陳 婧，吳 鵬

（國家電投集團(tuán)江西電力有限公司高新清潔能源分公司，江西 南昌 330096）

發(fā)電設(shè)備的可靠性是發(fā)電企業(yè)供電可靠性的重要基礎(chǔ)。然而，伴隨社會(huì)用電需求的提升和企業(yè)的飛速發(fā)展，投產(chǎn)的發(fā)電設(shè)備也愈來愈多，國內(nèi)各發(fā)電集團(tuán)均趨向采用“集控進(jìn)城、區(qū)域維檢、場(chǎng)站安?！钡淖詣?dòng)化、信息化管理模式，傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備管理模式已無法滿足當(dāng)前發(fā)展。人工登記缺陷不僅統(tǒng)計(jì)效率低并且統(tǒng)計(jì)效果也不佳，對(duì)消缺效率、設(shè)備使用壽命、電能質(zhì)量等都存在消極影響，更無法做出趨勢(shì)預(yù)測(cè)并對(duì)可能要發(fā)生的缺陷提前加以控制或消除[1-4]。如何有效利用先進(jìn)手段降低設(shè)備缺陷率，使缺陷可控制、可預(yù)防，如何有效利用科學(xué)方法提高缺陷消除效率，從而提升設(shè)備利用率進(jìn)而保障機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，已經(jīng)成為當(dāng)前研究重點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)缺陷管理的不足

設(shè)備缺陷統(tǒng)計(jì)工作專業(yè)性強(qiáng)，涉及面廣，數(shù)據(jù)量大，傳統(tǒng)缺陷管理只是人工錄入計(jì)算機(jī)文檔記錄、缺陷次數(shù)統(tǒng)計(jì)、消缺完成登記，缺陷數(shù)據(jù)整合困難、效率不高、容易出錯(cuò)[5]；缺陷統(tǒng)計(jì)缺乏統(tǒng)計(jì)機(jī)制，需要多個(gè)部門配合與協(xié)調(diào)，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)與計(jì)算口徑?jīng)]有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，難以保障數(shù)據(jù)真實(shí)性；上下級(jí)之間的缺陷數(shù)據(jù)信息仍以郵件、文件傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方式進(jìn)行通信，難以保證缺陷數(shù)據(jù)填報(bào)的時(shí)效性；缺陷的日常跟蹤要投入大量人力物力，很難將缺陷的共性聯(lián)系起來，進(jìn)而將缺陷的分析和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)有效結(jié)合，因此，很大程度上制約了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行[6]。日積月累的缺陷數(shù)據(jù)本是企業(yè)資產(chǎn)，有效利用缺陷數(shù)據(jù)能夠?yàn)榘l(fā)電企業(yè)的安全運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益等保駕護(hù)航。而粗放式缺陷管理停留在人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的層面，難以對(duì)發(fā)電設(shè)備故障進(jìn)行智能化判斷，難以通過分析異常數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)操作提出建設(shè)性意見從而控制和預(yù)防設(shè)備缺陷發(fā)生，已無法滿足發(fā)電企業(yè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、信息化的管理要求。因此，建設(shè)一個(gè)基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理、安全管理、經(jīng)營管理及信息化、智能化管理，從而提升企業(yè)的管理效率和生產(chǎn)效益迫在眉睫。

2 缺陷統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)系統(tǒng)研究

目前缺陷管理僅僅通過人工識(shí)別、記錄以及統(tǒng)計(jì)整理，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)隱藏信息的有效分析， 無法真正發(fā)揮出管理效能[7-10]。充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，圍繞能源互聯(lián)網(wǎng)開展技術(shù)創(chuàng)新，探索“互聯(lián)網(wǎng)+”智能電場(chǎng)，已成為集控發(fā)展的重要方向，本文結(jié)合國家電投集團(tuán)江西分公司實(shí)際，提出了基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)建設(shè)思路和方案。通過實(shí)踐研究法，證實(shí)大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠根據(jù)云平臺(tái)中的歷史缺陷數(shù)據(jù)和發(fā)電設(shè)備運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)，利用人工智能、計(jì)算機(jī)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等原理，預(yù)測(cè)出故障可能發(fā)生的位置，將缺陷信息和缺陷預(yù)判功能集成到相互關(guān)聯(lián)并且能夠統(tǒng)一協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)集中、高效、便利的缺陷管理[11]。

