龔嘴水力發電總廠廠站級一體化平臺的設計及應用

國能大渡河流域水電開發有限公司龔嘴水力發電總廠 嚴戴志 熊 飛

關鍵字：一體化數據平臺，智慧企業，電站基礎應用

1 引言

廠站級一體化管控平臺作為智慧電廠建設的基礎配套應用設施，建設及應用的好壞，在一定程度上將直接影響電站后續功能應用落地，進而影響總廠在智慧企業征程上的推進步伐。此次電站一體化平臺的建設路線，充分參考借鑒了業內其他優秀單位的平臺建設思路，結合本廠生產實際，形成了一套涵蓋總體技術架構、關鍵原則、硬件建設、功能開發設計的成套方案，該方案以數字化、信息化、標準化為基礎，通過整合生產業務流程，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，實現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。

2 研究現狀

現階段，我國新建或經改造的水電站普遍實現了“無人值班、少人值守”的模式。具備國際先進水平的監控、保護和監測等自動化系統得到了廣泛的應用[1]。隨著大容量數據計算存儲、高可靠性網絡傳輸、低門檻數學模型操作等成熟軟件技術在電力企業的發展應用，部分人工開展的數據統計分析、表單生成、信息推送等基礎業務已然被逐步替代，傳統電力企業也逐步向智慧企業邁進，對基層電力企業而言，運、維、檢等各項業務的持續創新及自我凈化，也成為推進智慧企業建設的必然趨勢。

3 平臺總體架構

3.1 技術構架

本平臺整體技術架構采用分布式分層式的應用框架規劃，不僅保障平臺具有靈活性、開放性，同時契合工業化數據智能領域中探索式應用開發的真實特點，確保未來更多更豐富的應用接駁到平臺中，形成具有迭代演進能力的工業大中臺體系，并保護早期投資不浪費，建設不重復，存量系統不累贅。

3.2 設計原則

3.2.1 整體規劃、分步實施

平臺規劃之初，充分前瞻考量上級單位的發展規劃路線，綜合現場電站的實際業務需求，按照資源共享和業務協同原則，統一設計各項功能應用。

3.2.2 統一標準、規范設計

在智能應用研制和實施過程中，遵循標準先行的原則，在此基礎上形成系統功能規范。總體設計及相關子模塊設計遵循統一的標準進行規范化設計，形成統一規范標準的設計和應用模式。

3.2.3 綜合考慮、重點發力

立足現場實際情況，充分考慮生產管理和業務管理各個環節的應用需求，根據各個子系統或功能模塊的業務特點和內在聯系，同時劃分各項應用的優先級，確保平臺可瞄準真實業務痛點。

3.2.4 開放通用、實用合理

模塊設計遵循接口統一、界面明晰的原則。降低各模塊之間的耦合度，提高業務應用的聚合度，降低開發和工程實施的難度，在系統研制過程中，應注重實用性，做到實用、易用、好用。

3.3 平臺搭建

平臺的整體搭建分為基礎硬件建設和功能應用兩大部分。

3.3.1 基礎硬件

基礎硬件部分主要采用國內較為成熟的超融合技術，統籌考慮電站實際的數據發生量和總體經濟投入，建設了輻射兩站三地的數據資源池，實現平臺集中化、運維精細化、平臺高可靠、數據高安全的目的。

此前，現場電站的數據流轉均采用服務器加存儲設備的傳統架構承載業務，該模式下，底層服務器存儲設備性能未得到充分利用，而且運行維護人員多而分散，造成管理困難和設備、人員的浪費。同時，底層平臺缺乏可靠的數據及業務保障機制，運維人員缺少對于底層硬件平臺的集中管控和監控能力，一旦發生故障將會導致業務平臺長時間停止運轉和數據丟失。

通過超融合技術，將三地數據中心集中進行超融合改造之后，一方面可提高底層硬件平臺的維護、監控能力，保障底層硬件平臺精細化監控、集中化運維、高效排障；另一方面，可解決目前存在的業務可靠性和數據安全性不足的問題，通過超融合平臺自帶的高可用、備份、副本等機制保障一體化業務平臺穩定運行。此外，通過對底層硬件進行超融合改造后，能夠保障資源的高效利用、按需分配、靈活擴容，符合業界領先理念，能夠滿足公司長期的信息化建設對底層架構的高要求

