華北油田電網電力大數據平臺建設與應用方案研討

(華北油田管理局有限公司電力分公司，河北任丘，062552)

引言

面對信息社會的機遇和挑戰，華北油田提出了“充分依托先進信息技術，全面加快數字化油田和數字化礦區建設”部署，提出實現“信息傳輸網絡化、數據資源共享化、生產過程自動化、經營管理協同化、決策分析智能化”的建設目標。基于此，電力分公司提出了應用數據管理技術，對分公司三大系統——電力調度自動化系統(SCADA)、電力生產管理信息系統(PMS)和電能量計量系統(包含遠程抄表系統)的數據進行融合與集成，研究、構建華油電網大數據平臺。

1 華北油田電網數據信息現狀

隨著華北油田電網不斷改造，電網自動化程度不斷提高，近幾年電力分公司正在努力把45座變電站全部實現無人值守和集控化管理，現已有近30座變電站實現了無人值守和集控化管理，實現了動態檢修模式，這得益于電網信息化的高速發展。目前電力分公司電網信息數據主要來源于三套系統：調度自動化系統，電力生產管理信息系統，電能量計量系統，這三套系統各自相對獨立。

1.1 調度自動化系統

調度自動化系統采用的是東方電子DF8003S系統，主要采集所管轄的變電站一、二次設備運行信息以及變電站的綜合業務信息，包括遙信、遙測、遙控以及遙調、視頻信息，變電站的安防、消防報警等信息，這些信息是動態的、實時的，構成了電網的調度管理重要數據信息，如設備實時運行狀態、電壓穩定性、供電量等，實時反映電網的運行情況。同時，又在華油數據中心建立了調度數據云，將調度數據信息實時存儲到調度云上，為大數據建設及應用奠定了數據基礎。

1.2 電力生產管理信息系統(PMS)

PMS系統根據電網運行管理需求，采集設備的靜態屬性信息以及運行維管信息，設備涵蓋了油田電網變電、輸電、配電的所有可監控的設備。變電設備信息包含一次設備、二次設備以及輔助系統設備信息；輸配電設施信息包含導線、電纜、桿塔以及光纜等設備信息。靜態屬性信息采集了設備的規格型號、投產日期、全景地圖等；運行信息采集了設備的試驗、檢修、保護定值以及缺陷管理、調度日志、電網作業計劃等電網運行管理信息等。這些信息為電網運行分析、管理與決策提供了數據、技術支撐。

1.3 電能量計量系統

電能量管理系統主要采集所有用于貿易結算和考核分析的電能表運行數據信息，目前華油電網已經實現了1753個計量點(包括922個貿易結算的計費點、831個考核電力系統技術經濟指標的參考計量點)的信息采集，實現了用電信息的“全覆蓋、全采集、全監控”。實現電量統計、多級線損分析、負荷曲線分析、用電異常監測(防竊電)、最大需量、電能質量監測、各相電壓、電流、功率因數、電壓越限、電壓合格率、供電可靠性等遠程抄表及運行工況監視等功能。

2 華北油田電網大數據平臺建設方案

2.1 平臺建設目標

根據華油電網運行、生產、管理實際情況，在繼承現有數據信息建設成果基礎上，規劃華油電網大數據建設路線，設計并構建國內領先的電力系統大數據平臺，為華北油田電力持續建設提供完整、必要的數據支持。

平臺建設總體目標：規劃大數據平臺統一架構，實現信息系統全覆蓋、業務數據全接入、數據接入自動化、數據校驗自動化，同時支撐深入分析功能。

統一架構規劃：基于大數據平臺建設總體目標及未來發展趨勢，完整規劃華油電網大數據建設總體架構，形成滿足運行管理、運營分析及應用、數據接入與管理的統一架構。

大數據信息系統全覆蓋是指涉及到調度運行、生產管理、計量與營銷三大系統信息的整合，基本涵蓋電網的全部信息。業務數據全接入是將所需接入信息系統的明細數據、指標數據按需、逐步接入至大數據平臺，作為后續分析及應用的數據基礎。數據接入自動化是按照數據分類及接入量，選取不同的數據接入技術手段，自動接入數據，無需人工干預。數據校驗自動化是在數據接入的各個環節，實現對數據完整性、準確性、一致性的自動校驗，確保數據接入質量。

