佟德利，郝 峰，魏春雷，茹松楠

（國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和實踐，抽水蓄能電站信息化水平得到了大幅提升，但在信息化設(shè)計規(guī)劃層面上，還存在信息數(shù)據(jù)孤島運行、業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合度不高以及基礎(chǔ)建設(shè)重復(fù)投資等現(xiàn)實問題。為全面實現(xiàn)數(shù)字化、信息化、互動化、智能化電站，首先需要解決“數(shù)據(jù)”的問題，數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化，這些不同的數(shù)據(jù)在不同階段又難以共享、不能整合和互動。比如在設(shè)計階段，變更會導(dǎo)致數(shù)據(jù)變化；在施工階段，數(shù)據(jù)分散在各個管理系統(tǒng)等。

基于上述問題，結(jié)合新源公司推進“兩型兩化”（數(shù)字化智能型電站、信息化智慧型企業(yè)）建設(shè)總體安排的要求，建設(shè)工程數(shù)據(jù)中心是必然趨勢，并且工程數(shù)據(jù)中心也是智能抽水蓄能電站的核心和實體化。而建設(shè)智能抽水蓄能電站工程數(shù)據(jù)中心的目的是整合數(shù)據(jù)資源、科學(xué)管理數(shù)據(jù)、合理應(yīng)用數(shù)據(jù)，針對電站所處各個階段的各類數(shù)據(jù)，打通數(shù)據(jù)應(yīng)用的壁壘，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)全過程、全壽期數(shù)據(jù)管理，并以信息數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化、集成標準化、運管一體化、業(yè)務(wù)互動化、運行最優(yōu)化、決策智能化為特征，實現(xiàn)生產(chǎn)運行可靠、經(jīng)濟高效、友好互動目標的智能型抽水蓄能電站。本文從工程數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的框架入手，通過建立一致的數(shù)據(jù)模型、編碼系統(tǒng)、接口規(guī)范、圖紙格式等涉及設(shè)計、施工、運維應(yīng)用的數(shù)據(jù)標準體系，實現(xiàn)電站數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、存儲、共享和發(fā)布，并結(jié)合抽水蓄能電站規(guī)劃設(shè)計、工程建設(shè)、運行維修3個階段來研究抽水蓄能電站工程數(shù)據(jù)中心的智能化、數(shù)字化的建設(shè)情況。

1 工程數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

工程數(shù)據(jù)中心以分布式存儲、分布式數(shù)據(jù)庫、高性能三維引擎等技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對百太量級結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲、滿足工程設(shè)施模型及地理信息模型的可視化展示要求。在數(shù)據(jù)的存儲類型上，工程數(shù)據(jù)中心具有良好的適應(yīng)性，能夠滿足不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)存儲要求。工程數(shù)據(jù)中心作為基礎(chǔ)性平臺，還將提供完善的數(shù)據(jù)訪問接口及展示組件服務(wù)。

1.1 框架

智能抽水蓄能電站工程數(shù)據(jù)中心滿足電站規(guī)劃、基建、生產(chǎn)運行各階段業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的移交和接入，并為電站信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐和應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)處理域遵循新源公司統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)架構(gòu)要求，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合共享，支撐電站應(yīng)用中心建設(shè)。數(shù)據(jù)分析域基于大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建，提供大數(shù)據(jù)計算組件、存儲組件、明細數(shù)據(jù)匯總、輕度數(shù)據(jù)匯總等組件。數(shù)據(jù)管理域?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)與標準化約束的定義，對數(shù)據(jù)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)安全等實現(xiàn)統(tǒng)一管控。

1.2 主要功能

智能抽水蓄能電站的建設(shè)應(yīng)以電站的數(shù)字化建設(shè)為基礎(chǔ)，以信息模型為載體，以信息分類與編碼為紐帶，以業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)移交和集成為手段，搭建工程數(shù)據(jù)中心，并通過智能網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，實現(xiàn)智能設(shè)備、智能系統(tǒng)與工程數(shù)據(jù)中心的信息自動交互[1]；通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析、虛擬仿真、移動互聯(lián)等技術(shù)手段，以工程數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，建立符合智能控制要求的應(yīng)用服務(wù)組件，實現(xiàn)電站的智能化建設(shè)和管理，總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

工程數(shù)據(jù)中心可以建立統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)數(shù)字化標準體系，實現(xiàn)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、全過程數(shù)據(jù)收集與存儲。并且，數(shù)據(jù)中心可以基于工程全息數(shù)字化模型，實現(xiàn)數(shù)字化綜合應(yīng)用，提供豐富的數(shù)字化數(shù)據(jù)服務(wù)。具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)收集與存儲：存儲所有需要共享的數(shù)據(jù)資源，通過集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式存儲系統(tǒng)等，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能。同時將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義與數(shù)據(jù)實體存儲分離，滿足工程全階段數(shù)據(jù)差異化應(yīng)用與拓展需求，并對這些數(shù)據(jù)資源進行統(tǒng)一的管理維護[2]。

