基于智慧企业管理的水电站数据中心设计探讨

彭 放，朱传古

（1.国电大渡河大岗山水电开发有限公司，四川 雅安625409；2.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），江苏 南京211106）

0 引言

基于“大数据”和“智能分析技术”构建信息决策“大脑”已成为目前国内先进发电企业的“智慧企业”发展目标。“大数据”与“互联网+”的发展思路已逐渐深入到发电能源企业的管理思维中，如何全面地采集数据、深入地挖掘数据，最终通过对数据的精准应用实现企业的智慧化管理，已成为目前智慧企业、智慧电厂研究的重点方向。

1 数据中心的基本概念

在电站侧采用云存储技术或者常规存储技术，按照电力系统二次安全防护管理策略要求，通过运用多种通信方式（例如以太网、串口、总线、无线等）将电站所有设备系统链接在一起，按照设备对象化管理的方式（设备建模）规范采集实时数据信息，同时获取设备管理的静态化信息（例如参数信息、缺陷信息、点检信息等），最终在安全Ⅲ区实现上述数据的集中汇聚与标准化管理，在数据汇聚的基础上实现系统的互联互动与智能应用，我们称之为水电站“数据中心”。大岗山水电站数据中心总体逻辑结构图见图1。大岗山水电站网络拓扑图见图2。

对于流域型发电企业，电站侧数据中心将更侧重于实现全站数据有效汇聚、短期存储和集中上送功能，同时实现电站级生产设备的互联互动与智能告警分析。

2 数据中心的基础功能设计

数据中心可以采用层次化的功能设计，遵循面向服务的软件体系架构，采用分布式的服务组件模式，提供统一的服务容器管理，能较好地满足系统集成和应用不断发展的需要，对数据及软件功能模块进行有效的组织，能为应用系统的运行管理提供全面的支持支撑。数据中心基础功能至少应包含数据采集汇集、对象化模型管理、开放的编程环境以及统一综合信息发布等基础功能模块。

（1）数据采集汇聚

数据采集汇聚模块应能基于统一标准建立电站侧的数据接入模型，建立横跨安全Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区以及本系统与子系统（或装置）之间的数据交换总线，同时提供对外访问的标准接口，从而实现系统与各子系统（或装置）的信息交换与共享。通信方式至少包括以太网点对点通信、串口点对点通信方式、直接访问数据库等。

电站所有的生产实时数据通过分设在安全Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区的采集服务器汇聚到设置于安全Ⅲ区的数据中心。

图1 总体逻辑结构图

图2 电站网络拓扑图

（2）对象化模型管理

设备对象化建模以图、模、库一体化的思想为基础，针对电站设备管理及健康状态等各专业领域所需要的设备建立数据模型，形成稳定、唯一的数据表示和访问路径，构建电站设备管理标准化的模型库。至少支持关系型数据库和XML语言两种方式描述水电站设备数据模型库，以提高模型的灵活性和扩展性。

采用面向对象型数据库或关系型数据库进行数据存储，支持面向对象数据模型和关系模型之间的映射。在XML跨平台载体的支持下，各种异构电厂自动化系统间通过标准接口实现模型的交换与共享。

（3）开放的编程环境

数据中心能提供面向服务的应用接口，提供服务或API接口，支持在此基础上进行二次开发，以满足后续应用系统开发的需求。智慧电厂的许多高级应用和模型分析模块需要不同厂家、不同科研单位的技术专家根据理论算法的不断演进而不断地开发，因此在数据中心建立一个开放通用的编程环境、提供开放的应用接口是必备的基础功能。

（4）信息综合发布

数据中心作为WEB门户与对外信息中心的载体，针对电站实时过程数据和生产管理与决策分析等不同层面的实际需求，实现对分散于各部门（厂站）专业系统的数据进行规范化组织，统一管理，集中加工处理以及系统间数据交互的标准化，并在此基础上提供多种方式的数据展现、报表、分析和维护功能，以及进一步的数据挖掘，最终简化日常海量数据处理工作，为生产运行各个环节以及决策制定提供可靠支持。

利用Web浏览界面，具备对一体化智能管控平台[1]的实时信息集中监视、历史数据查询、运行状况在线分析和在线报警功能；针对生产运行中产生的海量历史数据进行运行分析，主要功能包含散点图分析、相关量分析、趋势分析、偏差分析、最值综合分析等；对数据进行抽取、转换、分析和搜索，抽取出潜在有用信息、模式和趋势开展技术分析，主要功能包含可靠性管理和技术监督分析、最值曲线分析、自动生成报警信息等。

