。第一階段是手寫記錄,該階段主要采取人工記錄的方式對(duì)設(shè)備資產(chǎn)管理的內(nèi)容進(jìn)行登記、整理[3]。第二階段是電子文件記錄,從該階段起,電子設(shè)備開始應(yīng)用到電站設(shè)備資產(chǎn)的管理過程中。第三階段是信息化管理階段,信息技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域均有相關(guān)的應(yīng)用,表現(xiàn)出集成化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化、自動(dòng)化等特點(diǎn)[4],通過信息自動(dòng)化、智能化,使人工作業(yè)成本有效降低,同時(shí)提高整體的作業(yè)效率。當(dāng)前,光伏電站大多數(shù)已經(jīng)處于交付并運(yùn)行狀態(tài),設(shè)備是電站的基礎(chǔ),設(shè)備資產(chǎn)的管理顯得尤為重要,傳統(tǒng)設(shè)備管理向數(shù)字化、智能化發(fā)展已成為一種趨勢(shì)。
目前資產(chǎn)盤點(diǎn)和各類編碼工作需派遣專人到電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施,基本通過手工建立臺(tái)賬,人工編制各類編碼,工作量巨大,效率低下。光伏板有著數(shù)量級(jí)大,難以清點(diǎn)的特點(diǎn)。一些光伏場(chǎng)站建設(shè)在高山、湖泊等惡劣環(huán)境上,需要專業(yè)人員爬山、劃船對(duì)設(shè)備進(jìn)行核對(duì),大大增加了設(shè)備清點(diǎn)時(shí)間。目前核查人員還是通過紙筆來記錄內(nèi)容,一些設(shè)備的專業(yè)參數(shù)、型號(hào)、廠家全名還需詢問場(chǎng)站運(yùn)維人員或者翻閱相關(guān)的說明書資料,最后還要匯總設(shè)備信息并手動(dòng)填寫固定資產(chǎn)核查報(bào)告,往往完成一個(gè)場(chǎng)站的固定資產(chǎn)盤查需要4天以上。
由于盤查人員的不同,對(duì)設(shè)備采集的顆粒度不同,有些設(shè)備存在重要部件,要把部件也加入到最后的設(shè)備列表里。同時(shí)由于人員的認(rèn)知不同,會(huì)存在漏采集、錯(cuò)填等問題,直接導(dǎo)致同一場(chǎng)站的固定資產(chǎn)設(shè)備列表不同,導(dǎo)致后面的KKS 編碼不一致。有些場(chǎng)站提供的設(shè)備移交清單上存在著設(shè)備廠商簡(jiǎn)稱的問題,比如應(yīng)該是華為技術(shù)有限公司,清單上卻直接寫“華為”,經(jīng)驗(yàn)不足的人員也就直接照抄廠商,導(dǎo)致后期的設(shè)備編碼和供應(yīng)商出現(xiàn)臟數(shù)據(jù),需要重新進(jìn)行篩選清洗,增加不必要的工作量。這就需制定一個(gè)盤查標(biāo)準(zhǔn),明確指出設(shè)備采集范圍,提供設(shè)備廠商列表,讓用戶用選項(xiàng)的方式代替填寫,把采集標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)作為核心目標(biāo)。
一直以來,集團(tuán)公司及上海電力非常重視下屬電站基礎(chǔ)編碼工作,并按照各類編碼所屬業(yè)務(wù)部門開發(fā)了不同的信息系統(tǒng)用來統(tǒng)一管理各類編碼數(shù)據(jù),由于各部門分頭編制,不僅造成編碼工作重復(fù)繁重,更造成電站編碼因?yàn)槿狈f(xié)同很難對(duì)應(yīng)。財(cái)務(wù)部門用固定資產(chǎn)編碼,運(yùn)行部門用設(shè)備編碼,場(chǎng)站運(yùn)維人員用的是現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)編碼。同一個(gè)設(shè)備在不同的部門中有各自的編碼,但編碼又不互相關(guān)聯(lián),導(dǎo)致需要在大量編碼中按照編碼規(guī)則和描述去找到對(duì)應(yīng)的設(shè)備,為部門之間的協(xié)同造成了很大的難度。需要整合數(shù)據(jù),打通孤島,完成五碼互聯(lián)互通的目標(biāo)。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型數(shù)據(jù)治理應(yīng)用主要由信息采集模塊、編碼模塊、管理模塊三大部分組成,現(xiàn)場(chǎng)采集資源由APP+無人機(jī)+設(shè)備模板的方式將電站設(shè)備信息全面保存至數(shù)據(jù)治理平臺(tái),平臺(tái)通過對(duì)上傳數(shù)據(jù)的分析整理,給公司提供直觀的遠(yuǎn)程場(chǎng)站設(shè)備可視化監(jiān)管,提高管理層對(duì)電站資產(chǎn)的精細(xì)管控。