水電廠數據平臺系統研究與應用

靳 帥， 劉 國 云

(1.國能大渡河枕頭壩發電有限公司，四川 樂山 614700 ；2.南京南瑞水利水電科技有限公司，江蘇 南京 210003)

1 概 述

目前水電廠已完成各個業務系統的建設工作，擁有成熟且能夠保證其安全穩定運行的多套業務系統,能合理地完成電廠的重要生產生活工作，保障電廠生產生活的穩定運行[1]。但在實際應用中仍然存在一定問題，主要表現在：各業務系統互相獨立，相互之間很少有業務交集，因此電廠的業務人員很難第一時間獲取各系統的數據，甚至存在數據無法取出的情況，這對現場進行數據分析工作造成了較大的影響。各業務系統功能相對單一，都是定制化軟件，很難提供一個擴展性好的平臺來進行智能分析工作，不利于電廠智能化的提升。電廠需進行信息化建設，需要獲取各個業務系統中的數據，并以這些數據為基礎進行數據展示、數據分析，以便對電廠生產生活提供技術支撐。

數據平臺系統是以數字化、信息化、標準化為基礎，整合生產業務流程，優化管理模式，提高業務流轉和處理效率，實現設備與人、設備與設備之間的友好互動，降低設備對人的依賴，對水電站集中運行管理的全景數據、業務協同、智能決策，推動水電廠管理創新。

通過建立數據平臺系統，對生產數據進行充分挖掘，利用數據建模，使用成熟完善的數據統計模型，對實時生產數據進行統計、報警和存儲，解放現場運行值班工作。利用大數據分析軟件和策略，對歷史數據進行分析和處理，實現運行維護工作所需生產報表自動生成，設備運行趨勢自動分析，設備運行智能預警和預判，建立狀態檢修中心，并采用電話、短信方式通知運行維護人員，獲取處理故障的專家診斷意見，減少運行維護人員工作量，提高設備運行可靠性。數據平臺將對全廠自動化系統數據重新進行整合，形成電廠大數據存儲中心。對各子系統實時數據進行抽取、傳輸、加工、統計、存儲，形成廠級“準實時”數據中心，從而為各級生產管理和數據分析提供數據基礎，為設備運行趨勢分析和設備檢修維護決策提供支持[2]。

2 數據平臺系統設計與功能

系統的總體結構是以數據交互平臺為核心，可靠的光纖傳輸網絡為主干架構，現地自動化系統為基礎，面向服務的智能化分布式結構。在此基礎之上，實現各個站端智能應用。

2.1 系統結構

根據電力監控系統安全防護規定，數據交互平臺采用橫向分區的體系結構，分為生產控制大區和管理信息大區，兩個大區之間采用物理正向隔離裝置進行隔離。其中，生產控制大區分為安全Ⅰ區和安全Ⅱ區，兩個區之間采用硬件防火墻隔離。在Ⅰ區部署1臺輔助通信服務器用于獲取監控系統及其他Ⅰ區數據，并具有串口接入其他系統數據能力，在匯集數據同時實現該區的聯動功能。在Ⅱ區部署通信務器等設備，獲取繼電保護及故障錄波和電能采集管理系統等Ⅱ區信息，并向Ⅲ區轉發計算機監控系統及相關系統數據。將在Ⅲ區部署通信服務器獲取工業電視系統、門禁系統等信息，以及獲取的Ⅱ區和Ⅰ區數據信息進行數據格式上的規整、統一后，實現數據交互，為數據交互平臺數據匯聚后智能聯動等信息處理提供集中、統一、規范的數據源(圖1)。

圖1 數據平臺系統典型網絡結構圖

2.2 主要功能

數據平臺建設主要包括數據采集模塊、基礎支撐服務與應用、多系統聯動平臺、智能報警平臺、智能報表應用、高級應用、大數據分析平臺等內容。

(1)數據采集模塊。建立電廠數據接入模型，采用通用的標準接口實現對各種不同類型數據的獲取，實現系統與各子系統(或裝置)的信息交換與共享。在此期間進行數據ETL工作，通過數據清洗、轉換、集成工作，依據實際運行情況實時變換直至穩定工作，為后續數據處理提供有效數據。

