宋子濤 任黨培 張秋霞 于楚凡 王一帆
(國家電投集團中央研究院 北京市 102209)
隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展,為電力企業(yè)電力數(shù)據(jù)的挖掘和分析提供強有力支持。借助數(shù)據(jù)分析,將電力設備的潛力挖掘出來,不斷提高其使用附加值,使設備能夠高效運行,提高電力運行效益。與此同時,利用大數(shù)據(jù)分析,還能為生產(chǎn)管理以及設備運維提供可靠依據(jù),按照發(fā)電企業(yè)的管理工作特點,開發(fā)出數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng),科學利用分析技術,解決電力企業(yè)管理面臨的難題。因此,對于大數(shù)據(jù)分析在電力企業(yè)中的應用深度分析具有重要意義。
大數(shù)據(jù)主要指難以及時捕獲、處理以及管理各類數(shù)據(jù)集合,大數(shù)據(jù)技術可應用可從上述數(shù)據(jù)當中將關鍵信息提取出來,并找到數(shù)據(jù)潛在價值。利用大數(shù)據(jù),可建設云計算平臺,建立數(shù)據(jù)庫、組成分布式系統(tǒng),對于重要數(shù)據(jù)擴展儲存,并將電網(wǎng)中的價值資源充分挖掘出來。使用大數(shù)據(jù)展開數(shù)據(jù)處理不必對數(shù)據(jù)隨機抽樣以及分析,即可對復雜的數(shù)據(jù)展開高效處理。由此可見,依托于現(xiàn)代化技術的大數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理方面更加專業(yè),加工能力更強,能夠?qū)?shù)據(jù)變?yōu)閹椭髽I(yè)盈利的信息,使產(chǎn)業(yè)增值[1]。
大數(shù)據(jù)技術應用期間具有如下特點:
(1)真實性;
(2)價值性;
(3)多樣化;
(4)高速性;
(5)處理數(shù)據(jù)量大。
數(shù)據(jù)處理數(shù)量從以往TB 級上升到PB 級或者EB 級。通常來講,1TB 相當于1024GB,1PB 相當于1024TB,1EB 相當于1024PB,由此可以推出1EB 相當于230GB。其多樣化特點主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)結構方面,有結構數(shù)據(jù)、非結構數(shù)據(jù)。結構化數(shù)據(jù)主要指利用文本形式而儲存的數(shù)據(jù),在科技迅速發(fā)展過程,大部分數(shù)據(jù)逐漸向非結構方向發(fā)展,對數(shù)據(jù)管理提出巨大挑戰(zhàn)?;ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展,使得傳統(tǒng)文本數(shù)據(jù),逐漸變?yōu)閳D片、視頻和音頻多種形式的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)形式更加多樣化,對于處理過程要求更高。大數(shù)據(jù)應用期間數(shù)據(jù)總量、價值密度二者之間成反比。例如:從視頻數(shù)據(jù)角度分析,時長為1h的視頻,其中具備的價值數(shù)據(jù)可能僅有短暫的幾秒。如何利用數(shù)據(jù)分析方法將短暫的價值數(shù)據(jù)進行提取大數(shù)據(jù)應用的要點。當前,全球數(shù)據(jù)總量超過35.2ZB,由此可見,數(shù)據(jù)處理快速性和企業(yè)管理水平有直接影響。
發(fā)電企業(yè)使用以往方式展開設備故障的診斷,需要建立機理模型,處理流程如下:
(1)選擇模型算法;
(2)建立修正模型;
(3)輸入數(shù)據(jù)信息;
(4)輸出數(shù)據(jù)結果。