圖1 工程數(shù)據(jù)中心整體框架Figure 1 Overall framework of engineering data center

（2）數(shù)據(jù)交換：與外部的數(shù)據(jù)交換通過工程數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一進行，基于同一數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)工程基本信息、過程信息、模型屬性、關(guān)聯(lián)圖檔、實時數(shù)據(jù)等多方數(shù)據(jù)交換與共享，并建立高效的數(shù)據(jù)交換機制[3]。

（3）數(shù)據(jù)服務(wù)：工程數(shù)據(jù)中心以先進、成熟的技術(shù)構(gòu)建，建立了標準化的框架體系，除了向工程數(shù)據(jù)中心自身提供支持，同時提供豐富的數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)，支持外部系統(tǒng)基于此框架完成應(yīng)用拓展[4]。主要包括數(shù)據(jù)發(fā)布：對外提供工程信息、地理信息、數(shù)字化模型、工程文檔等數(shù)據(jù)接口與服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)增值應(yīng)用；應(yīng)用發(fā)布：以應(yīng)用服務(wù)方式發(fā)布工程三維可視化的GIS、模型數(shù)字化瀏覽應(yīng)用，實現(xiàn)外部系統(tǒng)便捷調(diào)用與集成；拓展開發(fā)：基于工程數(shù)據(jù)中心提供的完整開發(fā)與應(yīng)用接口，可快速實現(xiàn)自己的專項拓展需求開發(fā)。

圖2 智能抽水蓄能電站總體功能結(jié)構(gòu)圖Figure 2 General functional structure diagram of intelligent pumped storage power station

1.3 建設(shè)過程研究

工程數(shù)據(jù)中心建設(shè)是實現(xiàn)國網(wǎng)新源數(shù)字化智能電站建設(shè)的重要組成部分。工程數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)遵循新源公司統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準進行數(shù)據(jù)存儲、管理和應(yīng)用，以滿足數(shù)據(jù)交互和共享需求[5]。在數(shù)據(jù)存儲方面，工程數(shù)據(jù)中心側(cè)重于存儲設(shè)備數(shù)據(jù)和現(xiàn)場施工作業(yè)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，能夠?qū)?shù)據(jù)移交至電站生產(chǎn)期。

基于此，在采集和存儲電站前期規(guī)劃設(shè)計信息，基建期工程設(shè)計、施工、設(shè)備數(shù)據(jù)和資料的基礎(chǔ)上，建立覆蓋規(guī)劃、施工服務(wù)于生產(chǎn)和管理的智能電站工程數(shù)據(jù)中心。建設(shè)具體過程：

（1）建立符合公司自身關(guān)于智能電站發(fā)展需求的技術(shù)標準體系，主要包括工程數(shù)據(jù)描述標準、工程信息模型交付標準、工程數(shù)據(jù)集成與交付技術(shù)規(guī)程，為抽水蓄能電站的全生命周期數(shù)字化管理提供指導(dǎo)。

（2）在智能電站標準體系的統(tǒng)一約束下，構(gòu)建一個能夠支撐工程全生命周期的數(shù)字化信息采集、存儲、共享、分析為一體的工程數(shù)據(jù)中心平臺，包括工程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟硬件平臺、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)框架等，工程數(shù)據(jù)中心圖如圖3所示。

（3）基建期應(yīng)用數(shù)字化移交平臺,采集設(shè)計、施工、設(shè)備全過程數(shù)據(jù)，最終通過數(shù)字化移交平臺，實現(xiàn)工程數(shù)字化交付。

（4）實現(xiàn)抽蓄電站主要機電設(shè)備供應(yīng)商數(shù)據(jù)采集與存儲，包括設(shè)備三維模型、設(shè)備設(shè)計制造相關(guān)參數(shù)，通過與設(shè)備供應(yīng)商的數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)設(shè)備三維狀態(tài)展示[6]。

（5）將基建智能管控系統(tǒng)、五防系統(tǒng)等建設(shè)過程系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準集成至數(shù)據(jù)中心，并且遵循國網(wǎng)SG-CIM4.0模型進行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)建模和信息關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、三維信息模型、設(shè)備屬性等信息關(guān)聯(lián)和共享。

（6）基于現(xiàn)場服務(wù)總線和消息中間件，建設(shè)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)平臺，實現(xiàn)電站工程數(shù)據(jù)共享、對外服務(wù)，為企業(yè)智慧管理提供數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用支撐。

