湖北能源生產信息管理平臺規劃設計

袁喜來，嚴敬川，汪涂維

(湖北能源集團股份有限公司，湖北 武漢 430077)

近5年，湖北能源集團股份有限公司(以下簡稱湖北能源)水、火、風、光等類型的電力生產規模不斷增加；天然氣、熱力與煤炭板塊不斷開拓；清江、溇水、南河、郁江4個流域水庫調度與防洪發電進入全局統籌模式。湖北能源的生產信息種類繁多、數量大、分布廣，數據的管理、分析、應用等工作量龐大。截止2018年12月，湖北能源可控發電裝機722.67萬kW，其中水電裝機369.43萬kW、火電裝機263萬kW、風電裝機61.94萬kW、光伏裝機28.3萬kW，天然氣管網819 km。

1 當前生產信息應用存在的問題

1)不能全面自動采集生產數據。實時電量、機組運行狀態、水雨情、風功率、天然氣供應和熱力供應、環保等信息不能全面及時采集，湖北能源不能實時掌握生產現狀，及時指揮協調生產，不利于生產效益最大化。

2)缺乏有效生產經營分析策略、指標評估方法與工具。對較為關鍵性的指標無法進行有效管理，仍然較為依賴于人工管理，未能從繁重的統計報表工作中解放出來，未能將人的主要精力用在發現生產中的問題，提高生產效率，優化生產流程等方面，無法進一步促進湖北能源生產管理水平的提高。

2 適應生產業務需求的信息目標

發電量與線路狀態自動采集與自動報送可讓最基本的生產狀況處于實時掌控中，滿足最基本生產管理需求。

水庫防洪與調度的目標是根據水利樞紐特性、設計指標、在滿足水利樞紐安全、水電站以及電網安全的前提下，充分利用鄂西水庫群的水庫庫容、鄂西雨洪資源，進行合理調度，充分發揮鄂西水利樞紐工程的聯合防洪興利作用，最大限度地滿足電網的調頻調峰需要，提高水資源的綜合利用效益。

設備可靠性管理為湖北能源主力機組的檢修、技改計劃的決策,精準施策提供有力支撐。

經濟運行評價與行業指標進行對比，評價；水電廠可通過雨量、水耗、入庫水量等指標的對比，合理調配水資源，提高流域水資源利用率，實現最優經濟運行[1]。火電廠則可以通過燃煤成本、度電煤耗、入爐煤標單、負荷率等指標的優化提高管理水平和層次[2]。

氣象數據分析與電力生產結合，滿足迎峰度冬、迎峰度夏、節日與非常時期保電等，冬季風電場運行安排，極端氣象下的風電場應急處置等需求。

智能生產報表實現對采集來的各種不同類型的實時數據依據應用要求進行自動加工處理形成各類報表。

生產信息發布為各類型用戶提供數據訂閱推送服務，授權用戶按需通過Web或者APP訪問。

為此，必須適應生產業務需要，規劃設計建立生產信息管理平臺，以提高生產經營決策能力及管理水平。

3 生產數據治理

3.1 數據分類與數據源

為實現上述業務需要基礎生產能力、生產計劃、實時生產數據、經濟及可靠性指標、實時水雨情、環保、氣象等7類數據支撐。數據源分布如表1所示。

3.2 數據治理路線

如3.1所述，生產數據界定在反應生產實況、生產能力、生產力利用水平的關鍵數據范圍內。因此，必須對數據進行分類，分層，歸集，清洗，提取到關鍵生產數據，與行業對標，為生產服務，發揮數據的價值。該平臺的數據治理路線如圖1所示，主要包括7個重點。

1)數據采集。從各單位的安全1區、2區、3區采集經過符合規范的各單位的實時生產信息與生產管理信息，從源頭上保證數據真實、可信、可靠。

2)數據標準化與行業對比。依據國家、行業、三峽集團生產數據標準建立湖北能源的數據標準，在此基礎上計算各類行業指標，與行業對比分析。通過指標管理不斷促進湖北能源生產管理運營水平的提升。

表1 數據庫分布

續表1

圖1 生產數據治理路線

3)數據治理。對數據進行范圍界定，分類，分層，歸集，清洗。

4)數據模型。對水、火、風、光等數據建立數據邏輯模型與存儲模型。

5)數據管控體系。對數據分級與審計。數據異常監控與處理、數據質量持續提升。

6)數據服務。為各類型用戶提供電量、水情、機組與線路、氣象、環保、天然氣、熱力等數據。

7)應用場景以及數據應用發布。針對湖北的能源具體的生產經營活動建立應用場景，提供生產表報、運行評價、信息發布等服務。

4 數據規范

數據規范明確了湖北能源生產信息平臺數據接口的基本要求，對表中的字段的名稱、含義、數據類型，采集周期做了詳細的說明，包括基礎生產能力庫、生產計劃庫、經濟指標及可靠性，實時生產庫、實時水雨情庫、環保庫與氣象庫等，共7類數據庫表信息的存儲結構，共65張表。