在模型分析之前需要進行修正工作,利用修正以后的模型將實時數(shù)據(jù)代入其中,并將最終結果輸出。此分析法使用過程可能存在問題,即經(jīng)修正以后機理模型和設備實際運行狀態(tài)存在偏差,由于機理模型屬于假定條件下的理想模型,難以解決其存在的偏差問題。同時,將樣本數(shù)據(jù)作為代入數(shù)據(jù)展開計算,數(shù)據(jù)的選擇和全集數(shù)據(jù)之間進行對比無論是表征性,還是代表性都有所不足[2]。
運用大數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)處理流程有三個步驟:
(1)選擇全集數(shù)據(jù);
(2)使用數(shù)據(jù)算法;
(3)分析數(shù)據(jù)結果。
可選擇大量數(shù)據(jù)中的最優(yōu)化集合、劣質(zhì)化集合以及穩(wěn)定性集合等,對于未來情況展開預判,進而評價電力企業(yè)目前生產(chǎn)方式的合理性。借助條件判斷、數(shù)據(jù)推演等方式整理電力企業(yè)各項數(shù)據(jù)信息,并進行分析和統(tǒng)計,最后將設備、系統(tǒng)、工藝等存在的聯(lián)系找出,建立發(fā)電廠的數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng),充分利用數(shù)據(jù)分析法對于監(jiān)測點信息進行預測和報警,為運維操作提供指導,不斷優(yōu)化運維參數(shù)以及生產(chǎn)方式。數(shù)據(jù)模型的應用下,實現(xiàn)監(jiān)控海量的觀測點,利用數(shù)據(jù)平臺,將設備運行最佳工況曲線提取出來,并利用DCS 科學調(diào)整設備參數(shù)。
部分發(fā)電企業(yè)利用SIS 系統(tǒng),也稱“廠級監(jiān)控”,對于設備運行狀態(tài)進行管理,輔助設備故障診斷以及考察分析相關工作。但是在實踐應用當中,效果還有待提升。主要原因在于我國計算機應用理論方面的完善性有待提升,部分機理模型的使用在設備故障診斷以及性能判斷方面精準度不高,和實際存在差別較大。同時,發(fā)電企業(yè)在日常設備管理時,由于設備性能之間存在差異性,單純依靠此管理系統(tǒng)可能導致結果精準性不足。常常是故障發(fā)生之后才發(fā)生警報信息,導致故障逐漸惡化,處理不及時,影響系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,并且維修費用高昂,還可產(chǎn)生發(fā)電損失,使電力設備損壞等問題。因此,急需利用大數(shù)據(jù)技術,對于電力系統(tǒng)中的設備故障展開精準診斷,提高電力企業(yè)管理效益[3]。
發(fā)電企業(yè)利用大數(shù)據(jù)分析可掌握發(fā)電機組運行期間逐漸積累的各類工況信息,尋找設備運行的自由狀態(tài),為發(fā)電機組的性能改進提供指導,轉(zhuǎn)變其不穩(wěn)定的運行方式,并結合機組經(jīng)濟運行目標,完成評價曲線的建立,經(jīng)過分析設備運行產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù),進而獲得設備運行的穩(wěn)定狀態(tài),不斷提高其運行效率。數(shù)據(jù)分析在企業(yè)生產(chǎn)管理層面的運用流程如下:
(1)從機組運行工況的歷史數(shù)據(jù)出發(fā),綜合分析,建立預警體系,輔助機組平穩(wěn)運行,并對其運行狀態(tài)展開實時監(jiān)測。
(2)按照機組運行的歷史數(shù)據(jù)以及實際運行工況,通過大數(shù)據(jù)對于機組度電利潤展開實時計算,并將其最優(yōu)工況匹配其中。由于當前電力企業(yè)屬于競價上網(wǎng)這一環(huán)境之下,通過數(shù)據(jù)分析機組設備運行,可為企業(yè)電力營銷提供有力支持,并提高發(fā)電效率和經(jīng)濟收益。
