張朝陽(yáng)，牛海明，李 樺，李天宇

［1.國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市 100011；2.國(guó)能智深控制技術(shù)有限公司（北京市電站自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心），北京市 102211；3.北科信控科技有限公司，北京市 100081；4.北京科技大學(xué)，北京市 100083］

0 引言

當(dāng)今，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，迫使我國(guó)電力系統(tǒng)向信息化、智能化、統(tǒng)一化加速發(fā)展。作為電力系統(tǒng)關(guān)鍵參與者——水電廠在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量且繁多的設(shè)備運(yùn)行、管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)。然而現(xiàn)有水電自動(dòng)化系統(tǒng)存在智能化程度低、電廠與電網(wǎng)兼容差、安全防護(hù)等級(jí)低下等問(wèn)題[1]。

智能水電廠由于建立在可靠的通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，其主要目標(biāo)是增強(qiáng)其設(shè)備的運(yùn)行功能和提高對(duì)水流發(fā)電的利用率。為滿(mǎn)足智能水電廠的應(yīng)用核心需求，構(gòu)建和整合不同類(lèi)型、形式的智能應(yīng)用模塊，滿(mǎn)足各種類(lèi)型應(yīng)用的要求，能夠?qū)χ悄芩姀S各類(lèi)數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行統(tǒng)一整合，從而形成面向不同應(yīng)用的功能組件。目前，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心在整個(gè)企業(yè)架構(gòu)中的作用越發(fā)突出。其數(shù)據(jù)密集型和應(yīng)用分布式的運(yùn)行模式可以顯著提高信息資源綜合利用的質(zhì)量和效率。建設(shè)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)是提高智能水電站的數(shù)字化水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)聚合和數(shù)據(jù)集成。全廠數(shù)據(jù)共享與交互，二次系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化，生產(chǎn)數(shù)據(jù)與信息平臺(tái)集成[2]。

1 相關(guān)研究工作

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的不斷提高和價(jià)格的降低，很容易建立由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的監(jiān)控系統(tǒng)。智能化是智能電廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)，在2010年朱劍鋒提出一種智慧化廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于多智能體和XML Web Services技術(shù)[3]。2014年，王京等人分析了應(yīng)用于大唐云岡電廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)，提出綜合自動(dòng)化數(shù)字智能監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)配置[4]。上述監(jiān)控自動(dòng)化方案的研究目標(biāo)是對(duì)電廠設(shè)備的監(jiān)控，未能實(shí)現(xiàn)全電廠員工、設(shè)備以及門(mén)禁等全部場(chǎng)景下的監(jiān)控，以及沒(méi)有提到對(duì)多個(gè)場(chǎng)景下監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的整合，未能滿(mǎn)足電廠智能一體化的需求。

2021年，Santis等人確定了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在發(fā)電機(jī)組資產(chǎn)診斷和預(yù)測(cè)中應(yīng)用的研究趨勢(shì)，給出了一些研究趨勢(shì)和潛在的未來(lái)方向：多目標(biāo)采集、混合模型以及健康管理與預(yù)后[5]。上述對(duì)狀態(tài)檢修智能化的研究相對(duì)整個(gè)電廠來(lái)說(shuō)比較孤立，未來(lái)的智能電廠更傾向于一個(gè)整體協(xié)同運(yùn)行，將所有數(shù)據(jù)綜合計(jì)算，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地找出故障原因，并實(shí)行有效的解決方案和事后處理工作。

2020年，何鵬輝等人提出了一種基于松耦合的分布式系統(tǒng)的信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，解決了現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各功能模塊緊密耦合的問(wèn)題[6]。同年，WU等人提出一種基于KKS碼和3D數(shù)字模型的智能水電站設(shè)備全息管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)提供了3D工具、設(shè)備記錄查詢(xún)模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、視頻監(jiān)控模塊、快速導(dǎo)航模塊、故障報(bào)警預(yù)警模塊、3D虛擬巡檢模塊[7]。近幾年隨著云計(jì)算的發(fā)展，云數(shù)據(jù)中心被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，智能電廠所涉及的數(shù)據(jù)具有多重異構(gòu)、數(shù)據(jù)量大以及終端節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力弱等特點(diǎn)，因此將云數(shù)據(jù)中心應(yīng)用到智能電廠系統(tǒng)是未來(lái)的研究趨勢(shì)，但在上述中僅研究了對(duì)數(shù)據(jù)的采集。