表結構描述包括：中文表名、表標識、表體和字段描述4個部分；中文表名是每個表結構的中文名稱，用簡明扼要的文字表達該表所描述的內容。表標識是用于識別表的分類及命名，本標準中表標識為其中文表名的英文縮寫。表體以表格的形式表示，包括字段名、標識符、類型及長度、有無空值、計量單位、主鍵、外鍵、索引序號。字段描述用于描述每個字段的意義以及取值范圍、數值精度、計量單位等。

同時，該規范對湖北能源的所有的公司、廠站、機組、開關等進行了統一編號，并預留了空間，為將來各個單位的數據入庫歸位做了統一規劃。

5 生產數據應用

1)發電業務統計分析、生產經營情況分析、可靠性分析、水情水文監視、環保監督；

2)水電類、熱電類、風電類、光伏類經濟運行指標管理與分析；

3)自動簡報功能、定制化文檔、定制化匯報演示材料；

4)提供網頁、手機APP、短信等多種信息查詢方式，面向全公司各個生產單位，授權用戶分級使用。

6 平臺部署結構

6.1 平臺基礎軟硬件結構

平臺基礎軟硬件結構如圖2所示，湖北能源本部軟硬件主要包括：云操作系統、主機4臺、云存儲2臺、存儲交換機2臺、帶光交換模塊的路由交換機2臺、入侵檢測裝置1臺(利舊)、防火墻2臺(其中1臺利舊)、時鐘系統1套；各個接入點在滿足電力監控系統安全防護要求的基礎上因地制宜接入湖北能源本部，系統性能指標如表2所示，主要硬件性能指標見表3。

云操作系統同時融合計算、存儲、網絡等虛擬化技術，有利于統一管理硬件、軟件、網絡與存儲資源；支持從單臺服務器到多個分布式數據中心的管理，能夠根據業務需求調度資源進行分布計算[3]，相對于單臺物理主機能夠節省大量的計算時間[4]，提高效率，有利于基礎設施運維與湖北能源業務流程的戰略性結合。

6.2 平臺軟件結構

系統總體邏輯架構自下至上分別是：信息采集層、運行環境層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層和應用展示層；同時安全保障體系標準規范體系貫穿整體系統。系統框架圖如圖3所示。

信息采集主要通過ESB(Enterprise Services Bus)實現，比傳統中間件提供了更加靈活高效的服務管理方法，消除了不同應用系統之間的技術上的差異，實現分布式異構環境中進行服務交互[5]。

數據資源層介于運行環境層和應用支撐層之間，為各類業務應用提供數據支持，整合基礎生產能力、生產計劃、實時生產、實時水雨情、環保、氣象、經濟指標及可靠性等數據，為業務應用提供數據基礎。數據平臺包含有三個部分：生產信息綜合數據庫、數據共享交換平臺、數據庫維護系統。

應用支撐層為業務功能的定制化開發、應用與管理提供支撐。應用支撐平臺包括公共基礎服務、應用支撐服務以及資源服務管理。各業務應用系統的開發建立在應用支撐平臺與數據平臺的主體框架之上。

軟件框架依據數據治理路線，基于先進的云計算、大數據、信息采集、數據交換、面向服務、空間影像、移動互聯等現代化的信息技術，集“多源數據采集與信息存儲、大數據融合與知識發現、智能輔助決策與運營評價”為一體，使得湖北能源生產信息管理系統具有“一套規范、兩個平臺、五個系統、多種終端、一站式應用”特點。

指標要求系統可用性1)系統關鍵節點采用冗余配置,任何時刻都能保證主備機的互相切換,切換時無擾動,熱備用計算機切換時間(從故障發生到所有功能完全恢復) <30 s2)系統年可利用率≥ 99.95%系統可靠性1)平均無故障間隔時間(MTBF) 計算機(含磁盤)≥8 000 h模件(處理板、接口板、電源)≥34 000 h2)由于偶發性故障而發生自動啟動的平均次數:≤1次/3 600 h系統資源技術指標1)CPU負荷率正常情況下計算機CPU負荷率:≤30%(任意5 min內)高活躍狀態下計算機CPU負荷率:≤50%(任意5 min內)服務器硬盤容量至少留有50%的備用容量,當磁盤容量小于15%時給出提示和報警在線運行的服務器內存占用量:≤40%2)網絡負荷率正常情況下網絡平均負荷率:≤5%(任意5 min內)高活躍情況下網絡平均負荷率:≤10%(任意5 min內)3)系統數據存儲指標實時數據在線保存時間不小于1年歷史數據在線保存時間不小于10年氣象衛星云圖和閘門圖像信息保存時間不小于3個月,典型衛星云圖可長期保存所有服務器磁盤容量至少留有50%的備用容量,當磁盤容量少于10%(可調)時給出提示和報警

表3 主要硬件性能指標

圖3 平臺軟件結構

7 結 語

該信息平臺是對湖北能源各方面業務數據的集成和深度挖掘，實時掌握并綜合利用水、風、光、煤、環保、熱力、氣象等數據，統籌協調火電、水電，風電、光伏發電生產，提高管理水平，實現生產資源優化配置，最大化生產效益。