(3)在數(shù)據(jù)分析的支持下,能夠?qū)崟r度電工況以及利潤二者相互匹配,找到機組設備自由化運行狀況,明確其運行操作,保證相關人員管理過程對于設備合理操作,使設備運行過程能夠自動實現(xiàn)狀態(tài)優(yōu)化,不斷提高設備運行效率和機組發(fā)電產(chǎn)量。
電力企業(yè)設備運維也是管理工作要點,大數(shù)據(jù)分析也可應用其中,以此技術作為基礎,搭建數(shù)據(jù)管理平臺,并對設備數(shù)據(jù)以及歷史信息搭建模型,對于各類數(shù)據(jù)展開實時對比,分析設備運行狀態(tài),展開自動化判斷,能夠?qū)崿F(xiàn)故障發(fā)生之前或者發(fā)生之初發(fā)出警報,為相關人員提供有力參考,輔助運維工程師隨時掌握設備實際狀態(tài),高效展開設備檢修,有助于設備利用效率的提升。大數(shù)據(jù)分析的應用,轉(zhuǎn)變了以往電力企業(yè)使用被動方式對于設備管理的模式,建立新型檢修機制,實現(xiàn)“預知即檢測”和“預知即維修”的管理業(yè)態(tài)。大數(shù)據(jù)分析具體在設備運維層面的運用主要體現(xiàn)在如下幾方面:
(1)利用大數(shù)據(jù)平臺能夠?qū)υO備過往數(shù)據(jù)進行分析,并且對照當前工況數(shù)據(jù)信息展開機器學習,對于目前設備工況加以預測,如果發(fā)現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)之間存在偏差,或者出現(xiàn)錯誤信息,就會及時發(fā)出警報,告知運維人員,以便其采取干預措施,避免異常問題、設備故障不斷擴大,帶來巨大經(jīng)濟損失。
(2)依托大數(shù)據(jù)平臺,還能建立動態(tài)化設備狀態(tài)評價系統(tǒng),經(jīng)過分析,從海量的歷史數(shù)據(jù)當中,精準找出電力設備處于正常工況之下的運行指標,并對含有振動測點電力設備實時狀態(tài)展開登記并評定,使運維人員明確設備的健康狀態(tài)[4]。
(3)結合電力設備的運行規(guī)程,利用數(shù)據(jù)分析進行仿真,并且實時預警。電力生產(chǎn)以及操作期間,通過仿真系統(tǒng)以及DCS 系統(tǒng),展開實時對比,綜合分析,明確預警狀態(tài),為電力生產(chǎn)和操作提供輔助,以免產(chǎn)生人為操作失誤,造成安全事故或者損壞電力設備等問題,保證電力企業(yè)設備運行效益。
大數(shù)據(jù)分析在實踐應用過程需要對接入數(shù)據(jù)隨時展開清理,確保流入系統(tǒng)當中的數(shù)據(jù)和分析模塊具體要求高度相符。結合電力企業(yè)的業(yè)務特點,利用公里定理以及決策樹算法,將原始數(shù)據(jù)內(nèi)部噪聲數(shù)據(jù)高效剔除,并進行處理,保證數(shù)據(jù)具備完整性。運行智能設備階段,設備可能受到外界干擾存在問題,不能將運行狀態(tài)以及實時數(shù)據(jù)信息精準傳達出來,若輸入數(shù)據(jù)屬于錯誤數(shù)據(jù),那么分析結果的準確性也無從談起。由于噪聲數(shù)據(jù)可能存在于系統(tǒng)當中,對于分析結果產(chǎn)生影響,導致結果和實際設備狀態(tài)二者之間存在過大偏差,故此,需要對噪聲數(shù)據(jù)展開精準化處理。
大數(shù)據(jù)分析具體流程工業(yè)性特點明顯,而商業(yè)數(shù)據(jù)處理使用的清洗方法和發(fā)電企業(yè)信息數(shù)據(jù)處理存在差異。如:當發(fā)電機組運行工況以及實際負荷存在變化時,難以利用商業(yè)數(shù)據(jù)處理過程使用的聚類算法,這樣會將價值數(shù)據(jù)剔除。對此,發(fā)電企業(yè)需要結合實際管理需求,開發(fā)適合企業(yè)實踐應用的數(shù)據(jù)算法以及數(shù)據(jù)清洗方式。
