基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷統(tǒng)計與預測

陳 婧，吳 鵬

（國家電投集團江西電力有限公司高新清潔能源分公司，江西 南昌 330096）

發(fā)電設備的可靠性是發(fā)電企業(yè)供電可靠性的重要基礎。然而，伴隨社會用電需求的提升和企業(yè)的飛速發(fā)展，投產(chǎn)的發(fā)電設備也愈來愈多，國內各發(fā)電集團均趨向采用“集控進城、區(qū)域維檢、場站安?！钡淖詣踊?、信息化管理模式，傳統(tǒng)的發(fā)電設備管理模式已無法滿足當前發(fā)展。人工登記缺陷不僅統(tǒng)計效率低并且統(tǒng)計效果也不佳，對消缺效率、設備使用壽命、電能質量等都存在消極影響，更無法做出趨勢預測并對可能要發(fā)生的缺陷提前加以控制或消除[1-4]。如何有效利用先進手段降低設備缺陷率，使缺陷可控制、可預防，如何有效利用科學方法提高缺陷消除效率，從而提升設備利用率進而保障機組安全和經(jīng)濟運行，已經(jīng)成為當前研究重點。

1 傳統(tǒng)缺陷管理的不足

設備缺陷統(tǒng)計工作專業(yè)性強，涉及面廣，數(shù)據(jù)量大，傳統(tǒng)缺陷管理只是人工錄入計算機文檔記錄、缺陷次數(shù)統(tǒng)計、消缺完成登記，缺陷數(shù)據(jù)整合困難、效率不高、容易出錯[5]；缺陷統(tǒng)計缺乏統(tǒng)計機制，需要多個部門配合與協(xié)調，統(tǒng)計指標與計算口徑?jīng)]有實現(xiàn)標準化和規(guī)范化，難以保障數(shù)據(jù)真實性；上下級之間的缺陷數(shù)據(jù)信息仍以郵件、文件傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方式進行通信，難以保證缺陷數(shù)據(jù)填報的時效性；缺陷的日常跟蹤要投入大量人力物力，很難將缺陷的共性聯(lián)系起來，進而將缺陷的分析和現(xiàn)場生產(chǎn)有效結合，因此，很大程度上制約了設備安全穩(wěn)定運行[6]。日積月累的缺陷數(shù)據(jù)本是企業(yè)資產(chǎn)，有效利用缺陷數(shù)據(jù)能夠為發(fā)電企業(yè)的安全運行、設備維護和經(jīng)濟效益等保駕護航。而粗放式缺陷管理停留在人工統(tǒng)計數(shù)據(jù)的層面，難以對發(fā)電設備故障進行智能化判斷，難以通過分析異常數(shù)據(jù)對生產(chǎn)操作提出建設性意見從而控制和預防設備缺陷發(fā)生，已無法滿足發(fā)電企業(yè)規(guī)范化、標準化、精細化、信息化的管理要求。因此，建設一個基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)生產(chǎn)管理、安全管理、經(jīng)營管理及信息化、智能化管理，從而提升企業(yè)的管理效率和生產(chǎn)效益迫在眉睫。

2 缺陷統(tǒng)計與預測系統(tǒng)研究

目前缺陷管理僅僅通過人工識別、記錄以及統(tǒng)計整理，很難實現(xiàn)對隱藏信息的有效分析， 無法真正發(fā)揮出管理效能[7-10]。充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術，圍繞能源互聯(lián)網(wǎng)開展技術創(chuàng)新，探索“互聯(lián)網(wǎng)+”智能電場，已成為集控發(fā)展的重要方向，本文結合國家電投集團江西分公司實際，提出了基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)建設思路和方案。通過實踐研究法，證實大數(shù)據(jù)技術能夠根據(jù)云平臺中的歷史缺陷數(shù)據(jù)和發(fā)電設備運行過程中的數(shù)據(jù)，利用人工智能、計算機、統(tǒng)計學等原理，預測出故障可能發(fā)生的位置，將缺陷信息和缺陷預判功能集成到相互關聯(lián)并且能夠統(tǒng)一協(xié)調的系統(tǒng)之中，實現(xiàn)集中、高效、便利的缺陷管理[11]。

2.1 研究背景

本文以國家電投江西公司的南昌生產(chǎn)運營中心為研究樣本，目前南昌生產(chǎn)運營中心承擔著接入的4 座水電場、28 個集控新能源場站的集控運行重任，運行總容量超過250 萬kW，未來每年新接入運行容量將不低于50 萬kW。場站的值班監(jiān)盤、缺陷管理、兩票管理、報表匯總、數(shù)據(jù)分析等多項工作都由生產(chǎn)運營中心遠程完成。面對持續(xù)接入的清潔能源場站，集控值班人員運行壓力顯著巨增，原先的缺陷管理模式已無法滿足集約化管理的需要。通過實踐研究，建設基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)，實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)智能化管理。