圖3 工程數(shù)據(jù)中心圖Figure3 Pumped storage power station engineering data center

2 規(guī)劃設(shè)計管理

智能抽水蓄能電站在規(guī)劃設(shè)計階段主要體現(xiàn)數(shù)字化、智能化的功能，具體表現(xiàn)為:

（1）提高電站數(shù)字化水平：實現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)共享互動化、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息平臺一體化，消除電站信息孤島。

（2）提高設(shè)備智能化：有效融合信息通信技術(shù)與電站自動化技術(shù)，使設(shè)備具有執(zhí)行能力的同時兼具思維能力。

（3）提高電站智能化水平：在電站數(shù)字化、設(shè)備智能化的基礎(chǔ)上應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，深度挖掘生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，使電站具備智能控制、智能分析等能力。

（4）促進水電管理方式變革：采用智能化系統(tǒng)和設(shè)備，降低設(shè)備對人的依賴，為電站實現(xiàn)閉門運行創(chuàng)造條件，推動水電行業(yè)管理變革[7]。

通過建立數(shù)字化智能型電站標準體系、建立數(shù)字化移交平臺、建設(shè)工程數(shù)據(jù)中心、建設(shè)公司級數(shù)據(jù)中心等來體現(xiàn)電站數(shù)字化功能。電站標準體系為新源公司參與編制的《智能抽水蓄能電站技術(shù)導(dǎo)則》[8]；數(shù)字化移交平臺是信息數(shù)據(jù)通過移交規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)槿^程數(shù)據(jù)移交，并奠定了電站全生命周期數(shù)字化應(yīng)用的基礎(chǔ)；工程數(shù)據(jù)中心具有高安全性、高可靠性、高可用性、高拓展性、設(shè)計數(shù)字化、設(shè)備數(shù)字化、施工數(shù)字化、生產(chǎn)實時數(shù)字化的特點；公司級數(shù)據(jù)中心是應(yīng)用云平臺技術(shù)，將兩級數(shù)據(jù)中心融合，形成公司系統(tǒng)分布式云平臺架構(gòu)。

通過智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡(luò)、智能控制以及智能分析來體現(xiàn)電站智能化功能。智能設(shè)備自身具有實時分析、故障診斷和預(yù)測預(yù)警能力；智能系統(tǒng)可以實現(xiàn)聯(lián)動策略、動態(tài)參數(shù)優(yōu)化、故障閾值調(diào)整、推送維保提示等功能；智能控制的作用主要體現(xiàn)在物理電站與數(shù)字化模型同步運行、數(shù)字化模型通過自學(xué)習(xí)優(yōu)化運行參數(shù)、電站與電網(wǎng)實現(xiàn)智能聯(lián)動3個方面；智能分析的作用主要是使電站各系統(tǒng)設(shè)備運行、管理及監(jiān)測數(shù)據(jù)得到擴展應(yīng)用，智能分析電站運維需求，實現(xiàn)電站智能決策、智慧管理。

3 工程建設(shè)管理

工程建設(shè)主要包括施工安裝、設(shè)備調(diào)試、施工驗收3個部分。

3.1 施工安裝

（1）施工單位應(yīng)利用設(shè)計單位交付的設(shè)計信息模型開展施工信息模型創(chuàng)建和深化應(yīng)用，通過施工信息模型輔助現(xiàn)場土建施工、機電設(shè)備安裝，并進行算量統(tǒng)計、進度仿真、施工工藝模擬、施工問題跟蹤等數(shù)字化應(yīng)用。

（2）施工資料應(yīng)由施工單位統(tǒng)一采用數(shù)字化交付手段，按照新源公司《智能抽水蓄能電站信息分類與編碼標準》[9]相關(guān)要求進行分類與編碼，實現(xiàn)施工資料的全過程數(shù)字化管理和完整保留。

（3）建設(shè)單位應(yīng)采用智能化、集成化、共享化的基建管控平臺，實現(xiàn)對施工單位、施工過程、施工質(zhì)量、施工進度、施工安全等內(nèi)容的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和全方位管理。

（4）施工安裝過程宜優(yōu)先采用智能化管理系統(tǒng)和設(shè)備，如大壩碾壓智能化控制系統(tǒng)、電纜自動敷設(shè)管理系統(tǒng)、智能安全帽、智能監(jiān)控設(shè)施等。