當前，超融合數據中心共集成了9臺高性能服務器，將計算、網絡、安全和存儲進行全面的融合，CPU 核數多達148個、內存達1152G、儲存容量更高達128T，為后續的數據接入、數據治理、數據開發、智能應用系統部署提供了高性能數據平臺。

圖1

3.3.2 系統數據流轉

系統的數據從流轉形式上大體可分為站內數據和站外數據兩部分，站內數據以監控系統數據為主要來源，通過分布在兩站的采集服務器，集中匯聚到一體化平臺中，按照一定的存儲規則，實現實時數據調用和歷史數據長期留存，其中站內數據屬于典型的時間序列數據，具有發生頻次高、嚴重依賴精準時間、數據測點龐大、信息量存儲需求強烈等特點。站外數據以電量數據、水情數據為典型代表，通過外部接口非實時獲取，數據具有采集的頻次低、準確度要求不高等特點，因此站外數據不參與重要模型輸入，功能主要在于數據基礎展示。

3.3.3 功能應用設計

在平臺的功能應用上，遵循“全面布局、精準實施”的設計思路，在設計之初全面考量電站內各項基礎業務，為后續不同部門、不同員工的個性化需求提供繁殖土壤；同時，充分調研現場最亟待解決的痛點問題，在設備管理部分重點開展建設工作。

平臺應用開發上，總體圍繞“一體、三端、五中心、N+系統”開展具體工作，其中一體為廠站級一體化平臺，三端為業務管理端（運營端、運維端、移動端），五中心為五大賦能中心，分別是模型管理中心、流程管理中心、表單管理中心、消息管理中心以及任務調度中心；N 大子系統為支撐電站運行的各大業務服務子系統，包括基礎服務子系統、綜合管理子系統、應急指揮子系統、智慧經營子系統、設備管理子系統、安全中心子系統等[2]。

4 重點功能介紹

平臺自2020年10月試運行至今，其間開發維護人員持續推動平臺的后續功能優化升級，當前在平臺功能的全面推廣應用上，總體呈現良性發展的趨勢，特別是重點建設的智能設備板塊，在減輕勞動強度、提高作業質量、強化現場管控上等諸多方面發揮出十分顯著的功能優勢。

下文簡單介紹平臺各板塊幾項使用頻次最高的應用功能。

4.1 設備監視

以總廠生產大區的實時監控數據、公司內網電量水情數據為基礎，對多維度的數據進行整合區分，方便總廠生產管理人員快速了解關鍵信息，實現一線設備生產數據的遠端呈現；同時，該板塊還打造了兩站的系統監視圖和廠用電監視圖，可以實時掌握開關、刀閘的分斷狀態以及設備電壓、電流等電氣量信息。

4.2 設備報表

一體化平臺通過獲取的主輔設備的運行狀態數據，結合設備的運行特性，分別建立各個設備或系統的分析模型，可實現機組主輔設備、主變冷卻器、大壩溢流設備等設備狀態數據的實施統計更新，同時借助可視化工具進行友好展示。

4.3 設備報告

基于設備報表的統計分析模型，結合電站實際報告業務需求，定制化報告專用格式，能實現對重要設備的動態參數進行篩選和處理后進行綜合評價分析，并最終自動生成相應的報告，有效替代傳統設備報告的人工統計和分析工作。

4.4 技術通知

該功能通過人工錄入的方式，實現總廠生產管理部門下發的各類通知的集中匯總，并按照時間先后順序進行排序，該板塊提供關鍵字和通知編號搜索等多種方式，便于后期的追溯查詢。

4.5 設備查詢

以一體化平臺數據庫為基礎，通過測點名稱、測點編碼等方式，分時段查詢設備測點信息，支持多測點、多時段的組合查詢方式，查詢信息以折線圖的方式呈現，便于設備的對比分析。

4.6 短信功能

以電量水情數據為基礎，通過短信預置功能，完成短信的格式、參數等內容編輯，以定時任務的方式發送至相關人員的手機，實現重要電量信息、水情信息、值班信息的發送提醒。

4.7 工作督辦

采用流程的工具，將年度工作目標、月度重點工作、月度綜合工作、月度黨群工作、生產計劃管理等任務以獨立項目的方式發送，并在預置提醒日期進行短信提醒，確保任務及時完成，同時將任務完成情況推送至對應部門，形成任務閉環。