編碼模塊幫助公司進(jìn)行“互聯(lián)互通”的自動(dòng)編碼,解決編碼間關(guān)聯(lián)性差,編碼風(fēng)格不一,數(shù)據(jù)孤島等問題,并減輕編碼工作的壓力,提高各部門間的協(xié)同效率?,F(xiàn)場(chǎng)電站主要設(shè)備上張貼的二維碼,解決了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和設(shè)備編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系,優(yōu)化設(shè)備變動(dòng)的快速上報(bào)策略,使公司能第一時(shí)間接收到電站變動(dòng)(損壞、擴(kuò)建等)信息并通過圖形化界面直觀顯示。設(shè)備數(shù)據(jù)的積累幫助管理者分析各個(gè)供應(yīng)商的設(shè)備占比,設(shè)備損壞率,同功率不同設(shè)備的電能轉(zhuǎn)化率等問題。新能源電站數(shù)據(jù)治理的總體架構(gòu)圖見圖1。
圖1 新能源電站數(shù)據(jù)治理的總體架構(gòu)圖
針對(duì)現(xiàn)階段光伏電站主要采用Excel、pdf、word等文件的方法進(jìn)行固定資產(chǎn)歸檔,固定資產(chǎn)盤查顆粒度大,采集設(shè)備信息不全面的問題,通過APP+云后臺(tái)的方式進(jìn)行電站設(shè)備數(shù)據(jù)全采集,包括設(shè)備編碼、設(shè)備基礎(chǔ)信息、設(shè)備圖片、無人機(jī)全站圖等,實(shí)現(xiàn)固定資產(chǎn)的數(shù)字化。如圖2所示,以新能源發(fā)電場(chǎng)站為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算,將發(fā)電場(chǎng)站模塊化,從而做到數(shù)據(jù)的可視化,管理人員能根據(jù)圖像更直觀地查看各地場(chǎng)站的設(shè)備情況、最大裝機(jī)容量、供應(yīng)商廠家等信息,從而提高對(duì)場(chǎng)站的統(tǒng)籌管理,電站信息全掌握。
圖2 管控平臺(tái)總覽圖
光伏板數(shù)量級(jí)大,一直都是資產(chǎn)清點(diǎn)的一大難題。為了解決這一難題,通過無人機(jī)采集圖片,經(jīng)過系統(tǒng)的圖像識(shí)別算法技術(shù),包括圖像信息獲取、圖像預(yù)處理、圖像特征提取、模板分類器等步驟,能輕松識(shí)別出光伏板數(shù)量,準(zhǔn)確率達(dá)到85%以上。圖像識(shí)別流程見圖3。
圖3 圖像識(shí)別流程圖
圖像信息獲?。翰杉?50、300、350、400、450、500 m 高度的無人機(jī)俯拍數(shù)據(jù)。經(jīng)圖像數(shù)據(jù)分析,400 m高空無人機(jī)正對(duì)著光伏板逆光拍攝為最佳。
圖像預(yù)處理:圖像預(yù)處理是圖像間的變換處理,目的是使圖像中客體特征信息更加簡(jiǎn)練、獨(dú)特性更強(qiáng)[5]。對(duì)圖像進(jìn)行平滑、變換、增強(qiáng)、濾波、二值化、灰度化、去噪等操作,處理后的光伏圖片是以黑色為底,白色光伏板邊框組成,讓后期圖像特征提取更加準(zhǔn)確。
圖像特征提取:圖像特征提取是圖像識(shí)別的重要步驟,為保證后續(xù)處理的質(zhì)量,生成的特征要具備描述物體的典型特征,必須滿足其獨(dú)特性、完整性、抽象性。例如一塊完整的光伏板是由封閉的白色四邊形組成的,通過圖片預(yù)處理,根據(jù)顏色特征,把連續(xù)的白色線條作為第一輪篩選,通過邊緣特征分割圖片,輪廓特征確認(rèn)圖片。
模板分類器:把確認(rèn)的圖片坐標(biāo)代替到原圖中作為樣本,用待檢測(cè)樣本與每個(gè)模板進(jìn)行特征值的平均值比較,找出最相似的模板。
針對(duì)固定資產(chǎn)采集效率低,采集數(shù)據(jù)不全面、漏采等問題。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),光伏電站的設(shè)備種類大同小異,完全可以形成一個(gè)通用模板來加快采集的效率,能更加全面地錄入設(shè)備信息,例如一些設(shè)備參數(shù)(*峰值功率W,*峰值電壓V,額定電池工作溫度℃),其子設(shè)備信息等,在具體操作中,錄入設(shè)備基礎(chǔ)信息不必采用傳統(tǒng)的每個(gè)屬性通過手動(dòng)填寫,特別是設(shè)備分類、固定資產(chǎn)目錄等,可以利用“圖像”將屬于它的一些參數(shù)進(jìn)行范圍框定和唯一參數(shù)的自動(dòng)填入,省去了大量查閱資料時(shí)間,提高了工作效率,并為后續(xù)的編碼生成,提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集流程見圖4。
圖4 數(shù)據(jù)采集流程圖