3.2 設(shè)備調(diào)試

（1）智能設(shè)備在安裝完畢后進行互操作特性測試、智能控制試驗與特性測試。

（2）智能設(shè)備實施網(wǎng)源協(xié)調(diào)特性評估。

（3）智能系統(tǒng)實施不同系統(tǒng)間和不同工況下的協(xié)同特性測試。

（4）調(diào)試記錄與報告進行數(shù)字化交付。

3.3 施工驗收

（1）驗收范圍包括智能網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、智能設(shè)備等。

（2）智能設(shè)備及智能終端具備互操作性和一致性測試報告。

（3）檢查設(shè)備配置和技術(shù)文件，確認設(shè)計、安裝、操作、維護和試驗文檔的完整性。

（4）詳細記錄驗收過程中的缺陷和問題，滿足問題處理和系統(tǒng)完善的要求。

（5）驗收資料完備、規(guī)范，并進行數(shù)字化交付。

4 運行維修管理

智能抽水蓄能電站在運維修試期間應(yīng)定期對智能系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡(luò)、智能設(shè)備進行檢驗測試和評估，并且要滿足以下要求：

（1）檢驗測試應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)場檢驗和測試。

（2）對于難以進行現(xiàn)場檢驗和測試的智能設(shè)備或系統(tǒng)，宜采用試驗評估或遠程操作進行檢驗。

（3）智能抽水蓄能電站在投產(chǎn)后1年以內(nèi)，以及連續(xù)運行5年后針對智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡(luò)和智能控制應(yīng)進行不少于一次的系統(tǒng)性檢測評估。

（4）檢驗測試和評估應(yīng)涵蓋全部主設(shè)備和智能生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。

智能抽水蓄能電站應(yīng)隨著新技術(shù)、新方法、新工藝、新材料的出現(xiàn)，進行定期評估，并在評估基礎(chǔ)上不斷完善抽水蓄能電站的數(shù)字化和智能化水平。智能化程度評估需滿足以下基本原則。

（1）應(yīng)采用功能驗證、性能測試、專家評審等多種方式。

（2）針對信息化、數(shù)字化、智能化等相關(guān)技術(shù)在抽水蓄能電站的應(yīng)用范圍、應(yīng)用深度，以及上述技術(shù)的應(yīng)用對抽水蓄能電站安全、經(jīng)濟、環(huán)保運行水平提升的成效進行評估。

（3）數(shù)字化和智能化水平的評估宜在電站級和公司級兩個層面進行，并根據(jù)各抽水蓄能電站的電站級評估成果進行匯總和評判，確定和制定完善策略。

（4）數(shù)字化和智能化水平的評估宜按年度進行，并按年度對相關(guān)技術(shù)指標進行修訂和完善。

在運維修試階段，工程數(shù)據(jù)中心通過對運檢智能作業(yè)、設(shè)備設(shè)施健康評價、虛擬仿真運行等高級應(yīng)用平臺提供數(shù)據(jù)服務(wù)進行生產(chǎn)管控，達到運檢作業(yè)標準化、狀態(tài)評價專業(yè)化、生產(chǎn)操作可視化、管理應(yīng)用智能化目標。同時，也理應(yīng)對智能系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡(luò)、智能設(shè)備進行檢驗測試和評估，對新技術(shù)、新方法、新工藝、新材料的出現(xiàn)，進行評估，并根據(jù)測試與評估結(jié)果改善或提升工程數(shù)據(jù)中心的服務(wù)能力。

5 結(jié)束語

智能抽水蓄能電站的建設(shè)應(yīng)以電站的數(shù)字化建設(shè)為基礎(chǔ)，以信息模型為載體，以信息分類與編碼為紐帶，以業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成為手段，搭建工程數(shù)據(jù)中心，并通過智能網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，實現(xiàn)智能設(shè)備、智能系統(tǒng)與工程數(shù)據(jù)中心的信息自動交互，并且以工程數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，建立符合智能控制要求的應(yīng)用服務(wù)組件，實現(xiàn)電站的智能化建設(shè)和管理。

工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是一個復(fù)雜的工程，也是一個循序漸進的過程，這個循序漸進包括對數(shù)據(jù)中心的理解、認識、功能完善以及數(shù)據(jù)完善過程；同時數(shù)據(jù)中心也是一個需要多方協(xié)作的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)據(jù)中心的管理過程中還需要企業(yè)各方包括領(lǐng)導(dǎo)決策層、管理層、 業(yè)務(wù)層等的共同參與。工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)只有開始，沒有結(jié)束，需要在建設(shè)的過程中不斷自我完善，下一階段的主要任務(wù)是通過“應(yīng)用帶動數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)推動應(yīng)用”，使得越來越多的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)中心，讓數(shù)據(jù)中心生成越來越多的信息，從而為企業(yè)提供豐富的數(shù)據(jù)服務(wù)。