2.2 平臺建設架構設計

2.2.1 建設策略

大數據平臺的建設是一個長期的系統性的工程，在建設過程中，需要采取如下策略。

(1)整體規劃、標準設計

在全面分析調研的基礎上，設計規劃華油電網運行管理的所有業務，整理出所有監控指標及業務活動，實現三大系統資源的有效利用和運營行為可控、能控、在控，實現核心運營指標的動態評價和經營管理的持續改進，保障華油電網大數據信息系統建設達到相關管理要求。

(2)統籌安排、整體推進

按照先設計后實施的方式進行，根據設計組織專家進行封閉標設，標設的主要內容是理出重要經營活動列表、主要業務流程(包含業務流、業務監控點)、主要經濟運行指標(指標項、指標數據流)、典型場景等內容，根據標設成果組織分期建設，確保整個系統建設工作有序推進。

(3)充分借鑒、成果復用

平臺建設過程中，應先實現一套系統(如：電網調度自動化系統)的接入并將成功經驗進行復用，在后續的平臺建設中可以統一參照編碼規范，復用數據處理邏輯。

2.2.2 平臺總體架構

華油電網大數據平臺應以現有三大數據系統為基礎，圍繞著“接數、管數、用數”，搭建起來的支撐電力分公司業務開展、促進業務融合和數據共享、提升決策支持水平的信息化綜合應用平臺。

華油電網大數據平臺在架構設計過程中，遵循“業務驅動”的設計原則，通過對數據共享、業務融合、決策支持等業務的架構分析，推演出應用架構設計和數據架構設計，再結合應用架構和數據架構的要求進行技術架構設計，從而形成華油電網大數據完整架構體系，保證系統對業務的有效支撐。平臺建設整體架構如圖1所示：

具體來說，平臺的業務架構從業務角度對電網運行、營銷、調度核心業務進行細化、抽象、歸納、總結，形成整體業務能力視圖，為應用架構和數據架構提供關鍵輸入；應用架構基于業務架構，從系統應用功能的角度定義應用功能、應用劃分和應用分布，形成華油電網大數據平臺整體應用架構藍圖；數據架構基于業務架構和應用架構，從系統數據支撐的角度對數據模型、數據分類、數據存儲、數據流轉等方面進行規劃設計；技術架構基于應用架構和數據架構，從系統技術實現的角度定義各類系統組件、集成關系、部署方式和系統安全防護體系。

3 華北油田電網大數據平臺建設實施路線

由電力分公司組織建設，各業務部門、相關咨詢及實施廠商協同配合，率先開展電力系統大數據需求分析、總體規劃、數據接入設計與實施、數據質量校驗，在此基礎上，逐步開展重點專題分析、大數據挖掘，同步完善管理規范、保障機制等工作，分階段分步驟完成大數據平臺的整體建設。

基于總體工作目標，具體劃分出三個階段逐步推進。第一個階段：大數據平臺基礎搭建與數據全面接入及校驗；第二個階段：大數據深化應用和深度融合；第三個階段：全面提升和支撐戰略。大數據平臺建設整體實施路線圖如圖2所示。

第一階段(基礎搭建與全面接入)：包括總體架構設計、數據架構設計、數據接入、數據質量校驗、前端分析應用功能初步構建，充分調研并理解分公司電力系統大數據的建設期望及具體要求，設計大數據平臺總體架構，規劃大數據平臺總體架構藍圖，指導后續階段各環節任務的穩步實施。

