彭 放，朱傳古

（1.國電大渡河大崗山水電開發(fā)有限公司，四川 雅安625409；2.南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇 南京211106）

0 引言

基于“大數(shù)據(jù)”和“智能分析技術(shù)”構(gòu)建信息決策“大腦”已成為目前國內(nèi)先進發(fā)電企業(yè)的“智慧企業(yè)”發(fā)展目標。“大數(shù)據(jù)”與“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展思路已逐漸深入到發(fā)電能源企業(yè)的管理思維中，如何全面地采集數(shù)據(jù)、深入地挖掘數(shù)據(jù)，最終通過對數(shù)據(jù)的精準應(yīng)用實現(xiàn)企業(yè)的智慧化管理，已成為目前智慧企業(yè)、智慧電廠研究的重點方向。

1 數(shù)據(jù)中心的基本概念

在電站側(cè)采用云存儲技術(shù)或者常規(guī)存儲技術(shù)，按照電力系統(tǒng)二次安全防護管理策略要求，通過運用多種通信方式（例如以太網(wǎng)、串口、總線、無線等）將電站所有設(shè)備系統(tǒng)鏈接在一起，按照設(shè)備對象化管理的方式（設(shè)備建模）規(guī)范采集實時數(shù)據(jù)信息，同時獲取設(shè)備管理的靜態(tài)化信息（例如參數(shù)信息、缺陷信息、點檢信息等），最終在安全Ⅲ區(qū)實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的集中匯聚與標準化管理，在數(shù)據(jù)匯聚的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)互動與智能應(yīng)用，我們稱之為水電站“數(shù)據(jù)中心”。大崗山水電站數(shù)據(jù)中心總體邏輯結(jié)構(gòu)圖見圖1。大崗山水電站網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖2。

對于流域型發(fā)電企業(yè)，電站側(cè)數(shù)據(jù)中心將更側(cè)重于實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)有效匯聚、短期存儲和集中上送功能，同時實現(xiàn)電站級生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互動與智能告警分析。

2 數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)功能設(shè)計

數(shù)據(jù)中心可以采用層次化的功能設(shè)計，遵循面向服務(wù)的軟件體系架構(gòu)，采用分布式的服務(wù)組件模式，提供統(tǒng)一的服務(wù)容器管理，能較好地滿足系統(tǒng)集成和應(yīng)用不斷發(fā)展的需要，對數(shù)據(jù)及軟件功能模塊進行有效的組織，能為應(yīng)用系統(tǒng)的運行管理提供全面的支持支撐。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)功能至少應(yīng)包含數(shù)據(jù)采集匯集、對象化模型管理、開放的編程環(huán)境以及統(tǒng)一綜合信息發(fā)布等基礎(chǔ)功能模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集匯聚

數(shù)據(jù)采集匯聚模塊應(yīng)能基于統(tǒng)一標準建立電站側(cè)的數(shù)據(jù)接入模型，建立橫跨安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)以及本系統(tǒng)與子系統(tǒng)（或裝置）之間的數(shù)據(jù)交換總線，同時提供對外訪問的標準接口，從而實現(xiàn)系統(tǒng)與各子系統(tǒng)（或裝置）的信息交換與共享。通信方式至少包括以太網(wǎng)點對點通信、串口點對點通信方式、直接訪問數(shù)據(jù)庫等。

電站所有的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)通過分設(shè)在安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的采集服務(wù)器匯聚到設(shè)置于安全Ⅲ區(qū)的數(shù)據(jù)中心。

圖1 總體邏輯結(jié)構(gòu)圖

圖2 電站網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

（2）對象化模型管理

設(shè)備對象化建模以圖、模、庫一體化的思想為基礎(chǔ)，針對電站設(shè)備管理及健康狀態(tài)等各專業(yè)領(lǐng)域所需要的設(shè)備建立數(shù)據(jù)模型，形成穩(wěn)定、唯一的數(shù)據(jù)表示和訪問路徑，構(gòu)建電站設(shè)備管理標準化的模型庫。至少支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和XML語言兩種方式描述水電站設(shè)備數(shù)據(jù)模型庫，以提高模型的靈活性和擴展性。

采用面向?qū)ο笮蛿?shù)據(jù)庫或關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，支持面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型和關(guān)系模型之間的映射。在XML跨平臺載體的支持下，各種異構(gòu)電廠自動化系統(tǒng)間通過標準接口實現(xiàn)模型的交換與共享。