2018年，曹馳提出一種基于虛擬電廠分布式調(diào)度策略，該策略依據(jù)多智能體一致性的特征，實(shí)現(xiàn)水電智能一體化分布式資源的優(yōu)化管理[8]。2020年，夏元清等人提出了智能電廠云控制系統(tǒng)解決方案，該方案在云端運(yùn)行經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測(cè)控制算法，保證了綠色能源互補(bǔ)發(fā)電的魯棒性[9]。同年，周?chē)?guó)亮等人提出基于區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的虛擬電廠分布式調(diào)度方案，該方案結(jié)合等耗量微增率準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，利用PBFT共識(shí)算法實(shí)現(xiàn)資源負(fù)荷在機(jī)組間的合理分配[10]。2022年，梁肖等人提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的智能調(diào)度模型，該模型首先利用長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)提取有效特征，其次利用蟻群算法實(shí)現(xiàn)智能電力調(diào)度[11]。

雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)智能水電廠涉及的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是都還未有效解決信息孤島問(wèn)題，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)未能得到綜合利用，限制了智能水電廠的運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)效益。因此智能水電廠迫切需要一個(gè)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心，以實(shí)現(xiàn)全景數(shù)據(jù)的安全性、標(biāo)準(zhǔn)性、準(zhǔn)確性、完整性和實(shí)時(shí)性，提升水電廠對(duì)數(shù)據(jù)的智能管理水平，為水電廠智能運(yùn)營(yíng)、管理決策提供高質(zhì)高量的數(shù)據(jù)支撐和信息服務(wù)，合理利用數(shù)據(jù)資源價(jià)值，實(shí)現(xiàn)智能化、信息化、一體化與智能水電廠的高度融合。

2 水電智能一體化系統(tǒng)架構(gòu)

開(kāi)放數(shù)據(jù)中心相當(dāng)于共同工作的一個(gè)聯(lián)合云，整體水電智能一體化系統(tǒng)架構(gòu)依據(jù)不同系統(tǒng)功能可分區(qū)分層為多個(gè)模塊，利用開(kāi)放數(shù)據(jù)中心集中統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)智能模塊化管理，實(shí)現(xiàn)水電廠不同系統(tǒng)間的綜合分析、智能診斷、集中監(jiān)視、控制以及智能化輔助決策等。系統(tǒng)架構(gòu)的總體原則按照“橫向分區(qū)，縱向分層”理念分為縱、橫多層次來(lái)進(jìn)行架構(gòu)，其中開(kāi)放數(shù)據(jù)中心貫穿其中以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的管理分析，來(lái)為水電智能一體化的業(yè)務(wù)拓展、運(yùn)維服務(wù)等提供相關(guān)理論依據(jù)。開(kāi)放數(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控的相關(guān)參數(shù)將顯著改善水電廠的工作效率，提升工作質(zhì)量，減少運(yùn)維支出。橫向分為四層，整體通過(guò)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心智能化實(shí)現(xiàn)電廠監(jiān)控、水情檢測(cè)、水庫(kù)調(diào)度、電能計(jì)量等業(yè)務(wù)的集成?？v向分為四區(qū)，又可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的電網(wǎng)調(diào)度、各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集與交換，整體的水情水調(diào)調(diào)控，縱向貫通各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[12]。

圖1 水電智能一體化系統(tǒng)架構(gòu)Figure 1 Hydropower intelligent integrated system architecture

縱向分為四個(gè)區(qū)域。生產(chǎn)管理綜合開(kāi)放數(shù)據(jù)中心建設(shè)系統(tǒng)主要包括：集中統(tǒng)一控制、整體水情水調(diào)、故障檢測(cè)診斷以及生產(chǎn)調(diào)度指揮等。其中整體業(yè)務(wù)系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)劃主要分為控制區(qū)、非控制區(qū)、管理生產(chǎn)、信息管理等四個(gè)區(qū)域[2]。