同一種設(shè)備種類的固定資產(chǎn)目錄、設(shè)備分類、設(shè)備目錄分類、KKS 字符碼、參數(shù)是一致的,把這些參數(shù)抽離出來形成“設(shè)備模板”,避免重復(fù)的查詢、填寫等操作?!霸O(shè)備模板”包含的內(nèi)容和樣例見圖5。
圖5 “設(shè)備模板”包含的內(nèi)容和樣例
針對(duì)傳統(tǒng)資產(chǎn)管理只有最終的設(shè)備清單,缺少設(shè)備個(gè)體的詳細(xì)信息和連接方式問題,對(duì)設(shè)備的采集和展示進(jìn)行改革,把電站的連接方式分為集中式、組串式、混合式,以應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)站的搭建方式。對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際地址的分類(場(chǎng)外設(shè)備、一次室、二次室、集控室、輸變電、建筑物、其他),并在相應(yīng)的實(shí)際地址下提供各自的“設(shè)備模板”。電站場(chǎng)外數(shù)據(jù)展示圖見圖6。通過規(guī)范數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)采集效率,圖中的表格按照每個(gè)箱變產(chǎn)生一行數(shù)據(jù),把箱變、集電線路、逆變器、匯流箱、光伏組件連接起來,可以清楚地顯示其連接方式,表格中背景顏色對(duì)應(yīng)表中的設(shè)備類型,文字顏色對(duì)應(yīng)表中的光伏組串類型,例如表格中的A13 代表該單元格對(duì)應(yīng)的匯流箱屬于A 逆變室,其匯流箱下面連接著13 個(gè)組串。采用圖像化表格的方式能讓管理者更清晰地了解現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備布置情況,能更精細(xì)、更透明地對(duì)場(chǎng)站設(shè)備進(jìn)行管控。
圖6 電站場(chǎng)外數(shù)據(jù)展示
針對(duì)不同編碼人員的編碼風(fēng)格不一致,導(dǎo)致同一種設(shè)備KKS 字節(jié)碼不同,不利于進(jìn)行多場(chǎng)站之間的設(shè)備統(tǒng)計(jì)和抽取及編碼人員的編碼任務(wù)繁重問題?;谠O(shè)備模板中的KKS 節(jié)點(diǎn),開發(fā)了一套自動(dòng)編碼系統(tǒng),不僅規(guī)范了編碼含義,還極大減輕了編碼人員的工作負(fù)擔(dān),有利于集團(tuán)對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一抽取。按照KKS 字典碼索引(GBT 35691-2017 光伏發(fā)電站標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼導(dǎo)則)為基礎(chǔ),將KKS 編碼規(guī)則融入系統(tǒng),可以方便地實(shí)現(xiàn)KKS 編碼的添加、刪除、修改功能,根據(jù)KKS 字典索引碼,按照設(shè)備分類原則自動(dòng)生成KKS 編碼[6]。場(chǎng)內(nèi)公用設(shè)備0級(jí)我們定義為Y,場(chǎng)外光伏區(qū)非公用設(shè)備我們定義為集電線路號(hào)。為了KKS 編碼的規(guī)范性,設(shè)備模型中的KKS 字符碼不允許更改。KKS 編碼規(guī)則見表1。
表1 KKS 編碼規(guī)則
針對(duì)場(chǎng)外設(shè)備上的噴漆標(biāo)識(shí)隨著環(huán)境影響會(huì)導(dǎo)致標(biāo)識(shí)淡化模糊甚至消失,靜態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)不易更改,更換設(shè)備或者重新編排,需要重新噴漆,維護(hù)人員因現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備編號(hào)和管理層系統(tǒng)上的編碼不一致導(dǎo)致的設(shè)備定位有偏差使上報(bào)困難等問題,系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備生成一個(gè)二維碼,通過掃二維碼可以查閱系統(tǒng)中該設(shè)備的動(dòng)態(tài)詳情,把二維碼代替噴漆張貼在機(jī)子上,具有以下優(yōu)勢(shì):
1)便于管理。當(dāng)設(shè)備進(jìn)行更換時(shí),只需把二維碼貼到新設(shè)備上,然后在系統(tǒng)上進(jìn)行設(shè)備更新即可,使設(shè)備更換產(chǎn)生記錄,資產(chǎn)透明。