發(fā)電企業(yè)中,無論是SIS系統(tǒng),還是DCS系統(tǒng),在具體應用方面,都存在數(shù)據(jù)信息獲取不精準這一問題,為保證數(shù)據(jù)信息完整,將噪聲數(shù)據(jù)問題解決,嘗試從如下幾方面入手:
(1)保證測量設備使用過程高度可靠,部分發(fā)電企業(yè)利用現(xiàn)場總線這一技術,通過總線設備,獲取周期、非周期等類型數(shù)據(jù),能夠較好地掌握設備狀態(tài),并判斷其工況是否正常,明確異常代碼能否對設備使用以及數(shù)據(jù)獲取真實度產(chǎn)生影響。如果企業(yè)未使用現(xiàn)場總線,則可利用HART 協(xié)議對于上述信息進行采集,對于測量儀表各項指標進行確認。因此,建議企業(yè)設計信號接收系統(tǒng)時,可利用變送器取代開關,使用模擬量信號取代以往以開關信號對于數(shù)據(jù)進行分析的方式,提高數(shù)據(jù)獲取準確性[5]。
(2)設計DCS 和大數(shù)據(jù)分析兩個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口時,著重考慮DCS 系統(tǒng)接入一側(cè)參數(shù)信息獲取質(zhì)量,由于該信息屬于系統(tǒng)內(nèi)部檢測信息,若測點信息顯示GOOD,代表數(shù)據(jù)采集通道正常。
(3)利用業(yè)務規(guī)則,完成數(shù)據(jù)校驗,并展開參數(shù)設置,可重點對于冗余數(shù)據(jù)參數(shù)加以設計。利用決策樹算法對于相關生產(chǎn)工藝應用期間溫度信息、壓力信息數(shù)據(jù)進行傳遞,并校驗其關系。需要注意,對比商業(yè)數(shù)據(jù)的校驗方法,電力數(shù)據(jù)采用的數(shù)據(jù)分析方法有所不同。
大數(shù)據(jù)分析商業(yè)數(shù)據(jù)主要按照人類行為展開分析,具有主動性特點,得出的結論存在偶然性。比如:當消費者購買某款產(chǎn)品后,通過大數(shù)據(jù)對于消費者行為展開分析,推測消費者可能需要和該商品相關聯(lián)的產(chǎn)品,但是上述行為之間沒有必然聯(lián)系。對于發(fā)電企業(yè),主要的分析對象為發(fā)電設備以及發(fā)電系統(tǒng),上述對象并不具備主動性,所以利用數(shù)據(jù)分析將電力系統(tǒng)以及電力設備之間的運行規(guī)律進行尋找,并利用特定規(guī)律對于生產(chǎn)和管理工作展開指導,可能會發(fā)生這一現(xiàn)象,即某一設備、系統(tǒng)等采集到錯誤信息時,導致分析結果出錯的問題,結果評價也會出現(xiàn)錯誤。因此,為避免上述問題出現(xiàn),需要在數(shù)據(jù)分析應用之前對于電力系統(tǒng)或者供電設備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行校驗,將問題解決關口前移。
總之,計算機技術的發(fā)展促使大數(shù)據(jù)相關技術得到了快速發(fā)展,將其應用到電力企業(yè)管理工作當中,為企業(yè)經(jīng)營以及設備運維提供更多支持。雖然大數(shù)據(jù)分析在電力企業(yè)當中的應用取得了巨大突破,但是,由于工業(yè)企業(yè)、商業(yè)二者之間存在差異,故此,電力企業(yè)在運用大數(shù)據(jù)分析階段,不可完全按照商業(yè)用法,可將此技術作為具體問題分析工具,在應用過程,明確數(shù)據(jù)清洗存在的問題,找到優(yōu)化策略,對于偶然事件展開詳細分析,精準找不同數(shù)據(jù)之間關聯(lián),才能發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析的應用價值,為電力企業(yè)創(chuàng)造更高經(jīng)濟效益,使企業(yè)得以長遠發(fā)展。