其中安全Ⅰ區(qū)為實(shí)時(shí)控制區(qū)，可基于電調(diào)系統(tǒng)建立，實(shí)現(xiàn)水電站的遠(yuǎn)程集控功能，基于開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的新能源集中監(jiān)控，滿(mǎn)足對(duì)多功能生產(chǎn)線(xiàn)的監(jiān)控功能，另外基于安全防護(hù)，將五防報(bào)警系統(tǒng)納入電調(diào)平臺(tái)，同時(shí)擴(kuò)展功率控制、自動(dòng)水電壓控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制業(yè)務(wù)范圍。安全Ⅱ區(qū)作為非實(shí)時(shí)控制區(qū)，主要實(shí)現(xiàn)功率預(yù)測(cè)、狀態(tài)檢測(cè)及分析、水情測(cè)報(bào)以及水調(diào)自動(dòng)化等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低的功能，另對(duì)水文預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度以及業(yè)務(wù)考核等業(yè)務(wù)進(jìn)行拓展功能覆蓋范圍，使之涵蓋新的領(lǐng)域。安全Ⅲ區(qū)主要為管理生產(chǎn)大區(qū)，包括設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)，防汛決策指揮系統(tǒng)等，主要根據(jù)需求進(jìn)一步拓展業(yè)務(wù)覆蓋范圍，主要負(fù)責(zé)水電一體化的整體防護(hù)。安全Ⅳ區(qū)為管理信息大區(qū)，主要實(shí)現(xiàn)管理信息、故障診斷、視頻監(jiān)控、集控?cái)?shù)據(jù)等功能，另外根據(jù)需求，進(jìn)一步拓展業(yè)務(wù)覆蓋范圍，主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)管理指揮，生產(chǎn)信息管理等功能。

整體系統(tǒng)可接入JetLinks物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)各類(lèi)智能應(yīng)用組件以及智能系統(tǒng)的接入或集成，自由拓展功能，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口，統(tǒng)一管理。同時(shí)實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程下達(dá)控制命令，為水電智能一體化建立整體物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)管理部署方案。

系統(tǒng)層：系統(tǒng)層主要部署一體化管控平臺(tái)，包括各類(lèi)計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備以及智能應(yīng)用組件，以實(shí)現(xiàn)廠站級(jí)別的數(shù)據(jù)服務(wù)、分析評(píng)估、自動(dòng)控制、故障檢測(cè)等功能整體系統(tǒng)進(jìn)行單體功能分塊，使得完整的系統(tǒng)形成多個(gè)不同功能的系統(tǒng)模塊協(xié)同配合，統(tǒng)一和全場(chǎng)智能系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化。

控制層：控制層主要部署智能化設(shè)備以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地檢測(cè)、控制和保護(hù)等，主要實(shí)現(xiàn)將監(jiān)控系統(tǒng)和智能設(shè)備連接、現(xiàn)地、穩(wěn)定控制、繼電、振擺保護(hù)等功能，控制層可以匯總數(shù)據(jù)層傳上來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，依據(jù)信息與系統(tǒng)層聯(lián)動(dòng)對(duì)電廠設(shè)備進(jìn)行保護(hù)控制等。

數(shù)據(jù)層：開(kāi)放數(shù)據(jù)中心中存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)層當(dāng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理和權(quán)限管理等功能，接收過(guò)程層傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)，匯總分析傳入控制層，進(jìn)行統(tǒng)一控制。

過(guò)程層：過(guò)程層主要設(shè)施包括合并輔控單元、智能傳感、智能終端等。其主要是由電子傳感器與智能接口組成，是整體系統(tǒng)中前后設(shè)備的連接點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)對(duì)各類(lèi)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)，并根據(jù)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行故障診斷和相關(guān)操作。其中水電生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集與設(shè)備保護(hù)等功能主要依靠部署在各類(lèi)智能傳感器以及智能接口同其他傳統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成智能組件來(lái)完成。