2)便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員管理?,F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的異常或者損壞會(huì)直接影響到發(fā)電效率甚至發(fā)生安全問題,以往發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障到上報(bào)處理往往會(huì)有滯后性。采用二維碼,運(yùn)維人員在日常巡檢的時(shí)候發(fā)現(xiàn)異常,可以直接掃二維碼,進(jìn)到報(bào)修頁面,進(jìn)行拍圖留檔問題填寫,完成快速上報(bào)。還能查詢?cè)O(shè)備的歷史維修記錄,對(duì)比其他設(shè)備的數(shù)據(jù),初步判斷故障原因,為日后檢修帶來寶貴經(jīng)驗(yàn)。
針對(duì)KKS 編碼、設(shè)備編碼、固定資產(chǎn)編碼、供應(yīng)商編碼、物資編碼之間無法關(guān)聯(lián)的問題,根據(jù)采集的設(shè)備種類基礎(chǔ)屬性生成KKS 編碼、設(shè)備編碼、固定資產(chǎn)編碼等3種編碼,通過提供這些編碼的生成,使其關(guān)聯(lián)互通,最后以設(shè)備ID 和KKS 為主鍵,關(guān)聯(lián)了五種編碼,使編碼之間不再獨(dú)立,完成了“查一得所有”的目標(biāo)。圖7為各編碼字段。
圖7 各編碼字段
KKS 編碼生成,提取了設(shè)備種類基礎(chǔ)屬性中的專業(yè)、設(shè)備ID 等屬性,設(shè)備模板中的KKS 字符碼,通過編碼規(guī)則生成。
設(shè)備編碼生成,提取了設(shè)備種類基礎(chǔ)屬性中的設(shè)備名稱、設(shè)備ID、供應(yīng)商編碼,KKS 編碼,設(shè)備模板中的設(shè)備分類編號(hào)、設(shè)備類別、參數(shù)等參數(shù)。
固定資產(chǎn)編碼生成,提取了設(shè)備種類基礎(chǔ)屬性中的設(shè)備ID,KKS 編碼,設(shè)備模板中的折舊、殘值、固定資產(chǎn)目錄、固定資產(chǎn)分類編號(hào)等屬性。
隨著新能源的加速普及,分布式電站的建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型變得愈發(fā)重要。數(shù)字化轉(zhuǎn)型是電力行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的時(shí)代趨勢(shì),數(shù)字化服務(wù)和運(yùn)營(yíng)正在提高電力行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力標(biāo)桿水平。本文以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為研究視角,提出了一種面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新能源電站數(shù)據(jù)治理體系,并將其應(yīng)用到集團(tuán)所屬新能源電站,加快了集團(tuán)數(shù)據(jù)治理體系建設(shè),明確了數(shù)據(jù)治理歸口管理部門,打造了先進(jìn)、安全可控的數(shù)字化數(shù)據(jù)治理體系,現(xiàn)階段主要成果如下:
1)設(shè)備模板的應(yīng)用,把原需要二次采集的KKS編碼采集和固定資產(chǎn)盤點(diǎn)合并成一次,減少了實(shí)施成本。設(shè)備模板支持多場(chǎng)站通用,具有通用性。
2)無人機(jī)光伏板數(shù)量識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到95%,框取率達(dá)到85%,極大地提高了光伏板數(shù)量清點(diǎn)效率,解決了在水面或者半山腰等惡劣環(huán)境難以清點(diǎn),光伏數(shù)量級(jí)大等問題,為公司節(jié)約大量盤查成本。
3)集團(tuán)所屬22個(gè)電站已完成固定資產(chǎn)數(shù)字化,從部門與部門線下交互數(shù)據(jù)到部門向系統(tǒng)索要數(shù)據(jù),避免部門之間因編碼差異產(chǎn)生額外的工作,增加了部門之間的協(xié)同工作效率。
4)建立數(shù)字化轉(zhuǎn)型數(shù)據(jù)治理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中管控,實(shí)現(xiàn)了信息的有效積累與利用,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析,為決策提供信息支撐。
5)實(shí)現(xiàn)編碼自動(dòng)生成,減輕編碼人員的編碼壓力,整體提高編碼質(zhì)量和編碼效率,提供API輸出或者自定義文件輸出,兼容集團(tuán)編碼驗(yàn)證系統(tǒng)。
6)建立設(shè)備云檔案,擁有場(chǎng)站圖紙、竣工報(bào)告、歷史固定資產(chǎn)盤點(diǎn)報(bào)告、編碼文件,做到統(tǒng)一文件管理,方便使用下載查證。
7)精確到每個(gè)設(shè)備位置信息的圖形化界面,為管理者提供更加全面的設(shè)備掌控,設(shè)備管理更加透明化。