數(shù)據(jù)驅動下智慧水電一體化大數(shù)據(jù)平臺建設及其業(yè)務應用探討

劉曉云

重慶大唐國際彭水水電開發(fā)有限公司 重慶 409600

引言

當前，大數(shù)據(jù)中心建設成為國內發(fā)電企業(yè)智慧電廠建設的重點方向之一，通過大數(shù)據(jù)平臺的建設促使傳統(tǒng)電廠形態(tài)從數(shù)字化向智能化、智慧化演進，使電力企業(yè)在市場化經(jīng)營環(huán)境下的競爭能力進一步增強[1]。圍繞電力行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的建設問題，國內各大高校、企業(yè)、科研機構開展了一系列的科學研究和業(yè)務應用，并在經(jīng)營管理、設備運維、機組優(yōu)化運行等方面取得了良好的應用效果[2-4]。

例如，在國內發(fā)電領域，國家能源集團針對火電環(huán)保領域海量環(huán)保數(shù)據(jù)難以高度利用的問題，通過打造火電廠智慧環(huán)保平臺，實現(xiàn)了環(huán)保島系統(tǒng)的智能控制和智慧管理，提高了企業(yè)智慧化服務水平，有效降低了企業(yè)經(jīng)營成本[5]。作為國內首個整體流域智慧水力發(fā)電企業(yè)的典型代表，國家能源投資集團的大渡河公司，基于“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)”技術，建成了面向公司層面的綜合決策中心、專業(yè)數(shù)據(jù)中心，為智慧檢修、智慧調度等智慧應用提供了良好的平臺支撐[6,7]。為實現(xiàn)對企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的深度挖掘，雅礱江流域水電公司基于大數(shù)據(jù)技術建造水電行業(yè)級數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)環(huán)境下全類型、全業(yè)務數(shù)據(jù)資產(chǎn)的集中整合、存儲、分析、應用[8]，提高了企業(yè)數(shù)據(jù)分析、應用的能力。

當前，大唐重慶分公司正通過推進智慧電廠的建設，打造大數(shù)據(jù)中心、安全管控中心、優(yōu)化運行中心、區(qū)域檢修中心和應急指揮中心五大專業(yè)化區(qū)域智慧管控中心，逐步形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、一體化大數(shù)據(jù)平臺兩大智慧支撐平臺（簡稱“五中心兩平臺”），以實現(xiàn)服務基層智慧生產(chǎn)、區(qū)域智慧管控的建設目標。基于此，本文圍繞大唐重慶分公司一體化大數(shù)據(jù)平臺和業(yè)務建設實踐，對平臺架構和典型業(yè)務應用進行了探討。

1 水電一體化大數(shù)據(jù)平臺層級架構

一體化大數(shù)據(jù)平臺是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、應用基礎上的一次重大提升，在建設的過程中應根據(jù)企業(yè)實際的應用需求進行平臺架構的設計和業(yè)務應用的建設[9]。大唐重慶分公司一體化大數(shù)據(jù)平臺在功能架構上采用分層架構，主要由基礎設施及存儲層、公共服務層、數(shù)據(jù)中臺層等構成。

1.1 一體化大數(shù)據(jù)平臺基礎設施及存儲層

基礎設施層基于海量數(shù)據(jù)存儲的物理服務器資源、虛擬化資源，并結合大數(shù)據(jù)平臺、業(yè)務應用系統(tǒng)的需求，利用虛擬化和云計算技術，規(guī)劃基礎計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源，以及基礎云平臺的部署架構、網(wǎng)絡架構等內容，為應用系統(tǒng)提供計算和存儲資源。存儲層面向海量數(shù)據(jù)存儲，綜合考慮存儲對象的差異性進行優(yōu)化設計，具備高效數(shù)據(jù)管理技術、彈性系統(tǒng)擴展技術、存儲系統(tǒng)優(yōu)化技術和面向應用高負載的存儲優(yōu)化技術。數(shù)據(jù)存儲層可為海量數(shù)據(jù)提供Redis、InfluxDB、MongoDB、Mysql等主流數(shù)據(jù)庫。在計算引擎方面，采用Spark、Flink引擎作為平臺核心計算引擎，能夠滿足智慧電廠建設中智慧經(jīng)營、智慧安全、智慧運行、智慧檢修等智慧業(yè)務對海量數(shù)據(jù)的快速計算和響應需求。