圖2 基于開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的水電智能一體化平臺(tái)Figure 2 Hydropower intelligent integration platform based on open data center

整體系統(tǒng)架構(gòu)建立在開(kāi)放數(shù)據(jù)中心之上，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心具有數(shù)據(jù)服務(wù)、模型服務(wù)、綜合分析、態(tài)勢(shì)感知等功能。其主要由服務(wù)器集群、存儲(chǔ)集群、網(wǎng)絡(luò)集群組成，可以發(fā)揮快速部署和動(dòng)態(tài)遷移等優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)整體系統(tǒng)架構(gòu)的可靠性。整體系統(tǒng)中安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)之間不再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，秩序部署小型數(shù)據(jù)中心進(jìn)行采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)和緩存采集數(shù)據(jù)即可，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至數(shù)據(jù)中心。其中Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)與開(kāi)放數(shù)據(jù)中心之間通過(guò)防火墻隔離，Ⅰ區(qū)的安全級(jí)別更高，而Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)則是通過(guò)正反向隔離裝置進(jìn)行物理隔離，數(shù)據(jù)通過(guò)正向隔離裝置單向?qū)?shù)據(jù)傳送到Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)，而Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)的數(shù)據(jù)只能序列化到文件，放到指定目錄，再由反向隔離裝置轉(zhuǎn)、換后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的指定目錄。

數(shù)據(jù)中心包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、水電廠全景模型、數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息庫(kù)等，其更側(cè)重于匯聚實(shí)現(xiàn)全廠的有效數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)短期存儲(chǔ)和集中上報(bào)等功能，同時(shí)保證廠站級(jí)的生產(chǎn)設(shè)備之間進(jìn)行相關(guān)聯(lián)動(dòng)與綜合分析。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要負(fù)責(zé)構(gòu)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模型以支持類(lèi)之間的繼承、聚集關(guān)系以及對(duì)象標(biāo)識(shí)，從而來(lái)描述水電相關(guān)系統(tǒng)及其拓?fù)潢P(guān)系，支持不同程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)集進(jìn)行并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，并采用國(guó)內(nèi)目前先進(jìn)的連接池技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)連接復(fù)用，保證數(shù)據(jù)一致性，降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，從而徹底解決在分布式系統(tǒng)中難以解決的數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息庫(kù)可以保存多種校驗(yàn)規(guī)則，通過(guò)校驗(yàn)規(guī)則與現(xiàn)有報(bào)告進(jìn)行重組，形成新的規(guī)則和結(jié)果報(bào)告，以供使用者參考。

3 關(guān)鍵技術(shù)

開(kāi)放數(shù)據(jù)中心在整體水電智能一體化中，相當(dāng)于共同工作的一個(gè)聯(lián)合云，利用一套明確規(guī)定并標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件產(chǎn)品來(lái)與其他智能設(shè)施、應(yīng)用相融合、關(guān)聯(lián)以及交互。利用開(kāi)放數(shù)據(jù)中心，不再是按照傳統(tǒng)的分區(qū)概念進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，而是將所有的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至數(shù)據(jù)中心來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度以及資源優(yōu)化。

3.1 水電智能一體化平臺(tái)建設(shè)

隨著水電智能一體化進(jìn)程，智能水電廠的應(yīng)用需求更加平臺(tái)化、智能化。本文針對(duì)智能水電廠平臺(tái)建設(shè)中實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理、配置等關(guān)鍵業(yè)務(wù)，建設(shè)水電智能一體化管理平臺(tái)，集成基礎(chǔ)資源、應(yīng)用服務(wù)、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)等核心功能。如圖3所示，基礎(chǔ)平臺(tái)集成物理資源與監(jiān)控運(yùn)維、微服務(wù)、數(shù)據(jù)中心等，保障水電智能一體化平臺(tái)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、資源優(yōu)化等穩(wěn)定安全運(yùn)行；服務(wù)平臺(tái)輔助增強(qiáng)管理人員業(yè)務(wù)工作能力，提升設(shè)備接入、數(shù)據(jù)分發(fā)、規(guī)則控制等服務(wù)質(zhì)量和效率；應(yīng)用平臺(tái)以可視化、智能化為目標(biāo)，集成監(jiān)控、配置、查詢(xún)分析等功能；系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中心支持管理人員對(duì)用戶(hù)、應(yīng)用、角色、字典及日志進(jìn)行實(shí)時(shí)高效管理，形成遠(yuǎn)程集中調(diào)控。