第二階段(深化應用和深度融合)：全部業務系統數據接入、數據分析能力基本建成、數據接入及質量校驗自動化管理功能實現。

第三階段(全面提升和戰略支持)：形成統一全面的數據資產管理環境，實現所有數據質量的不斷提升。全面支撐電網運營分析、模擬預測等應用，全面支撐支撐分公司的戰略決策。

3.1 第一階段實施內容

3.1.1 大數據平臺搭建

平臺搭建首先完成數據的存儲，存儲架構分四個層級搭建，如圖3所示。

數據倉庫數據區分為STG數據臨時存儲區、ODS歷史數據區、DW數據倉庫區、DM數據集市區，在ODS區中存儲業務源明細數據、明細數據、指標數據。指標數據直接提供日常業務的數據支撐。數據倉庫按照模型保存ODS區的模型明細數據，同時進行部分數據的輕度匯總，為分析主題提供應用。ODS指標數據進行數據歸檔形成指標歷史數據。按照專題數據分析的建設技術路線，數據倉庫保存企業長期歷史數據。數據集市根據不同的分析主題，建立不同主題的數據集市，形成高度匯總的分析主題數據以及指標分析數據，為提供主題分析模型數據。

3.1.2 開展數據梳理和接入工作，數據采集流程如圖4所示

EDW中數據流向：Source—>STG —>ODS —>DW —>DM—>應用

STG主要為了加快從業務系統取數，減輕業務系統的負載，DW層除了包括各個主題的內容外還有一個維表的內容(DWDIM)，所以在ETL過程中，會先進行DWDIM模塊內容的裝載，然后再進行各主題內容的裝載。

選擇調度、生產管理、計量營銷等相關專業系統，梳理分析所需數據，開展數據接入工作。以分析業務需求為抓手，梳理電力體系內生產管理、計量營銷、調度分析應用涉及的相關指標與業務數據的關聯計算邏輯，并基于前端分析應用要求進行指標輕度、高度匯總數據計算與存儲，支撐電力數據應用的鉆取查詢、穿透查詢，輔助進行運營數據的分析，支撐電力分公司業務向“精細化、縱深化”發展。

3.1.3 第一階段功能實現

(1)綜合分析與計劃統計

綜合分析與計劃統計為分公司高層領導以及發展策劃人員提供基于企業全局視角的綜合業務信息視圖(包括生產運行、經營狀況、營銷)。高層領導通過查看這些高度匯總的運營指標能夠全面掌握企業生產狀況與運營洞察，并以此制定宏觀發展策略，同時還能通過數據倉庫內的細粒度數據對其關心的問題進行深入了解與分析。這類數據分析應用將為生產計劃人員制定分公司生產計劃提供有力地數據基礎。

(2)生產運行

生產運行分析主要包括用電分類分析，電網負荷特性分析，電力供需形勢和平衡情況分析等等。

用電分類從時間、單位、類別、口徑等方面分析用戶個數、用戶用電裝接容量、用電量，從而考察華北油田用電情況、用電結構變化情況以及影響電量增長的主要原因。電網負荷特性分析從時間、單位等方面分析各單位的最高供電負荷值、最高用電負荷、平均用電負荷率、日最大峰谷差率、峰谷差率最大日的最大用電負荷、最大日用電量等指標值，從而考察電網的負荷特性，有利于有效和充分的利用電網，調節電網的壓力。電網運行情況從時間、單位等方面分析變電設備容量、受阻容量、空閑容量等指標值，從而考察電網運行情況，有利于有效和充分的利用電網，調節電網的壓力。用電平衡情況分析 從時間、單位、收入電量構成和支出電量構成等方面分析電量情況，從而考察用電平衡情況。

(3)經營狀況

經營狀況主要是分析：售電量、售電類別構成及變化情況，市場占有率及其影響因素，增供擴銷的措施和效果；購電量、購電來源及分類等；購電單價、售電單價、輸配電價及其變化；電費回收情況，包括電費回收指標完成情況，欠費的原因、存在的困難和問題。

