水力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)信息鏈整合平臺

李 沛，魏三澤

（1.江蘇航天水力設(shè)備有限公司，江蘇 高郵 225600；2.甘肅盛御水利水電科技有限公司，甘肅 蘭州 730090）

水力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)信息鏈整合平臺

李 沛1，魏三澤2

（1.江蘇航天水力設(shè)備有限公司，江蘇 高郵 225600；2.甘肅盛御水利水電科技有限公司，甘肅 蘭州 730090）

水力發(fā)電行業(yè)經(jīng)過20年的高速發(fā)展，取得了巨大的成就，同時，也積累了許多行業(yè)共性的問題。本文通過大數(shù)據(jù)分析的方法，在水電站油水氣機電統(tǒng)一視角下，采用SAAS（Software-as-a-service）模式，通過技術(shù)創(chuàng)新和商務(wù)模式創(chuàng)新，構(gòu)建《水力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)信息鏈整合平臺》，實現(xiàn)“資源可視、設(shè)備可查、業(yè)務(wù)互動、數(shù)據(jù)共享”，為使用者提供“數(shù)據(jù)推送、業(yè)務(wù)推送和知識推送”。

水電站；大數(shù)據(jù)；云服務(wù)；人工智能；物聯(lián)網(wǎng)

1 引言

制造業(yè)本身的問題，不可能在制造業(yè)層面得到完善解決，只有上升到其所處的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。所有產(chǎn)業(yè)都是由無數(shù)的節(jié)點鏈接而成，節(jié)點內(nèi)企業(yè)按部就班地運作，在國家產(chǎn)能落后的情況下是有效的，但在目前國家產(chǎn)能過剩時，則是產(chǎn)業(yè)“散、亂、差、弱”的根本原因。國內(nèi)一流的電商只完成了交易節(jié)點，就產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益，《水力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)信息鏈整合平臺》基于精深的專業(yè)背景針對產(chǎn)業(yè)所有專業(yè)、所有環(huán)節(jié)整合，尤其突出了人的主觀能動性作用，將會對“互聯(lián)網(wǎng)+水電”在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┓e累寶貴經(jīng)驗，并對其他制造業(yè)起到良好示范作用。

目前我國水電行業(yè)普遍存在以下問題：

（1）電廠側(cè)運行、維護、營銷、管理方面：沒有對大量的數(shù)據(jù)價值深入挖掘，不能精準制定檢修、維護計劃。沒有策略使資源轉(zhuǎn)化率最高、設(shè)備運行工況最優(yōu)。沒有技術(shù)手段應(yīng)付目前經(jīng)濟下行態(tài)勢下的棄水限電。

（2）制造廠耗費大量的時間跑市場、抓信息，但沒有形成售前、制造和運行的全生命周期介入的商務(wù)模式。在質(zhì)保期過后，制造廠與電廠幾乎失去聯(lián)絡(luò)。

（3）政府側(cè)在防汛抗旱、科學(xué)用水上投入了大量財力，但沒能消除信息孤島，致使在異常情況下手足無措。

（4）一方面是行業(yè)積累的大量工程問題無人解決，另一方面是大量工程技術(shù)人員閑置、科研院所課題匱乏。

如何實現(xiàn)水電站集成開放、堅強可靠、經(jīng)濟高效、管理智能的效率、效益最大化，如何調(diào)動廣大制造廠、設(shè)計院、科研院所工程技術(shù)人員的積極主動性，并跨界為政府防汛抗洪、科學(xué)用水提供決策，搭建《水力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)信息鏈整合平臺》，是一條水電發(fā)展必經(jīng)之路。

圖1 水力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)信息鏈整合平臺架構(gòu)

2 平臺的總體架構(gòu)

平臺架構(gòu)見圖1。該平臺由數(shù)據(jù)中心、技術(shù)構(gòu)架和商務(wù)模式3個部分組成。其中，數(shù)據(jù)中心相對獨立，匯總電站的所有模擬量和開關(guān)量，而技術(shù)構(gòu)架和商務(wù)模式互為依托，對采集的所有生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，用人工智能的方法進行分析，為水電站的生產(chǎn)、經(jīng)營提供支撐，實現(xiàn)“資源可視、設(shè)備可查、業(yè)務(wù)互動、數(shù)據(jù)共享”，為使用者提供“數(shù)據(jù)推送、業(yè)務(wù)推送和知識推送”。

