應(yīng)建軍

（浙江浙能天工信息科技有限公司 浙江 杭州 310000）

1 引言

2018年智慧電廠概念被正式提出，通過對(duì)傳統(tǒng)電廠基建、生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)和物料管理等方面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和判斷，智能的調(diào)控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和倉儲(chǔ)物料等生產(chǎn)物資的采購、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，使電廠能夠高效、低碳和安全的運(yùn)行，這是智慧電廠建設(shè)的初衷。但是要想實(shí)現(xiàn)智慧電廠，就必須打破傳統(tǒng)電廠燃料、運(yùn)行、巡檢、診斷、倉儲(chǔ)、經(jīng)營、采購等各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)壁壘，避免數(shù)據(jù)孤島的出現(xiàn)。目前智慧電廠的建設(shè)與應(yīng)用仍處于探索階段，沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)路徑。筆者以智慧電廠轉(zhuǎn)型過程中的數(shù)據(jù)壁壘為突破口，運(yùn)用數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)，將電廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過建設(shè)數(shù)據(jù)湖、進(jìn)行數(shù)據(jù)提煉、服務(wù)化交付數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)電廠數(shù)據(jù)的可視化，從而突破電廠的數(shù)據(jù)孤島，為智慧電廠的建設(shè)奠定基礎(chǔ)[1]。

2 智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)能對(duì)電廠所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)，能滿足用戶快速登陸響應(yīng)的需求，讓電廠的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化，最終打通電廠所有生產(chǎn)、經(jīng)營數(shù)據(jù)之間的壁壘。通過對(duì)原有應(yīng)用系統(tǒng)的改造，將歷史和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)匯總至智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)，讓數(shù)據(jù)中臺(tái)發(fā)揮智慧電廠“大腦”的作用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉、歸類，包括進(jìn)行數(shù)據(jù)的治理，最終實(shí)現(xiàn)電廠數(shù)據(jù)的服務(wù)化交付，并通過可視化的展示框架，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中展現(xiàn)。

2.2 智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)及模塊框架

智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)和模塊框架主要分為六塊。

第一是數(shù)據(jù)的采集，這其中最重要的工作就是不同應(yīng)用系統(tǒng)之間異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯總。在電廠的應(yīng)用系統(tǒng)中，存在兩種不同的數(shù)據(jù)庫，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫主要用于存放電廠生產(chǎn)過程中，一些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)庫則存放關(guān)系對(duì)應(yīng)型數(shù)據(jù)[2]。針對(duì)這兩種不同的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，需要建立不同的數(shù)據(jù)采集通道，并做好數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作，讓不同數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠完整、真實(shí)的傳輸、復(fù)制、同步或者遷移至智慧電廠的數(shù)據(jù)中臺(tái)。

第二是智慧電廠數(shù)據(jù)中臺(tái)中數(shù)據(jù)湖的建立。數(shù)據(jù)湖是整個(gè)智慧電廠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的核心，為整個(gè)數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于電廠，特別是大型火力發(fā)電廠的實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)較多，所有數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)向數(shù)據(jù)湖同步顯然不現(xiàn)實(shí)。不同的應(yīng)用和不同的數(shù)據(jù)庫應(yīng)采用適合其自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，這就要求智慧電廠的數(shù)據(jù)中臺(tái)提供混合型的存儲(chǔ)架構(gòu)，不僅接入方式需要靈活，擴(kuò)展能力和兼容性更要一流。參照大多數(shù)數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐，采用分布式存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)湖的重要存儲(chǔ)方式，可以兼容非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化所有類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

第三是數(shù)據(jù)提煉與分析，對(duì)于采集、存儲(chǔ)完成后的數(shù)據(jù)，需要通過全新的算法對(duì)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分類提煉和分析，這里應(yīng)用到了數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。通過對(duì)智慧電廠的業(yè)務(wù)進(jìn)行重新的劃分和整合，找到各種業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián)，建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)倉庫。在數(shù)據(jù)倉庫中，依次按照電廠測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、運(yùn)行指標(biāo)、人員數(shù)據(jù)、物資數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)和文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行分類[3]。通過數(shù)據(jù)的提煉與分析將原來價(jià)值不大的數(shù)據(jù)進(jìn)行價(jià)值的挖掘，將提煉和分析后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閮r(jià)值較高的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。最終通過數(shù)據(jù)的再造平臺(tái)提供查詢分析、批量計(jì)算和流式計(jì)算三種功能，當(dāng)然在這其中需要依靠算法組件和可視化模型的建立。

第四是數(shù)據(jù)資產(chǎn)治理。通過制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行管理，最終通過數(shù)據(jù)的拓?fù)浜蛯?duì)應(yīng)關(guān)系圖實(shí)現(xiàn)智慧電廠數(shù)據(jù)的全視域化跟蹤。這其中包含了數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系和關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重關(guān)系，將電廠的設(shè)備進(jìn)行權(quán)重樹的模擬和展示，通過可視化界面的方式，能夠精確定位智慧電廠中的問題。智慧電廠的數(shù)據(jù)治理計(jì)算使用事件和周期觸發(fā)兩種機(jī)制，實(shí)現(xiàn)智慧電廠設(shè)備的分析和層次計(jì)算。