（3）開放的編程環(huán)境

數(shù)據(jù)中心能提供面向服務(wù)的應(yīng)用接口，提供服務(wù)或API接口，支持在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，以滿足后續(xù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的需求。智慧電廠的許多高級應(yīng)用和模型分析模塊需要不同廠家、不同科研單位的技術(shù)專家根據(jù)理論算法的不斷演進而不斷地開發(fā)，因此在數(shù)據(jù)中心建立一個開放通用的編程環(huán)境、提供開放的應(yīng)用接口是必備的基礎(chǔ)功能。

（4）信息綜合發(fā)布

數(shù)據(jù)中心作為WEB門戶與對外信息中心的載體，針對電站實時過程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理與決策分析等不同層面的實際需求，實現(xiàn)對分散于各部門（廠站）專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行規(guī)范化組織，統(tǒng)一管理，集中加工處理以及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的標準化，并在此基礎(chǔ)上提供多種方式的數(shù)據(jù)展現(xiàn)、報表、分析和維護功能，以及進一步的數(shù)據(jù)挖掘，最終簡化日常海量數(shù)據(jù)處理工作，為生產(chǎn)運行各個環(huán)節(jié)以及決策制定提供可靠支持。

利用Web瀏覽界面，具備對一體化智能管控平臺[1]的實時信息集中監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)查詢、運行狀況在線分析和在線報警功能；針對生產(chǎn)運行中產(chǎn)生的海量歷史數(shù)據(jù)進行運行分析，主要功能包含散點圖分析、相關(guān)量分析、趨勢分析、偏差分析、最值綜合分析等；對數(shù)據(jù)進行抽取、轉(zhuǎn)換、分析和搜索，抽取出潛在有用信息、模式和趨勢開展技術(shù)分析，主要功能包含可靠性管理和技術(shù)監(jiān)督分析、最值曲線分析、自動生成報警信息等。

3 基于數(shù)據(jù)中心的高級應(yīng)用設(shè)計

3.1 系統(tǒng)間智能聯(lián)動

系統(tǒng)間智能聯(lián)動是指利用電站數(shù)據(jù)中心建立多系統(tǒng)聯(lián)動平臺，實現(xiàn)電站安全I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和自動互操作。電站現(xiàn)有的各個電力生產(chǎn)系統(tǒng)與管理應(yīng)用系統(tǒng)來自不同廠家，系統(tǒng)之間相互獨立、各有一套自己的數(shù)據(jù)規(guī)范，且系統(tǒng)之間無法互聯(lián)、互通、互操作，不能實現(xiàn)設(shè)備的智能化管理。智能聯(lián)動建設(shè)的前提是在電站側(cè)建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準與規(guī)范（逐步推廣應(yīng)用IEC61850協(xié)議[2-3]），實現(xiàn)聯(lián)動策略的統(tǒng)一管理，提供便捷的編程組態(tài)環(huán)境。智能聯(lián)動的實現(xiàn)可提高電站安全管理水平，降低人員勞動強度，提高工作效率和經(jīng)濟效益（圖 3）。

圖3 聯(lián)動結(jié)構(gòu)示意圖

智能聯(lián)動不是傳統(tǒng)意義上的設(shè)備與設(shè)備之間點對點的互操作，而是通過聯(lián)動服務(wù)器統(tǒng)一調(diào)度聯(lián)動策略、采集各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)和下達聯(lián)動操作指令，所有聯(lián)動子系統(tǒng)均通過聯(lián)動服務(wù)接口獲取指令。

3.2 設(shè)備的對象化建模

數(shù)據(jù)中心應(yīng)遵循相關(guān)行業(yè)標準，實現(xiàn)面向設(shè)備對象、具備數(shù)據(jù)自描述能力的信息建模?；趶膶嶓w到模型的思維，將電站生產(chǎn)系統(tǒng)的各種實體設(shè)備按其屬性和功能抽象為對象模型，建立映射關(guān)系，如1號機組對象、檢修排水泵設(shè)備對象、調(diào)速器對象等（表 1）。

表1 某電站1號機組技術(shù)供水泵模型數(shù)據(jù)表

對象化建模具備以下優(yōu)點：①映射實體對象更加直觀，易于理解；②支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)屬性；③支持復(fù)雜的關(guān)系定義；④具有動態(tài)擴展能力；⑤為各種高級智能應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