3 平臺的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)中心

大數(shù)據(jù)是2012年到現(xiàn)在最熱的一個詞。對水電站來說，“全息”即為“大數(shù)據(jù)”，即采集所有的模擬量和開關(guān)量，然后對這些數(shù)據(jù)進行分析。眾所周知，水電行業(yè)是一個后掠式行業(yè)，許多工程實踐是沒有教科書和先例的，即使行業(yè)普遍采用的計算程序，也是理論加經(jīng)驗的系統(tǒng)，因為這些系統(tǒng)在開發(fā)的時候，先作了一些科學(xué)假設(shè)，而這些假設(shè)大多是經(jīng)驗的、體系的，甚至是為了簡化計算而人為的假設(shè)，所以這些系統(tǒng)只是幫助我們決策，并沒有完全反映事物的客觀規(guī)律，而反映事物的客觀規(guī)律永遠是那些可能被我們忽視的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

目前有許多電廠也在積極規(guī)劃和實施數(shù)據(jù)中心項目，但有一種現(xiàn)象值得關(guān)注和探討，數(shù)據(jù)中心項目中在拼傳輸速度、檢索速度，傳輸速度達到秒級，檢索速度達到8s檢索10億條特征數(shù)據(jù)，而且，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)基本是時域空間的數(shù)據(jù)，是管理數(shù)據(jù)，是歷史數(shù)據(jù)，水電站的設(shè)備狀態(tài)是一個從量變到質(zhì)變的漸變過程，該過程可能是數(shù)月、數(shù)年甚至數(shù)十年，海量的秒級的時域數(shù)據(jù)對設(shè)備生命周期而言太細，而對于需要瞬態(tài)分析的，如過渡過程、振動分析、接力器調(diào)節(jié)過程分析又太粗，而且沒有頻域空間數(shù)據(jù)。一個水電站系統(tǒng)，實質(zhì)上是由設(shè)備硬件系統(tǒng)（主機、輔機等）、自動化系統(tǒng)（計算機監(jiān)控、保護、電源）、信息化系統(tǒng)（OA、MIS、資產(chǎn)管理、水情等）組成。自動化系統(tǒng)主要是對主機、輔機的信號采集、傳輸、控制和保護，信息化主要是數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)應(yīng)用，過度地追求傳輸速度、檢索速度，會忽略我們采集數(shù)據(jù)的目的，又陷入硬件的比拼，忽視應(yīng)用功能的規(guī)劃、梳理和實施，故我們的數(shù)據(jù)中心：服務(wù)器部署于電信數(shù)據(jù)中心，每5min帶時間戳抓取電廠數(shù)據(jù)，滿足實際工程應(yīng)用的需要。

3.2 系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

3.2.1 計算機IT

面向服務(wù)（SOA）架構(gòu)是一種業(yè)務(wù)驅(qū)動的IT架構(gòu)方式，將應(yīng)用系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和展示層，支持對業(yè)務(wù)進行整合，使其成為一種相互聯(lián)系，可重用的業(yè)務(wù)任務(wù)或者服務(wù)。SOA能夠幫助企業(yè)提高業(yè)務(wù)流程的靈活性，增強企業(yè)底層的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，并重用現(xiàn)有投資。系統(tǒng)采用角色、密碼登陸，可根據(jù)不同的電廠、崗位等，實現(xiàn)信息屏蔽、數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)互動。

SOA的實現(xiàn)：系統(tǒng)管理員可根據(jù)要求在系統(tǒng)運行中增加新開發(fā)的業(yè)務(wù)和減少要剔出的業(yè)務(wù)、增減人員、變更人員權(quán)限，不影響其他的業(yè)務(wù)界面，保持系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性。

3.2.2 人工智能算法

人工智能分為強人工智能和弱人工智能，強人工智能觀點認為有可能制造出真正能推理（Reasoning）和解決問題（Problem_solving）的智能機器，并且，這樣的智能機器將被認為是有知覺的，有自我意識的，目前，強人工智能的研究處于停滯不前的狀態(tài)，全世界最先進的強人工智能智力水平能達到5歲兒童的智力。弱人工智能觀點認為不可能制造出能真正地推理（Reasoning）和解決問題（Problem_solving）的智能機器，這些機器只不過看起來像是智能的，但是并不真正擁有智能，也不會有自主意識。主流科研集中在弱人工智能上，并且這一研究領(lǐng)域已經(jīng)取得可觀的成就，本系統(tǒng)就是基于專家系統(tǒng)的弱人工智能系統(tǒng)。