3.2 第二階段實施內容

3.2.1 完善大數據平臺建設

(1)數據補充接入

遵從平臺架構設計理論的基礎上，結合一期建設的實際情況，梳理數據分析需求，進一步優化及擴展數據模型，統一數據編碼，實現數據的全過程存儲、管理和應用。

(2)數據治理

數據治理工作從數據梳理、數據管理、數據質量、數據應用四方面開展，通過深入數據溯源分析、理順數據管理機制、提升數據質量和強化數據應用等一系列措施，有力提升電網大數據平臺的數據質量。

3.2.2 輔助決策系統分析

(1)建設大運行體系

適應油田電力企業發展實際，體現電力生產的基本特點和技術水平，以提升電網運行績效為目標，堅持集約化、扁平化、專業化方向，整合華油電網調度運行與設備運行相關業務，調整調度體系功能結構，變革組織架構、創新管理方式、優化業務流程，構筑電網新型運行體系。按不同電壓等級的變電站劃分，將變電設備運行集中監控、輸變電設備狀態在線監測與分析業務納入相應調度機構統一管理，實現調度的調控一體化運作。

(2)建設大檢修體系

該階段建成華油電力分公司“五化、五統一”(機構扁平化、資源集約化、運維一體化、檢修專業化、管理精益化和統一制度標準、統一業務流程、統一信息平臺、統一績效考評、統一資源調配)的“大檢修”體系。

(3)建設大營銷體系

適應營銷發展新形勢，以客戶和市場為中心，堅持集約化、扁平化、專業化方向，進一步創新管理模式，變革組織架構，優化業務流程，建成“客戶導向型、業務集約化、管理專業化、機構扁平化、服務一體化”的推進 “一口對外”的高效協同服務機制建設。建立24小時面向客戶的統一供電服務體系，形成業務過程管控、服務實時響應的高效運作機制，持續提升供電服務能力、市場拓展能力和業務管控能力，提高營銷經營業績和客戶服務水平。

(4)建設智能配網

開展智能配網建設，對配網主營業務流、信息流、電力流實行綜合監測、分析和診斷，發現配網實際工作中存在的異動和問題，及時警示并協調解決， 充分運用智能分析(Smart Analytics)和信息化技術，協助有效進行配網管理。

3.3 第三階段實施內容

3.3.1 強化數據治理，數據采集

(1)應用的深化與完善

持續消除業務應用平臺、系統、版本的異構，為實現監測分析對業務應用的穿透提供便利。進一步梳理端到端業務流程并在系統中加以固化，實現跨業務流程標準化。

(2)強化數據治理，加大信息共享

結合大數據平臺的數據接入和處理需求，推動各專業、各單位進一步加大開放數據資源，納入共享存放區，豐富公共數據資源池數據。

在完善生產管理、調度、計量營銷等數據的基礎上推進人資、ERP等業務系統數據接入；進一步完善各類標準規范編碼，實現跨業務數據標準的一致。各部門明確數據質量責任，開展數據清查治理，確保數據提供及時、完整、準確。

3.3.2 開展專題分析

專題分析是以關系企業整體運營的相關專題為重點，以問題分析為導向，以大數據挖掘為手段，把握“決策層關注、管理層需要協同”的熱點、難點和專業盲點問題，建立分析模型，研發在線分析工具，按需開展有針對性、系統性的分析與評價，反映分公司運營、發展、競爭和風險管控等方面的狀態和效率，形成有價值的分析成果，服務于企業整體效益與專業管理提升。

以“實用、實效”為目標的專題分析工作,要求根據不同問題特點和專業協同的實際需求，充分挖掘真實運營數據，建立具有普適意義的分析模型，提出有實用價值、可操作性強的對策建議，力促問題解決取得實效，并進一步為研發在線監測、分析模型提出需求建議。