圖3 水電智能一體化平臺(tái)建設(shè)Figure 3 Construction of hydropower intelligent integration platform

3.2 分布式信息融合

分布式信息融合是處理開(kāi)放數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。它可以通過(guò)若干傳感器，將不同時(shí)間、空間的數(shù)據(jù)源，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)間的序列處理，最終得到背側(cè)對(duì)象的全方面描述與分析。借助信息融合技術(shù)，平臺(tái)能夠更加全面地認(rèn)識(shí)被測(cè)對(duì)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的態(tài)勢(shì)判斷與自主決策。該技術(shù)可以有效應(yīng)用到現(xiàn)代智能水電廠的開(kāi)放數(shù)據(jù)中心水電智能一體化平臺(tái)，不僅可以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)處理流程，還可以對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行整體性的監(jiān)控，使平臺(tái)達(dá)到智能、高效的運(yùn)維管理能力的效果。分布式信息融合是眾多企業(yè)運(yùn)行開(kāi)放數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一平臺(tái)的主要技術(shù)。以智能水電廠的新能源監(jiān)控系統(tǒng)為例，針對(duì)電機(jī)、水泵、風(fēng)扇等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行態(tài)勢(shì)的現(xiàn)場(chǎng)感知，通過(guò)部署傳感器采集設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生相關(guān)的物理信息，通過(guò)于視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和各設(shè)備自系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后，可得到一致性的評(píng)估，做出態(tài)勢(shì)判斷和自主決策。

3.3 定制化存儲(chǔ)管理

定制化的存儲(chǔ)平臺(tái)是開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的一大特點(diǎn)，由于存儲(chǔ)在開(kāi)放數(shù)據(jù)中心中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型多樣，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型較為復(fù)雜，大體可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)兩大類(lèi)。其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)又由于其使用頻率不同的問(wèn)題，他們的數(shù)量、特性、結(jié)構(gòu)各不相同，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心要充分考慮到不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型，設(shè)計(jì)定制化的混合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架來(lái)滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求。對(duì)比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，定制化存儲(chǔ)平臺(tái)有其特有的優(yōu)勢(shì)，定制化存儲(chǔ)平臺(tái)可以包含各類(lèi)主題的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以根據(jù)不同的綜合管理要求，優(yōu)化傳統(tǒng)的邏輯模型和物理模型，創(chuàng)建符合要求的數(shù)據(jù)庫(kù)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式可以獨(dú)立于其他系統(tǒng)區(qū)域，而整體數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)又保持集約化與共享。

3.4 應(yīng)用系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)

以水電廠開(kāi)放數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，建立多系統(tǒng)高效聯(lián)動(dòng)的智能化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電廠四個(gè)安全區(qū)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換與智能互操作。在保證智能水電廠的各電力生產(chǎn)系統(tǒng)、應(yīng)用管理系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)的廠商統(tǒng)一性的前提下，智能聯(lián)動(dòng)使原本獨(dú)立的各系統(tǒng)之間，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的規(guī)范統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)、互通、互操作的智能化管理。開(kāi)放數(shù)據(jù)中心應(yīng)用IEC61850協(xié)議，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)策略的統(tǒng)一管理，對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，為整體系統(tǒng)提供高效便捷的快速組態(tài)編程環(huán)境，通過(guò)服務(wù)器與各自系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度并實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)操作。與傳統(tǒng)的水電廠相比，應(yīng)用系統(tǒng)間的智能聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，不僅可以使水電廠安全管理的水平大幅度提升，同時(shí)也會(huì)在經(jīng)濟(jì)效益方面體現(xiàn)出顯著效果。