目前，人工智能領(lǐng)域熱衷于單一算法的研究，應(yīng)用也較為單一，而水電站系統(tǒng)為油、水、氣、機、電耦合的復(fù)雜巨系統(tǒng)，任何單一的算法都無法取得滿意的效果，水電站綜合管理平臺涉及水輪機、發(fā)電機、調(diào)速器、閥門、勵磁、氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)和操作人員等多個系統(tǒng)，是多主體計算，是大數(shù)據(jù)的大融合，同時，也是現(xiàn)有人工智能研究成果的大融合，由于是多主體，故采用分布式人工智能，各主體間協(xié)調(diào)、協(xié)作，為多領(lǐng)域知識多處理范型智能系統(tǒng)。基于多專業(yè)、多學(xué)科的專家系統(tǒng)程序包和工程經(jīng)驗，同時要考慮采集過程中信號數(shù)據(jù)的擾動，實現(xiàn)真值維護。系統(tǒng)采用模擬人類思維的產(chǎn)生式系統(tǒng)，實現(xiàn)約束傳遞，通過真值維護，實現(xiàn)智能回朔。對采集量進行濾波、降噪，用歐拉法解決數(shù)據(jù)的并行問題，用拉格朗日法解決數(shù)據(jù)的串行問題，充分考慮實時數(shù)據(jù)的并發(fā)特性，進行大數(shù)據(jù)處理。通過大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)歸納學(xué)習(xí)、統(tǒng)計學(xué)習(xí)，通過操作人員的處理問題方式，實現(xiàn)強化學(xué)習(xí)。對水電站系統(tǒng)進行不同尺度的有限元化，用知識系統(tǒng)對各有限元進行規(guī)則關(guān)聯(lián)，尊重事實，用數(shù)據(jù)說話，推崇知識和理性，用數(shù)據(jù)創(chuàng)新，給數(shù)據(jù)以生命，給系統(tǒng)以智能。

平臺的核心在于真值維護。

平臺的關(guān)鍵在于知識提取。

3.2.3 業(yè)務(wù)實現(xiàn)

在SOA構(gòu)架下，在油、水、氣、機、電統(tǒng)一視覺下，對水電站常規(guī)業(yè)務(wù)進行梳理，以安全生產(chǎn)管理制度和崗位職能為主線，對水電站管理系統(tǒng)進行共性提取和個性細化。

主要業(yè)務(wù)內(nèi)容：系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)中心、運行管理、梯級調(diào)度與優(yōu)化運行、檢修管理、設(shè)備技術(shù)管理、報表系統(tǒng)等。

3.2.4 商務(wù)模式

傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是作為商品來賣的，而通過幾十年的軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，單純作為商品來賣的軟件系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)幾乎都走到窮途末路，原因很簡單，隨著硬件技術(shù)的進步，需求的變化，客戶在支付巨額的軟、硬件維護、管理、升級的費用后，還得配備相應(yīng)的計算機系統(tǒng)管理人員，這讓客戶很難接受。而軟件的本質(zhì)就是要不斷地升級、維護，否則軟件就會喪失先進性，如何解決這個難題，我們采用的是SAAS（Software-as-a-service），將軟件的“所有權(quán)”從客戶轉(zhuǎn)移至供應(yīng)商；將技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施和管理等方面（如硬件與專業(yè)服務(wù)）的責任從客戶重新分配給供應(yīng)商；在大數(shù)據(jù)的支撐下，通過專業(yè)化和規(guī)模經(jīng)濟降低提供軟件服務(wù)的成本；針對特征化的水電站個體做長期的技術(shù)支持、服務(wù)和咨詢工作，SAAS模式更關(guān)注軟件作為服務(wù)給企業(yè)所創(chuàng)造的經(jīng)濟利潤，在這種模式下，如何積極主動地為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，是軟件企業(yè)的根本。

本平臺項目不是傳統(tǒng)意義上的賣產(chǎn)品、賣系統(tǒng)、賣軟件，而是在計算機軟件供應(yīng)商和電站資深專業(yè)技術(shù)人員共同努力下，提供精深的水電專業(yè)運營、管理、服務(wù)平臺，是基于大數(shù)據(jù)、云計算的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，是一種永續(xù)發(fā)展、永續(xù)完善和永續(xù)服務(wù)的商務(wù)模式。

4 結(jié)論

中國水電經(jīng)過改革開放30多年的建設(shè)發(fā)展，特別是2005~2007年的井噴式建設(shè)，目前水電廠開發(fā)建設(shè)已經(jīng)進入飽和期，根據(jù)水電行業(yè)現(xiàn)狀和西方成熟水電的發(fā)展規(guī)律，中國水電已進入運維時代。下一步面臨的是設(shè)備的運行、維護與技術(shù)提升的需求。

自動化系統(tǒng)的目標是使電站更“強壯”，而信息化系統(tǒng)的目標是使電站更“智慧”

我們的目標是推動水電產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的開放共享，構(gòu)建面向領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)開放平臺，通過大數(shù)據(jù)激發(fā)平臺參與者的創(chuàng)造性，讓注冊會員和注冊專家的智慧在保證數(shù)據(jù)安全和知識產(chǎn)權(quán)的前提下，自主推動平臺的永續(xù)發(fā)展，提升行業(yè)運行效率。

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F426

A

1672-5387（2017）05-0088-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.05.022

2016-09-12

李 沛（1966-），男，高級工程師，從事水利機械及水電站信息化工作。