3.3 智能告警與故障診斷

在現(xiàn)有傳統(tǒng)告警設(shè)計的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)中心應(yīng)具備多業(yè)務(wù)綜合報警及智能告警管理功能，用于統(tǒng)一采集電站報警消息，并能按照預(yù)定義的通知策略即時通知到對應(yīng)的人員，通知方式可采用OnCall、廣播指令系統(tǒng)等（圖4）。智能告警應(yīng)至少具備以下功能：

（1）在告警生成端對所有告警記錄進行編號，當(dāng)告警丟失時可查詢補傳。

（2）按設(shè)備對象進行告警組織，可根據(jù)設(shè)備對象對報警進行查詢。

圖4 智能告警結(jié)構(gòu)圖

（3）可根據(jù)機組、設(shè)備狀態(tài)或其他因素，定制告警策略與優(yōu)先級。

（4）支持短信、手機、聲光、郵件、軟件界面等多種告警模式。

（5）至少具備如下設(shè)備告警記錄類型：事件順序記錄、故障及狀變記錄、參數(shù)越限報警與記錄、趨勢記錄與顯示、歷史過程反演、事故追憶、事故回放及相關(guān)量記錄、語音報警、電話自動告警及查詢、電氣設(shè)備動作及運行記錄、操作記錄、運行日志及報表、系統(tǒng)綜合信息記錄等。

（6）至少具備如下設(shè)備智能運行報警功能：設(shè)備對象化報警管理、條件工況告警、運行規(guī)律分析告警、告警信息指引、告警信息管理以及多樣化的報警類型。

（7）具備關(guān)聯(lián)信息自動調(diào)取與推送，當(dāng)告警發(fā)生時，可自動調(diào)取與該告警關(guān)聯(lián)度較高的設(shè)備信息（如運行數(shù)據(jù)、參數(shù)定值、缺陷信息、趨勢圖），并推送至相關(guān)設(shè)備管理人員。

3.4 智能分析報表

數(shù)據(jù)中心應(yīng)具備智能化、可擴展和可定制的報表引擎，可自動生成各類分析報表并完成部分報表的自動填報和推送，如周報、月報、縱橫對標、與完成值對標、企業(yè)考評、目標責(zé)任制企業(yè)考評等統(tǒng)計表，并能靈活編輯和增加各類統(tǒng)計模板，提高報表數(shù)據(jù)的準確性和生成速度，提升數(shù)據(jù)統(tǒng)計、挖掘和展示的效率。主要應(yīng)包含以下功能：

（1）具備不同時間尺度（實時、小時、日等），不同報表格式，不同數(shù)據(jù)類型，不同展示方式的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、對比、校核、修改、查詢等功能。

（2）提供具備豐富分析功能的分析控件，例如同比控件、環(huán)比控件、對標控件、趨勢分析控件、邏輯分析控件等，選擇控件后可快速選擇關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

（3）提供豐富的圖形控件，通過關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)繪制柱狀圖、折線圖、餅圖等常規(guī)圖形，以及用戶要求的定制圖形。圖形之間可快捷轉(zhuǎn)換而無需重新選擇相關(guān)數(shù)據(jù)。圖形具有單坐標、雙坐標、雙縱坐標、多數(shù)據(jù)等豐富的表現(xiàn)形式（圖5）。

圖5 圖形多樣化

（4）可按用戶定制的模板自動生成狀態(tài)報告，報告應(yīng)能反映機組的動、穩(wěn)態(tài)特性和各監(jiān)測對象參數(shù)運行狀態(tài)變化。所有報告采用與Excel、Word等標準處理程序兼容的文件格式存儲。

4 結(jié)束語

近年來電力市場競爭驟然加劇，對電站的生產(chǎn)經(jīng)營管理水平提出了更高的要求，各電站由目前的成本控制型企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲂推髽I(yè)、智慧管理型企業(yè)的需求更加迫切。通過電站數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，優(yōu)化電站綜合生產(chǎn)管理及設(shè)備管理，提升電站安全管理能力和應(yīng)急響應(yīng)能力，提高設(shè)備安全運行管理水平，為實現(xiàn)“智慧電廠”奠定堅實的基礎(chǔ)。本文從概念設(shè)立、基本功能設(shè)計、高級應(yīng)用功能設(shè)計等方面對數(shù)據(jù)中心的理論研究、系統(tǒng)實施等進行了詳細的闡述，為其他電站的數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了參考和示范。