3.5 高速網(wǎng)絡(luò)傳輸

介于水電智能一體化的要求，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心中必然會(huì)同時(shí)存放生產(chǎn)過(guò)程中與系統(tǒng)維護(hù)中產(chǎn)生的大量實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)、周期與非周期性的數(shù)據(jù)信息，還會(huì)包括嚴(yán)格要求時(shí)延和帶寬的信息，例如視頻、語(yǔ)音、用戶(hù)上傳、下載等。在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程中，這些數(shù)據(jù)信息通常中具有突發(fā)性、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)。開(kāi)放數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)處理傳輸?shù)年P(guān)鍵在于在系統(tǒng)的控制層和過(guò)程層都建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化接口，其具有靈活性、集中視圖、可編程性等特點(diǎn)，采用集中控制的方式控制每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)元素，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和應(yīng)用系統(tǒng)更高效和更智能的實(shí)施。系統(tǒng)可以應(yīng)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)流量的實(shí)時(shí)傳輸。在短流量應(yīng)用有線(xiàn)傳輸，與此同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整流量傳輸?shù)亩嗉?jí)隊(duì)列。在長(zhǎng)流量引入策略決策概率，建立網(wǎng)絡(luò)流量策略決策架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸策略根據(jù)決策概率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以改善長(zhǎng)流量的實(shí)時(shí)傳輸性能。

3.6 自主決策或決策支持

決策支持的目標(biāo)是在傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)智能水電廠的監(jiān)控、資產(chǎn)的運(yùn)維管理提供系統(tǒng)性、可視化、與執(zhí)行的自主決策，選用相同的數(shù)據(jù)建模，平衡結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占比，對(duì)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和管理域多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度集成，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)集成到開(kāi)放數(shù)據(jù)中心當(dāng)中。對(duì)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的決策支持建設(shè)主要是基于信息總體規(guī)劃的數(shù)據(jù)庫(kù)工程設(shè)計(jì)，是對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程，需要進(jìn)行需求分析、邏輯分析、數(shù)據(jù)庫(kù)建模、數(shù)據(jù)源分析、數(shù)據(jù)獲取整合、應(yīng)用設(shè)計(jì)等幾大步驟的不斷完善。對(duì)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的決策支持可應(yīng)用于多個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，計(jì)算、分析、記錄關(guān)鍵故障特征，并且預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)等，為水電站運(yùn)行決策提供依據(jù)。檢修決策等提供信息支撐。

3.7 系統(tǒng)安全保護(hù)

開(kāi)放數(shù)據(jù)中心中的數(shù)據(jù)明文展示，缺乏加密存儲(chǔ)機(jī)制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攻擊成功后，入侵者可直接獲取開(kāi)放數(shù)據(jù)中心中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，然后加密存儲(chǔ)，采用同時(shí)支持壓縮與加密技術(shù)的靜態(tài)鍵值存儲(chǔ)方案。開(kāi)放數(shù)據(jù)中心之間通信需要雙向認(rèn)證，因此采用非交互式零知識(shí)證明，為實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，該方法利用配對(duì)函數(shù)、大數(shù)計(jì)算等密碼學(xué)算法計(jì)算證明值，智能合約驗(yàn)證器進(jìn)行證明值驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)授權(quán)認(rèn)證。開(kāi)放數(shù)據(jù)中心涉及多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交換，為確保數(shù)據(jù)的安全性，采用了以下措施：在安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)與開(kāi)放數(shù)據(jù)中心之間采用增加安全防火墻以及遠(yuǎn)程路由等安全防護(hù)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行安全防護(hù)；在安全Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)與開(kāi)放數(shù)據(jù)中心之間使用安全物理隔離技術(shù)；在開(kāi)放數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)或其他數(shù)據(jù)庫(kù)之間，采用地址映射、TCP端口、訪(fǎng)問(wèn)列表等安全措施，以確保通信網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)安全。