(2)基礎支撐服務與應用。建立智能化基礎平臺，為各類業務提供基礎應用服務組件管理與發布服務，為后續業務功能開發提供一個基礎穩定的軟件平臺。

(3)多系統聯動平臺。通過預定義聯動模式、聯動策略來實現符合日常操作習慣及電力安全生產規范的一套流程，并通過相互之間標準規范的消息通信完成整個聯動過程。

(4)智能報警平臺。通過數據組態，以實時數據為基礎，實現報警精確定位及簡化報警內容；接收并發送其他業務系統的報警內容；以歷史數據接口和實時數據接口為基礎，根據設備長期運行的特征數據和相關運行經驗，建立報警模型。通過建立符合電站設備運行狀況的特征抽取方法，剔除干擾數據，判斷特征趨勢，實現設備運行工況的趨勢報警。

(5)智能報表系統。依托電廠實際生產運行需求，開發可組態的報表編輯軟件，提供豐富函數表達式的組態工具，表達式中支持常量，常用條件運算，常用數學函數，能夠查詢到指定時間段內的所有相同工況，并將報表發布到web等常用工具上做實時查詢。同時提供定時生成功能，定時生成運行報表上報管理單位，減少運維工作[3]。

(6)大數據分析平臺。通過大數據分析技術，提升電力負荷、洪水、旱澇災害等的預測；通過大數據并行計算、模式識別等技術掌握工程現場的安全隱患；通過流式計算、可視化和并行處理等技術提升業務關聯分析能力。

(7)通用設備趨勢報警。設備狀態預警，同時以歷史數據接口和實時數據接口為基礎，根據設備長期運行的特征數據和相關運行經驗，建立報警模型。通過建立符合電站設備運行狀況的特征抽取方法，剔除干擾數據，判斷特征趨勢，實現設備運行工況的趨勢報警。趨勢報警包括變化趨勢報警、穩態分布特征提取、啟停頻率告警燈。

(8)高級應用。平臺數據通過Web方式進行展示，可將采集的各系統數據進行數據查詢展示，包括生產數據、非生產數據、分析結論查詢等。平臺APP使用移動終端，可進行信息查詢，包括生產信息查詢(電站、機組運行指標實時瀏覽)、故障預警推送等[4]。

3 應用領域與推廣前景

通過數據平臺的建設，完成電站各業務系統數據的接入、匯集、存儲，進行數據查詢展示。依托電廠實際生產運行需求，將數據進行整理配置，自動生成需要的生產運行報表，簡化電廠日常生產工作，釋放并提高現場生產力。依托于數據中心進行系統間的聯動控制，提升電廠智能化水平。通過數據分析等大數據技術，為電廠決策與預警提供理論依據，并通過APP等方式推送至管控人員，達到對電廠的全方位監控。平臺通過web等方式，依據不同使用習慣將信息分門別類顯示，簡化并提升生產運行效率，最終達到電廠信息化和智能化的提升，為電廠生產生活提供技術支撐[5]。數據平臺的建設，對于我國電站優化調度管理工作，提高工作效率及處理響應速度，都具有十分重要的意義。

4 結 語

水電廠數據平臺系統的建設及應用可有效打破信息傳輸孤島，實現全站所有生產數據的整合及應用，滿足了“智慧電廠”建設的要求。隨著大數據、云計算等技術的發展，在此基礎上對采集的數據進一步挖掘和分析，通過對設備運行數據進行智能分析及報警，全面感知電廠生產運行狀態，實現設備運行狀態趨勢分析與評估，并對故障、缺陷處理指導與工作流閉環處理。同時，輔助指導故障診斷與處理，將是數據平臺系統進一步擴展應用的研究方向，值得水電廠技術人員和相關研發人員開展更多的工作。