2.2 系統(tǒng)框架

缺陷管理系統(tǒng)與實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)等相關信息系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。系統(tǒng)具有良好的可拓展性，能夠隨時按照生產(chǎn)要求與相關管理系統(tǒng)設置接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。本系統(tǒng)部署在局域網(wǎng)內，通過網(wǎng)絡接入各獨立系統(tǒng)數(shù)據(jù)。APP 應用也部署在局域網(wǎng)內，通過已有網(wǎng)閘實現(xiàn)正向隔離，能夠確保信息安全。管理層用戶通過局域網(wǎng)訪問系統(tǒng)，各場站及新能源場站業(yè)主用戶可通過視頻專線訪問或VPN 方式訪問兩種方式登錄。缺陷管理系統(tǒng)具有7×24 h 的高可用性，服務器CPU 平均負荷率≤30%，支持500 用戶同時訪問，頁面調用的響應時間在3 s 以內。系統(tǒng)支持后續(xù)的應用系統(tǒng)資源逐步整合，場站增多或數(shù)據(jù)量加大時應不影響現(xiàn)有系統(tǒng)功能和結構，能夠方便后續(xù)的系統(tǒng)擴展；可以利用權限管理分配管理員對系統(tǒng)進行管理和維護，并對系統(tǒng)配置進行調整和優(yōu)化；能夠提供數(shù)據(jù)備份與恢復功能，保證系統(tǒng)宕機后能夠及時恢復；如果硬件損壞，能夠提供應急和替代方案[12]。

具體架構如圖1 所示。

圖1 基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)架構圖

圖2 基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)流程圖

2.3 實施過程

本系統(tǒng)對電力行業(yè)和數(shù)據(jù)資源進行分析理解，從而建立規(guī)范模型，實現(xiàn)過程評估、統(tǒng)一部署等操作。首先進行缺陷數(shù)據(jù)儲備，主要分為數(shù)據(jù)準備、數(shù)據(jù)選擇、預處理、數(shù)據(jù)縮減、目標確定5 個步驟，為故障判斷做好數(shù)據(jù)的準備工作；然后通過算法確定、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別和故障診斷，深入挖掘缺陷數(shù)據(jù)中蘊含的信息[13]。以南昌生產(chǎn)運營中心的原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，進行數(shù)據(jù)的抽取、清洗、轉換從而建立主題性的、集成的、時變的數(shù)據(jù)庫?；跀?shù)據(jù)庫聯(lián)合諸多種建模技術，創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型并測試、校準，對設備近期可能出現(xiàn)的缺陷故障進行預測。最后，不斷更新動態(tài)設備運行數(shù)據(jù)、不斷完善數(shù)據(jù)挖掘功能，進而實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)智能化管理，為企業(yè)決策給予及時準確的依據(jù)和參考?；谠破脚_大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)實施過程主要有如下步驟。

（1）數(shù)據(jù)處理

對南昌生產(chǎn)運營中心原始業(yè)務數(shù)據(jù)進行整理、集合并選擇性抽取、清洗、轉換從而建立數(shù)據(jù)庫，有效實現(xiàn)各種類數(shù)據(jù)資源的整合，以滿足建模方面的要求。按照缺陷規(guī)則對數(shù)據(jù)進行采集、整理，提供多維報表、圖表數(shù)據(jù)，支撐特定業(yè)務分析應用。在數(shù)據(jù)準備、數(shù)據(jù)選擇、預處理、數(shù)據(jù)縮減、目標確定的工作中要做到最大限度地降低人為因素造成的數(shù)據(jù)失真，保證數(shù)據(jù)計算的算法正確以及運算的有效性。同時要盡可能降低無效數(shù)據(jù)含量，提高缺陷數(shù)據(jù)智能化管理效率。數(shù)據(jù)庫內的數(shù)據(jù)要具有真實性、有效性、代表性、科學性，能夠為企業(yè)運營決策提供強力的支持。

（2）規(guī)范建模

有機結合諸多種建模技術，規(guī)范校準業(yè)務數(shù)據(jù)及建模參數(shù)。具體任務是創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型、規(guī)則化關聯(lián)數(shù)據(jù)、分類聚類和預測、檢測異常性等。在得到典型缺陷發(fā)生期間的設備運行數(shù)據(jù)及其對應的變化趨勢函數(shù)后，即可根據(jù)模型得到未來時間段的相關設備運行狀態(tài)變化曲線。將變化曲線跟該典型缺陷的多個歷史缺陷記錄進行對比求出相似度后，即可預測出短期可能會發(fā)生的缺陷故障。

（3）過程評估

嚴格檢測、評估挖掘的數(shù)據(jù)結果和實際設備運行狀態(tài)之間的吻合性，確定數(shù)據(jù)模型是否符合公司發(fā)電設備缺陷管理發(fā)展訴求需要。