1.2 一體化大數(shù)據(jù)平臺公共服務層

在數(shù)據(jù)基礎設施及存儲層上構建公共基礎服務，其中計算調度引擎負責計算數(shù)據(jù)的各種操作，并將計算結果根據(jù)要求予以返回；數(shù)據(jù)采集模塊可根據(jù)任務完成多源異構數(shù)據(jù)的采集，采集過程中進行基本的數(shù)據(jù)標準及治理工作，并按照預定目標入庫存儲；統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問支持多種底層數(shù)據(jù)源，支持針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫類型的數(shù)據(jù)更新接口；全文檢索支持對存儲在對象存儲系統(tǒng)中的文檔進行檢索。

1.3 一體化大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)中臺層

一體化大數(shù)據(jù)平臺的核心是數(shù)據(jù)中臺，由數(shù)據(jù)治理服務模塊、數(shù)據(jù)自助分析服務模塊和大數(shù)據(jù)信息資源池組成。數(shù)據(jù)治理服務模塊包括數(shù)據(jù)標準管理、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)質量管理、業(yè)務數(shù)據(jù)建模、標簽管理等工具，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的清洗、轉換、整合；數(shù)據(jù)自助分析服務為分公司各域業(yè)務系統(tǒng)提供組織、人員、設備、大壩等主題的主數(shù)據(jù)建模、分析、共享服務；信息資源池包括數(shù)據(jù)準備區(qū)、貼源數(shù)據(jù)區(qū)、基礎數(shù)據(jù)區(qū)、應用數(shù)據(jù)區(qū)，為數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)資產(chǎn)建模、機器學習建模等提供不同形式的存儲方式。

2 一體化大數(shù)據(jù)平臺業(yè)務應用點探討

2.1 面向海量數(shù)據(jù)的全域指標展示

一體化大數(shù)據(jù)平臺基于底層存儲資源和計算資源，在數(shù)據(jù)層面匯聚水調自動化系統(tǒng)、大壩監(jiān)測系統(tǒng)、地災預警系統(tǒng)、計算監(jiān)控系統(tǒng)、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等業(yè)務系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)資源，并經(jīng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理形成以設備、生產(chǎn)、人員、組織等為主題的數(shù)據(jù)域和以生產(chǎn)業(yè)務、發(fā)電設備為核心的數(shù)據(jù)專題庫。因此，在對全域數(shù)據(jù)進行展示時，應當結合業(yè)務應用展示需求，考慮規(guī)劃實現(xiàn)大屏總覽、產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)總覽、生產(chǎn)數(shù)據(jù)總覽、生產(chǎn)經(jīng)營分析、組織架構展示、典型站點介紹、核心技術介紹、業(yè)務大數(shù)據(jù)展示、業(yè)務介紹等主題內容，對數(shù)據(jù)進行呈現(xiàn)。

2.2 多維數(shù)據(jù)驅動的智慧管理決策

當前，隨著電力市場改革的進行，傳統(tǒng)電力經(jīng)營模式已經(jīng)不能適應快速發(fā)展變化的市場，這需要發(fā)電企業(yè)將各種生產(chǎn)管理信息進行整合，將數(shù)據(jù)匯入大數(shù)據(jù)平臺，對發(fā)用電數(shù)據(jù)、水情水調數(shù)據(jù)、機組狀態(tài)數(shù)據(jù)等進行綜合分析，輔助管理者進行經(jīng)營決策。因此，在進行智慧管理決策業(yè)務建設時，可考慮基于平臺海量多維數(shù)據(jù)資源，構建數(shù)據(jù)多維看板，從生產(chǎn)、運營、水情、安全等主題域為經(jīng)營管理者提供基礎數(shù)據(jù)和分析服務，通過模型化的分析手段，實現(xiàn)經(jīng)營策略的快速市場化響應。

2.3 基于數(shù)據(jù)驅動的設備狀態(tài)分析

目前，大唐重慶分公司各下屬水電站生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)分別在廠地數(shù)據(jù)庫或集控中心數(shù)據(jù)庫中進行存儲。在業(yè)務系統(tǒng)建設方面，圍繞設備遠程故障診斷等核心關注點，基于計算機監(jiān)控系統(tǒng)、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展了特定應用領域的業(yè)務系統(tǒng)建設工作，并取得了良好的建設成效。但在從全局來看，仍存在一些問題。其一，各場站數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲、字段編碼、數(shù)據(jù)表示、時鐘同步等方面存在差異性，不同場站系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享困難，以場站為單位開展設備故障診斷不利于故障知識庫的共享；其二，廠級系統(tǒng)故障診斷平臺的數(shù)據(jù)計算能力有限，在面對復雜計算任務時，模型構建、自適應參數(shù)尋優(yōu)、快速求解等方面的時效性是短板問題之一；其三，系統(tǒng)之間的聯(lián)動性差，廠級系統(tǒng)一般專業(yè)性較強，關注系統(tǒng)本身功能，當故障發(fā)生時如何與其他系統(tǒng)交互的問題有待解決。