5 平臺的優劣對比

本項目在國內水電領域，已有部分單位同步開展了類似的平臺研究及建設，對比同類其他平臺類產品，龔電一體化平臺進行了守正創新，主要有以下幾點優化：

一是平臺在建設之初，在網絡架構、數據存儲、資源共享等方面，充分適配龔電總廠一廠兩站式的管理模式，于2020年完成了沙灣數據中心的建設，采用超融合技術，實現網絡、管理、存儲等資源的共享。

二是在工業化網絡安全防護的基礎上，實現生產數據從生產大區到辦公網絡環境的實時遷移，為銅站“無人電站”模型下的數據分析、生產管理等業務提供更大可能，自2020年驗收投運至今，廠長駕駛艙、設備分析報告及報表、工作票管理、工作督辦、標準化制度等平臺應用得到越來越多員工的支持和認可，逐漸凸顯廠站級數據平臺的功能優勢。

三是平臺持續開展基礎設備升級，不斷優化沙灣數據中心的數據存儲策略，實現兩站生產數據至少10年的數據存儲要求，增加生產現場數據備份服務器及斷點續傳功能，同時對重要生產數據采用災備存儲方式，有效避免極端條件下的數據丟失，確保數據資產安全有效。

四是平臺具備模型搭建、資源共享存儲、數據分析治理等多種功能及工具，已結合職工提出的檢修資料包錄入、生產通知管理等多種“金點子”提案進行功能迭代與優化，有效促進職工利用該平臺開展自我創新和提升。

五是龔電一體化平臺開發的手機APP 端，已嵌入大渡河公司移動平臺APP 業務模塊中，在確保數據安全的基礎上，實現移動式辦公、數據查詢等功能，充分發揮“一體三端”構架優勢，有效提高知識利用率，更方便多樣化的人群使用需求。

6 后續優化方向

持續開展數據治理，強化專家分析模型建設，利用設備診斷分析、狀態監測等手段，做好設備趨勢分析管理。

一是堅持數據治理，深化數據應用。以一體化平臺為發力點，持續開展“兩站三地”的數據治理工作，不斷優化數據傳輸的實時性與準確性，健全數據更新迭代的運行機制，為設備診斷分析、狀態監測提供穩定、有效的數據源。

二是堅持數據分析，強化模型驅動。圍繞一體化前期設備報表報告數據，以模型中心為載體，聚焦生產模型，逐步完善設備趨勢分析結論，促進兩站設備趨勢分析手段多元化、智能化。

持續推進數字化電站建設，通過平臺實現智能報警、智能處理以及故障的自恢復。

一是完善設備監視監測手段，實現設備數字化轉型。針對現場部分無法實現狀態監測、故障診斷的設備，結合檢修技改逐步完善設備監視監測功能。

二是分階段分系統開展各類設備診斷狀態分析系統的建立。結合現場設備檢修技改進程，逐步將人員事后發現處理轉變為系統智能報警。

三是根據現有有效數據，逐步開展針對性分析建模。通過建立各種針對性專家分析模型（如油量綜合分析模型、泵類運行綜合分析模型、設備異常快速判斷分析模型等），逐步實現故障的智能分析報警，并在后期考慮將相關模型判斷結果與應急處置相結合，同步推送處理意見和建議。

建設好應急指揮平臺和應急指揮隊伍，以實現應急處置來適應全新管理模式。

一是多維數據的互通互聯。應急處置需要綜合判斷大量的信息，如監控告警信息、在線監測系統數據、工業電視畫面、火災報警信息等，利用不同來源的數據相互比對，確認真實有效的信息，為應急處置做出正確判斷提供支撐。所以，需要建立位于Ⅲ區的信息管理平臺（一體化平臺），打通各子系統數據壁壘，實現多維數據的互聯互通。

二是建立專家輔助決策模型。對應急處置預案、現場處置方案進行模塊化分解，形成專家處置意見，與監控告警信息進行有效關聯，在事故發生的第一時間推送專家處置意見，輔助應急指揮人員進行應急處置。

7 結語

本文基于一體化平臺建設項目，設計開發了一套涵蓋平臺技術架構、基礎硬件搭建以及功能開發等內容的成套建設方案，并在實際應用中取得良好效果，同時該平臺在基礎數據治理、數據存儲及輸出、數據建模分析等多環節開展了一定研究，在數據資產轉化上取得初步成效，具有一定推廣應用價值。