第五是數(shù)據(jù)以服務(wù)化形式交付。智慧電廠中的應(yīng)用不需要關(guān)注應(yīng)用底層的數(shù)據(jù)庫，就能通過數(shù)據(jù)中臺(tái)獲取到需要的數(shù)據(jù)。在這樣的場(chǎng)景下，應(yīng)用可以忽略底層數(shù)據(jù)的差異，通過數(shù)據(jù)中臺(tái)提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)接口，在最短時(shí)間內(nèi)獲得數(shù)據(jù)響應(yīng)。當(dāng)前數(shù)據(jù)中臺(tái)常用的數(shù)據(jù)服務(wù)包括OPC UA、Restful WebAPI和文件數(shù)據(jù)服務(wù)三種。

最后是智慧電廠數(shù)據(jù)的可視化框架的搭建，這也是數(shù)據(jù)中臺(tái)呈現(xiàn)出來的展示效果?？梢暬蚣艿慕M件采用Model View View Model進(jìn)行定義，內(nèi)部則通過H5、WebGL等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形的繪制與展示。可視化框架能為智慧電廠的生產(chǎn)、運(yùn)營提供決策的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)模型和正常的指標(biāo)集合進(jìn)行管理視圖的構(gòu)建[4]。讓電廠的管理人員能夠快速、直觀的掌握電廠的運(yùn)行信息，以便根據(jù)情況做出相應(yīng)的決策。

3 智慧電廠中數(shù)據(jù)中臺(tái)的主要應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 智慧電廠的數(shù)據(jù)分層

電廠數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是多而復(fù)雜，并且生產(chǎn)數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，更新速度較快。數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)能對(duì)原本雜亂無章的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，過濾掉部分的無效數(shù)據(jù)。經(jīng)過提煉、分析和治理后的數(shù)據(jù)，能夠形成一張完整的智慧電廠數(shù)據(jù)流向圖，并根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性進(jìn)行數(shù)據(jù)的分層。這樣不僅能夠抓住智慧電廠生產(chǎn)中的重要節(jié)點(diǎn)，也能根據(jù)權(quán)重對(duì)重要設(shè)備和信息進(jìn)行提前的預(yù)判和預(yù)警，降低電廠事故的發(fā)生率。

3.2 智慧電廠設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)與診斷

智慧電廠建設(shè)的初衷是電廠設(shè)備的智能化運(yùn)行，那么設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷就離不開數(shù)據(jù)中臺(tái)的支持。以我國發(fā)電的主力，大型火電廠為例，其擁有磨煤機(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等一系列設(shè)備，這些主機(jī)和輔機(jī)設(shè)備都需要實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控。這些監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來源于安裝在各設(shè)備上的傳感器，包括溫度、電流、功率、轉(zhuǎn)速等，這些都統(tǒng)稱為測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)所用。另外在發(fā)電可靠性管理系統(tǒng)中存在許多指標(biāo)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了電廠機(jī)組的健康程度。部分電廠已經(jīng)將設(shè)備的固定資產(chǎn)、物質(zhì)采購、設(shè)備檢修及缺陷修復(fù)記錄數(shù)據(jù)存放在ERP等管理系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)中臺(tái)的采集和歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，很容易發(fā)現(xiàn)電廠設(shè)備的隱患和故障，還能通過可視化框架和設(shè)備建模，將這些問題集中的展示出來，加快隱患和故障的處理效率。

3.3 環(huán)保設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化

面對(duì)日益突出的環(huán)保問題，大型火電廠的環(huán)保壓力不斷增大，必須時(shí)刻保持排放物的達(dá)標(biāo)。通過數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)，確定優(yōu)化關(guān)聯(lián)指標(biāo)、對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定健康指標(biāo)進(jìn)行收集、使用標(biāo)簽化分類的方式對(duì)環(huán)保數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、通過機(jī)器自動(dòng)學(xué)習(xí)算法模型實(shí)現(xiàn)電廠環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行優(yōu)化，確保電廠的脫硫、脫硝系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

3.4 數(shù)據(jù)報(bào)表與展示

數(shù)據(jù)報(bào)表與數(shù)據(jù)展示是數(shù)據(jù)中臺(tái)建設(shè)的亮點(diǎn)，通過各類圖表組件的整合，用戶可以根據(jù)自身的需求，通過簡單拖拽的方式，自由組合和展示自己所需的數(shù)據(jù)報(bào)表。在電廠的中控室、調(diào)度中心等位置，安裝顯示大屏，讓電廠生產(chǎn)、經(jīng)營的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能同步顯示，既提升了電廠的企業(yè)形象，也讓運(yùn)行值守人員能夠直觀的查看各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)隱患和事故進(jìn)行快速的糾正[5]。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速的今天，亦可通過數(shù)據(jù)中臺(tái)和H5等技術(shù)的結(jié)合，在移動(dòng)APP上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)表的推送和展示。

4 結(jié)語

總之，數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用能提高智慧電廠數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)服務(wù)的能力，對(duì)智慧電廠的集約化、精準(zhǔn)化管理起到強(qiáng)大的助推作用。不僅打破了電廠數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，還能通過標(biāo)準(zhǔn)化和提煉、分析以及治理，達(dá)到數(shù)據(jù)清洗和再利用的效果。智慧電廠的建設(shè)離不開數(shù)據(jù)中臺(tái)優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)的支持，數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)也離不開智慧電廠應(yīng)用系統(tǒng)之間的融合，二者相輔相成，為電廠的智能化轉(zhuǎn)型提供高效、可靠的解決方案。