2.1 研究背景

本文以國家電投江西公司的南昌生產(chǎn)運(yùn)營中心為研究樣本，目前南昌生產(chǎn)運(yùn)營中心承擔(dān)著接入的4 座水電場(chǎng)、28 個(gè)集控新能源場(chǎng)站的集控運(yùn)行重任，運(yùn)行總?cè)萘砍^250 萬kW，未來每年新接入運(yùn)行容量將不低于50 萬kW。場(chǎng)站的值班監(jiān)盤、缺陷管理、兩票管理、報(bào)表匯總、數(shù)據(jù)分析等多項(xiàng)工作都由生產(chǎn)運(yùn)營中心遠(yuǎn)程完成。面對(duì)持續(xù)接入的清潔能源場(chǎng)站，集控值班人員運(yùn)行壓力顯著巨增，原先的缺陷管理模式已無法滿足集約化管理的需要。通過實(shí)踐研究，建設(shè)基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)智能化管理。

2.2 系統(tǒng)框架

缺陷管理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)等相關(guān)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。系統(tǒng)具有良好的可拓展性，能夠隨時(shí)按照生產(chǎn)要求與相關(guān)管理系統(tǒng)設(shè)置接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。本系統(tǒng)部署在局域網(wǎng)內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)接入各獨(dú)立系統(tǒng)數(shù)據(jù)。APP 應(yīng)用也部署在局域網(wǎng)內(nèi)，通過已有網(wǎng)閘實(shí)現(xiàn)正向隔離，能夠確保信息安全。管理層用戶通過局域網(wǎng)訪問系統(tǒng)，各場(chǎng)站及新能源場(chǎng)站業(yè)主用戶可通過視頻專線訪問或VPN 方式訪問兩種方式登錄。缺陷管理系統(tǒng)具有7×24 h 的高可用性，服務(wù)器CPU 平均負(fù)荷率≤30%，支持500 用戶同時(shí)訪問，頁面調(diào)用的響應(yīng)時(shí)間在3 s 以內(nèi)。系統(tǒng)支持后續(xù)的應(yīng)用系統(tǒng)資源逐步整合，場(chǎng)站增多或數(shù)據(jù)量加大時(shí)應(yīng)不影響現(xiàn)有系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)，能夠方便后續(xù)的系統(tǒng)擴(kuò)展；可以利用權(quán)限管理分配管理員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)，并對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化；能夠提供數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能，保證系統(tǒng)宕機(jī)后能夠及時(shí)恢復(fù)；如果硬件損壞，能夠提供應(yīng)急和替代方案[12]。

具體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)流程圖

2.3 實(shí)施過程

本系統(tǒng)對(duì)電力行業(yè)和數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分析理解，從而建立規(guī)范模型，實(shí)現(xiàn)過程評(píng)估、統(tǒng)一部署等操作。首先進(jìn)行缺陷數(shù)據(jù)儲(chǔ)備，主要分為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)選擇、預(yù)處理、數(shù)據(jù)縮減、目標(biāo)確定5 個(gè)步驟，為故障判斷做好數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作；然后通過算法確定、數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別和故障診斷，深入挖掘缺陷數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息[13]。以南昌生產(chǎn)運(yùn)營中心的原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)的抽取、清洗、轉(zhuǎn)換從而建立主題性的、集成的、時(shí)變的數(shù)據(jù)庫?；跀?shù)據(jù)庫聯(lián)合諸多種建模技術(shù)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型并測(cè)試、校準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備近期可能出現(xiàn)的缺陷故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。最后，不斷更新動(dòng)態(tài)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、不斷完善數(shù)據(jù)挖掘功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)智能化管理，為企業(yè)決策給予及時(shí)準(zhǔn)確的依據(jù)和參考?；谠破脚_(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)實(shí)施過程主要有如下步驟。