3.8 全局調(diào)度與資源優(yōu)化

全局調(diào)度的設(shè)計(jì)目標(biāo)著重解決任務(wù)與資源間的映射關(guān)系，以博弈論為基礎(chǔ)，建立資源管理訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制，完成資源信息收集和資源分配調(diào)度，構(gòu)建系統(tǒng)與遠(yuǎn)程資源的橋梁，以提升整體效率為目的，將全部數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)在開(kāi)放數(shù)據(jù)中心，利用全局調(diào)度算法為不同的資源訪(fǎng)問(wèn)需求分配合理的空閑資源，充分發(fā)揮各類(lèi)資源效用，實(shí)現(xiàn)最大化各種資源利用率。

資源優(yōu)化的目標(biāo)是保證水電平臺(tái)在外界環(huán)境因素發(fā)生變化時(shí)，整體系統(tǒng)可以根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的選擇，進(jìn)行尋找最佳的運(yùn)行參數(shù)和控制量，進(jìn)行資源優(yōu)化，以保證水電廠或系統(tǒng)處于最有的運(yùn)行狀態(tài)。資源優(yōu)化可應(yīng)用于智能水電廠的多個(gè)控制系統(tǒng)與運(yùn)行參數(shù)中，例如在面對(duì)水情變化與電能量采集不穩(wěn)的情況下，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，我們采用自適應(yīng)多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源進(jìn)行優(yōu)化?；陂_(kāi)放數(shù)據(jù)中心的水電一體化系統(tǒng)自適應(yīng)多目標(biāo)優(yōu)化中，根據(jù)開(kāi)放數(shù)據(jù)中心通信復(fù)雜特性，首先選取基于數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬模型；第二，以每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)與計(jì)算資源以及分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)與開(kāi)放數(shù)據(jù)中心間的網(wǎng)絡(luò)資源為約束條件；第三，選擇多目標(biāo)優(yōu)化算法，根據(jù)電廠環(huán)境的復(fù)雜性，選取遺傳算法或者粒子群算法等人工智能求解方法，提高獲取最優(yōu)解的概率。

4 展望與挑戰(zhàn)

開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的引入可以將傳統(tǒng)的水電廠存在的數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)污染等問(wèn)題徹底打破，通過(guò)對(duì)全廠數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，可以為運(yùn)維人員提供數(shù)據(jù)共享、智能傳輸?shù)乃娭悄芤惑w化平臺(tái)，最大程度上提升了工作效率，并且開(kāi)放數(shù)據(jù)中心可依賴(lài)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析，從而解決傳統(tǒng)單系統(tǒng)無(wú)法把控全局分析的詬病。未來(lái)在人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展和數(shù)字信息化技術(shù)的全面普及下，基于開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的智能水電廠和水電智能一體化的建設(shè)將逐漸完善。

將水電智能一體化同開(kāi)放數(shù)據(jù)中心結(jié)合以適應(yīng)我國(guó)全新智能電網(wǎng)的要求，對(duì)傳統(tǒng)水電廠進(jìn)行智能設(shè)備、智能接口、智能存儲(chǔ)上的提升是對(duì)各方面的提出的考驗(yàn)，無(wú)論是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體升級(jí)還是各種相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的提升以及新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，都會(huì)使水電廠的傳統(tǒng)構(gòu)建方案和運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)量級(jí)的提升，基于開(kāi)放數(shù)據(jù)中心的水電智能一體化必將是一個(gè)不斷探索、創(chuàng)新的過(guò)程。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)智能水電廠當(dāng)前生產(chǎn)、管理面臨的智能信息化需求深入探討了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外水電智能一體化研究現(xiàn)狀，總結(jié)目前仍存在的問(wèn)題，研究并提出基于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)中心的水電智能一體化平臺(tái)架構(gòu)，該架構(gòu)面向智能水電廠業(yè)務(wù)融合、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息安全、遠(yuǎn)程管理、資源配置等需求，討論系列關(guān)鍵技術(shù)以實(shí)現(xiàn)水電智能一體化平臺(tái)實(shí)時(shí)、安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，并在研究基礎(chǔ)上提出新的挑戰(zhàn)與展望。