（4）統(tǒng)一部署

通過統(tǒng)一部署數(shù)據(jù)模型，以挖掘結果為依據(jù)，及時對發(fā)電設備的故障進行智能化判斷，大大提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的效率，為日常生產(chǎn)工作提供指導建議。

2.4 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)中的云平臺整合了設備運行階段形成的多種數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)鏈條，有強大的報表統(tǒng)合、查詢解析等諸多功能，為數(shù)據(jù)信息深度挖掘、缺陷預測提供良好環(huán)境。結合大數(shù)據(jù)技術能夠為發(fā)電設備定制一個大型的數(shù)據(jù)倉庫，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)分析和處理等功能?；谠破脚_大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)利用人工填報和自動采集方式，云平臺收集大量歷史缺陷數(shù)據(jù)樣本和發(fā)電設備歷史生產(chǎn)信息，動態(tài)更新發(fā)電設備實時生產(chǎn)信息。云平臺會將現(xiàn)存故障發(fā)送給設備運維人員，提醒運維人員及時消缺；通過大數(shù)據(jù)分析比對能夠預測出短期內可能會發(fā)生故障并發(fā)送給設備運維人員進行提前控制、干預。現(xiàn)有故障消除或預測故障控制后，設備運維人員將填寫線上處理單將處理情況反饋至云平臺[14]。關鍵指標數(shù)據(jù)云平臺共享模塊通過分析，規(guī)范細化數(shù)據(jù)交互過程，實現(xiàn)對缺陷的管理、缺陷指標數(shù)據(jù)的把控，采集完成的數(shù)據(jù)將全部匯總存儲在云平臺中，能夠根據(jù)預設好的報表模板快速匯總統(tǒng)計形成現(xiàn)有缺陷報表、故障預測報表，發(fā)送給不同端口的運維人員，幫助用戶更好地做出決策。

3 缺陷統(tǒng)計與預測系統(tǒng)的成效

建立完善的缺陷統(tǒng)計體制，是電力企業(yè)開展缺陷統(tǒng)計工作的基礎，基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)投入前，日常缺陷數(shù)據(jù)填報工作由手工填寫表格，各部門之間通過電話、郵件方式溝通，每月統(tǒng)計、匯總、整理?；谠破脚_大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)的應用，規(guī)范了缺陷數(shù)據(jù)填報格式、消缺閉環(huán)流程，避免了缺陷重復填報，減輕人工整理和統(tǒng)計的負擔，提高了工作效率，多渠道提供缺陷統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息存儲到云平臺中，實現(xiàn)缺陷統(tǒng)計數(shù)據(jù)的共享。實現(xiàn)缺陷日常管理的流程化、規(guī)范化，有效管控數(shù)據(jù)填報情況。

基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)集中存儲、集中計算、集中應用、場景展示，提高行業(yè)分析能力及水平，將統(tǒng)計人員從繁鎖的數(shù)據(jù)統(tǒng)計的事務性工作當中解放出來，能夠把更多的精力放在數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務職能上。故障預測功能有效地警示運維人員，使其能夠提前采取干預措施，保障設備運行安全，提升設備利用率。而且保證統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息能更好的為生產(chǎn)運行提供信息保障服務，為缺陷管理提供數(shù)據(jù)支撐，提升缺陷管理水平，在缺陷數(shù)據(jù)治理、規(guī)范統(tǒng)計、精準分析、科學管理等方面取得突破。

4 結語

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，網(wǎng)絡信息化、數(shù)據(jù)化管理在發(fā)電企業(yè)日常管理中得到廣泛應用，能夠從底層顛覆過去能源產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)管理模式，能夠有效應對和處理更多的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)，能夠精細化、智能化管理發(fā)電設備，能夠提前干預和控制設備缺陷，能夠大大提升系統(tǒng)對于信息的反饋速度和應用效率，給企業(yè)生產(chǎn)管理帶來極大便利。隨著新能源場站的不斷增多，集控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將從百萬提升至上億級別，采用Excel 工具做缺陷分析不再能滿足生產(chǎn)需要，迫切需要提升大數(shù)據(jù)處理分析能力。而融合大數(shù)據(jù)的處理與分析、決策為一體的生產(chǎn)管理系統(tǒng)作為一項新興事物，還需要不斷的完善和健全，使其獲得更好的適應效果。本文提出了基于云平臺大數(shù)據(jù)技術的發(fā)電設備缺陷管理系統(tǒng)，通過云系統(tǒng)存儲和大數(shù)據(jù)分析，能夠及時準確地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設備潛在故障和缺陷，實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)資產(chǎn)的智能應用，提高發(fā)電設備的運行效益，切實提升發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運營管理水平，為發(fā)電行業(yè)推動智能場站、無人場站建設提供助力，為我國電力事業(yè)發(fā)展提供不竭動力。