（1）數(shù)據(jù)處理

對(duì)南昌生產(chǎn)運(yùn)營中心原始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、集合并選擇性抽取、清洗、轉(zhuǎn)換從而建立數(shù)據(jù)庫，有效實(shí)現(xiàn)各種類數(shù)據(jù)資源的整合，以滿足建模方面的要求。按照缺陷規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理，提供多維報(bào)表、圖表數(shù)據(jù)，支撐特定業(yè)務(wù)分析應(yīng)用。在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)選擇、預(yù)處理、數(shù)據(jù)縮減、目標(biāo)確定的工作中要做到最大限度地降低人為因素造成的數(shù)據(jù)失真，保證數(shù)據(jù)計(jì)算的算法正確以及運(yùn)算的有效性。同時(shí)要盡可能降低無效數(shù)據(jù)含量，提高缺陷數(shù)據(jù)智能化管理效率。數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)要具有真實(shí)性、有效性、代表性、科學(xué)性，能夠?yàn)槠髽I(yè)運(yùn)營決策提供強(qiáng)力的支持。

（2）規(guī)范建模

有機(jī)結(jié)合諸多種建模技術(shù)，規(guī)范校準(zhǔn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及建模參數(shù)。具體任務(wù)是創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型、規(guī)則化關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、分類聚類和預(yù)測(cè)、檢測(cè)異常性等。在得到典型缺陷發(fā)生期間的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的變化趨勢(shì)函數(shù)后，即可根據(jù)模型得到未來時(shí)間段的相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化曲線。將變化曲線跟該典型缺陷的多個(gè)歷史缺陷記錄進(jìn)行對(duì)比求出相似度后，即可預(yù)測(cè)出短期可能會(huì)發(fā)生的缺陷故障。

（3）過程評(píng)估

嚴(yán)格檢測(cè)、評(píng)估挖掘的數(shù)據(jù)結(jié)果和實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)之間的吻合性，確定數(shù)據(jù)模型是否符合公司發(fā)電設(shè)備缺陷管理發(fā)展訴求需要。

（4）統(tǒng)一部署

通過統(tǒng)一部署數(shù)據(jù)模型，以挖掘結(jié)果為依據(jù)，及時(shí)對(duì)發(fā)電設(shè)備的故障進(jìn)行智能化判斷，大大提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的效率，為日常生產(chǎn)工作提供指導(dǎo)建議。

2.4 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)中的云平臺(tái)整合了設(shè)備運(yùn)行階段形成的多種數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)鏈條，有強(qiáng)大的報(bào)表統(tǒng)合、查詢解析等諸多功能，為數(shù)據(jù)信息深度挖掘、缺陷預(yù)測(cè)提供良好環(huán)境。結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?yàn)榘l(fā)電設(shè)備定制一個(gè)大型的數(shù)據(jù)倉庫，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)分析和處理等功能?；谠破脚_(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)利用人工填報(bào)和自動(dòng)采集方式，云平臺(tái)收集大量歷史缺陷數(shù)據(jù)樣本和發(fā)電設(shè)備歷史生產(chǎn)信息，動(dòng)態(tài)更新發(fā)電設(shè)備實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。云平臺(tái)會(huì)將現(xiàn)存故障發(fā)送給設(shè)備運(yùn)維人員，提醒運(yùn)維人員及時(shí)消缺；通過大數(shù)據(jù)分析比對(duì)能夠預(yù)測(cè)出短期內(nèi)可能會(huì)發(fā)生故障并發(fā)送給設(shè)備運(yùn)維人員進(jìn)行提前控制、干預(yù)?，F(xiàn)有故障消除或預(yù)測(cè)故障控制后，設(shè)備運(yùn)維人員將填寫線上處理單將處理情況反饋至云平臺(tái)[14]。關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)云平臺(tái)共享模塊通過分析，規(guī)范細(xì)化數(shù)據(jù)交互過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的管理、缺陷指標(biāo)數(shù)據(jù)的把控，采集完成的數(shù)據(jù)將全部匯總存儲(chǔ)在云平臺(tái)中，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)好的報(bào)表模板快速匯總統(tǒng)計(jì)形成現(xiàn)有缺陷報(bào)表、故障預(yù)測(cè)報(bào)表，發(fā)送給不同端口的運(yùn)維人員，幫助用戶更好地做出決策。