因此，在開展設備狀態(tài)分析等業(yè)務時，可考慮在平臺海量、高維度并且具有時空分布特征的設備數(shù)據(jù)資源基礎上，發(fā)揮平臺的高效計算服務能力和與其他業(yè)務系統(tǒng)之間橫向貫通的優(yōu)勢，實現(xiàn)故障預警、運維決策和智能聯(lián)動。

3 一體化大數(shù)據(jù)平臺業(yè)務應用案例

在一體化大數(shù)據(jù)平臺應用層，大唐重慶分公司基于平臺數(shù)據(jù)資源和計算資源，面向企業(yè)經(jīng)營、管理需求開發(fā)生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)駕駛艙、設備全景信息展示與查詢、設備狀態(tài)監(jiān)測與分析等功能點，充分發(fā)揮平臺價值。

3.1 管理層駕駛艙

管理層駕駛艙的核心價值為各級專業(yè)技術人員、管理人員、決策人員提供不同的數(shù)據(jù)參考和決策支撐。駕駛艙采用三級架構，分為決策層駕駛艙、管理層駕駛艙、執(zhí)行層駕駛艙。決策層駕駛艙總體展示各場站生產(chǎn)運行情況，設備運行情況，安全（人員安全、設備安全等）環(huán)保工作落實情況。管理層駕駛艙展示場站生產(chǎn)運行情況，設備運行情況，以及本場站安全情況（人員安全，設備安全）。執(zhí)行層駕駛艙面向電廠部門管理人員，可查看本場站主要生產(chǎn)情況，設備運行情況，兩票和缺陷單流程執(zhí)行情況等指標數(shù)據(jù)。

3.2 設備全景信息展示查詢

設備全景信息展示查詢應用包括設備全景信息展示、設備全景視圖、水輪發(fā)電機組全景信息展示等子功能。其中，設備全景信息展示提供設備視角，對平臺整合的所有數(shù)據(jù)進行梳理展示，支持對設備各方面信息的全景展示，可以展示、查詢具體設備的全景信息。設備全景視圖以設備樹形式直觀展示全電廠的設備信息，對設備全方位信息進行全景展示，通過定位具體設備展示、查詢設備的全景信息，包括設備的工作票、操作票、缺陷等數(shù)據(jù)。水輪發(fā)電機組全景信息展示以機組為中心，對機組主要測點、油溫、油位、未完成缺陷單、未完成工作票進行全面展示，從而及時了解機組的運行、檢修動態(tài)。

3.3 設備狀態(tài)監(jiān)視與分析

設備狀態(tài)監(jiān)測與分析功能包括狀態(tài)監(jiān)測、預警設置、時間趨勢分析、相關性分析、頻譜分析等子功能。狀態(tài)監(jiān)測支持對設備在線監(jiān)測測點的安裝信息、安裝情況、關聯(lián)的報警策略、報警值的便捷查詢。預警設置可自由組合多個監(jiān)測量，并滿足用戶自定義預警閾值、預警級別和預警判斷邏輯。時間趨勢分析支持對場站運行工況及關鍵設備的實時監(jiān)測功能，并能根據(jù)自定義的時間段查詢在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的歷史趨勢，生成相應圖表或者報表。相關性分析以設備測點數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)對場站擺度有功相關性、振動有功相關性、壓力脈動有功相關性、溫度有功相關性進行分析。頻譜分析功能利用各種監(jiān)測手段判別系統(tǒng)運行狀態(tài)是否正常，可在故障發(fā)生之前，對可能發(fā)生的故障進行預報；對于已發(fā)生的故障，可經(jīng)過分析與判斷，確認故障相關信息，為設備檢修提供參考依據(jù)。

4 結束語

一體化大數(shù)據(jù)平臺作為大唐重慶分公司“五中心兩平臺”核心組成要素，克服了現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中困難、數(shù)據(jù)共享困難、系統(tǒng)擴展困難等一系列難點，使數(shù)據(jù)經(jīng)平臺統(tǒng)一匯聚、治理后形成海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)。在此基礎上，通過平臺的典型業(yè)務應用，初步發(fā)揮了平臺在駕駛艙、設備全景信息展示查詢、設備狀態(tài)監(jiān)視與分析等方面的數(shù)據(jù)服務能力，為企業(yè)的經(jīng)營管理提供了有效的分析手段，也為其他發(fā)電企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺和業(yè)務建設提供了參考思路。