(1)開展基于電能質量的專題分析

電能質量專題分析的總體目標是建立一個穩定、高效、靈活的數據專題分析，使管理者能夠及時、準確地監測和分析電網運行過程中出現的電能質量問題。一方面通過評價指標了解電能質量的整體狀況，另一方面通過基礎指標精準定位問題、排查故障。

電能質量專題分析專題通過對供電可靠率、輸變電系統可靠率、電網電壓合格率和電網頻率合格率這四個指標的監測監控和綜合分析評價反映了電網電壓、電網頻率的變化情況和供電停電、輸變電停電的發生情況。

(2)設備服役年限、維修成本及使用壽命專題分析

通過設備服役年限、維修成本分析，定位問題，有助于發現設備運檢可提升點，提高運檢可靠性，保障業務執行的平衡有序開展，最終從整體上優化和提升企業運檢管理；有助于加強跨部門業務的溝通與協調，促進跨部門業務的協同，提升部門間的工作效率；有助于加強設備資產全壽命周期管理，進一步提升設備從安裝跟蹤、維護管理、報廢出讓過程的協調性與緊密度。

(3)開展基于營銷的專題分析

客戶洞察與管理優化分析:通過在線監測展示不同類別客戶的行為信息，分析分公司對不同客戶提供服務的效率和效果，促進企業運營從“以業務為中心”逐漸地轉變為“以客戶需求為中心”，支撐資源優化配置，強化“從事后應對，到事前預防”的客戶服務風險防范理念。首先，通過對指標的多種圖形在線綜合展示企業客戶分群建模、客戶服務改進機會點，以及甄別優先改進客戶群體等信息。將客戶分為高風險活躍性大用戶、高風險普通用戶、活躍型普通用戶、沉默型用戶和潛力型用戶等。其次，針對用戶類別，進行用戶欠費和追繳分析，定位欠費金額高、欠費次數多的用戶，并針對用戶特點實施管理提升方案；在線統計客戶提出服務請求次數以及滿意程度，重點關注客戶滿意度低的客戶群體并根據其服務次數制定管理優化措施；在線監測前幾家最大客戶占其總銷售收入的比例，比例過高表明對大客戶的依賴過重，比例過低表明缺乏核心客戶，對過高或過低水平監測預警。最后，通過分類監測不同客戶行為特征，掌握減容銷戶及業擴新增的趨勢特征，為服務提供資源優化配置及新業務推廣提供支撐。

電費抄核收專題分析:電費抄核收運營活動是企業向用戶提供電力產品、電力服務后，通過抄表、收入核算和電費回收等業務，最終從客戶處獲取實際經濟價值的過程。電費抄核收管理對企業運營最終經濟效益的實現有著重要的作用。以企業抄核收管理為切入點，呈現企業當前電量、電費收入的實際運營狀況，按照管理績效和重點流程兩個層級，分析抄表、核算、電費收取的效益、效率、質量等水平，發現運營問題，促進抄核收業務的管理水平，提升企業經濟效益。

重點大客戶負荷特性專題分析:重點大客戶負荷特性專題分析基于對電網企業重點大客戶的負荷特性的特點，旨在為企業重點大客戶提供個性化的電力產品以及電力服務。通過對大客戶的負荷特性曲線進行聚類分析，掌握不同行業大客戶的用電行為習慣，基于分類對企業移峰填谷潛力以及峰谷電價的敏感度分析，為企業差異化營銷服務的制定奠定基礎，同時從電網企業需求平衡的角度，引導、改變客戶的用電行為，保障華油電網供電的穩定性。

4 華北油田電網大數據應用前景

電網大數據建設是一個持續發展的過程，隨著華油數字化油田建設，電網智能化的發展， 將電力大數據同企業管理、經濟效益發展、增值服務挖掘等應用價值以及企業未來發展緊密結合是大數據建設的方向。