3 缺陷統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)系統(tǒng)的成效

建立完善的缺陷統(tǒng)計(jì)體制，是電力企業(yè)開展缺陷統(tǒng)計(jì)工作的基礎(chǔ)，基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)投入前，日常缺陷數(shù)據(jù)填報(bào)工作由手工填寫表格，各部門之間通過電話、郵件方式溝通，每月統(tǒng)計(jì)、匯總、整理。基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)的應(yīng)用，規(guī)范了缺陷數(shù)據(jù)填報(bào)格式、消缺閉環(huán)流程，避免了缺陷重復(fù)填報(bào)，減輕人工整理和統(tǒng)計(jì)的負(fù)擔(dān)，提高了工作效率，多渠道提供缺陷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到云平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)缺陷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的共享。實(shí)現(xiàn)缺陷日常管理的流程化、規(guī)范化，有效管控?cái)?shù)據(jù)填報(bào)情況。

基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、集中計(jì)算、集中應(yīng)用、場(chǎng)景展示，提高行業(yè)分析能力及水平，將統(tǒng)計(jì)人員從繁鎖的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的事務(wù)性工作當(dāng)中解放出來，能夠把更多的精力放在數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務(wù)職能上。故障預(yù)測(cè)功能有效地警示運(yùn)維人員，使其能夠提前采取干預(yù)措施，保障設(shè)備運(yùn)行安全，提升設(shè)備利用率。而且保證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息能更好的為生產(chǎn)運(yùn)行提供信息保障服務(wù)，為缺陷管理提供數(shù)據(jù)支撐，提升缺陷管理水平，在缺陷數(shù)據(jù)治理、規(guī)范統(tǒng)計(jì)、精準(zhǔn)分析、科學(xué)管理等方面取得突破。

4 結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)信息化、數(shù)據(jù)化管理在發(fā)電企業(yè)日常管理中得到廣泛應(yīng)用，能夠從底層顛覆過去能源產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)管理模式，能夠有效應(yīng)對(duì)和處理更多的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)，能夠精細(xì)化、智能化管理發(fā)電設(shè)備，能夠提前干預(yù)和控制設(shè)備缺陷，能夠大大提升系統(tǒng)對(duì)于信息的反饋速度和應(yīng)用效率，給企業(yè)生產(chǎn)管理帶來極大便利。隨著新能源場(chǎng)站的不斷增多，集控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將從百萬提升至上億級(jí)別，采用Excel 工具做缺陷分析不再能滿足生產(chǎn)需要，迫切需要提升大數(shù)據(jù)處理分析能力。而融合大數(shù)據(jù)的處理與分析、決策為一體的生產(chǎn)管理系統(tǒng)作為一項(xiàng)新興事物，還需要不斷的完善和健全，使其獲得更好的適應(yīng)效果。本文提出了基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)，通過云系統(tǒng)存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)分析，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備潛在故障和缺陷，實(shí)現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)資產(chǎn)的智能應(yīng)用，提高發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行效益，切實(shí)提升發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營管理水平，為發(fā)電行業(yè)推動(dòng)智能場(chǎng)站、無人場(chǎng)站建設(shè)提供助力，為我國電力事業(yè)發(fā)展提供不竭動(dòng)力。