3 基于数据中心的高级应用设计

3.1 系统间智能联动

系统间智能联动是指利用电站数据中心建立多系统联动平台，实现电站安全I区、II区、III区系统间的数据交换和自动互操作。电站现有的各个电力生产系统与管理应用系统来自不同厂家，系统之间相互独立、各有一套自己的数据规范，且系统之间无法互联、互通、互操作，不能实现设备的智能化管理。智能联动建设的前提是在电站侧建立生产数据中心，统一数据标准与规范（逐步推广应用IEC61850协议[2-3]），实现联动策略的统一管理，提供便捷的编程组态环境。智能联动的实现可提高电站安全管理水平，降低人员劳动强度，提高工作效率和经济效益（图 3）。

图3 联动结构示意图

智能联动不是传统意义上的设备与设备之间点对点的互操作，而是通过联动服务器统一调度联动策略、采集各子系统数据和下达联动操作指令，所有联动子系统均通过联动服务接口获取指令。

3.2 设备的对象化建模

数据中心应遵循相关行业标准，实现面向设备对象、具备数据自描述能力的信息建模。基于从实体到模型的思维，将电站生产系统的各种实体设备按其属性和功能抽象为对象模型，建立映射关系，如1号机组对象、检修排水泵设备对象、调速器对象等（表 1）。

表1 某电站1号机组技术供水泵模型数据表

对象化建模具备以下优点：①映射实体对象更加直观，易于理解；②支持复杂的数据属性；③支持复杂的关系定义；④具有动态扩展能力；⑤为各种高级智能应用提供技术支撑。

3.3 智能告警与故障诊断

在现有传统告警设计的基础上，数据中心应具备多业务综合报警及智能告警管理功能，用于统一采集电站报警消息，并能按照预定义的通知策略即时通知到对应的人员，通知方式可采用OnCall、广播指令系统等（图4）。智能告警应至少具备以下功能：

（1）在告警生成端对所有告警记录进行编号，当告警丢失时可查询补传。

（2）按设备对象进行告警组织，可根据设备对象对报警进行查询。

图4 智能告警结构图

（3）可根据机组、设备状态或其他因素，定制告警策略与优先级。

（4）支持短信、手机、声光、邮件、软件界面等多种告警模式。

（5）至少具备如下设备告警记录类型：事件顺序记录、故障及状变记录、参数越限报警与记录、趋势记录与显示、历史过程反演、事故追忆、事故回放及相关量记录、语音报警、电话自动告警及查询、电气设备动作及运行记录、操作记录、运行日志及报表、系统综合信息记录等。

（6）至少具备如下设备智能运行报警功能：设备对象化报警管理、条件工况告警、运行规律分析告警、告警信息指引、告警信息管理以及多样化的报警类型。

（7）具备关联信息自动调取与推送，当告警发生时，可自动调取与该告警关联度较高的设备信息（如运行数据、参数定值、缺陷信息、趋势图），并推送至相关设备管理人员。

3.4 智能分析报表

数据中心应具备智能化、可扩展和可定制的报表引擎，可自动生成各类分析报表并完成部分报表的自动填报和推送，如周报、月报、纵横对标、与完成值对标、企业考评、目标责任制企业考评等统计表，并能灵活编辑和增加各类统计模板，提高报表数据的准确性和生成速度，提升数据统计、挖掘和展示的效率。主要应包含以下功能：

（1）具备不同时间尺度（实时、小时、日等），不同报表格式，不同数据类型，不同展示方式的各类生产数据的统计、对比、校核、修改、查询等功能。

（2）提供具备丰富分析功能的分析控件，例如同比控件、环比控件、对标控件、趋势分析控件、逻辑分析控件等，选择控件后可快速选择关联数据。

（3）提供丰富的图形控件，通过关联数据绘制柱状图、折线图、饼图等常规图形，以及用户要求的定制图形。图形之间可快捷转换而无需重新选择相关数据。图形具有单坐标、双坐标、双纵坐标、多数据等丰富的表现形式（图5）。

图5 图形多样化

（4）可按用户定制的模板自动生成状态报告，报告应能反映机组的动、稳态特性和各监测对象参数运行状态变化。所有报告采用与Excel、Word等标准处理程序兼容的文件格式存储。

4 结束语

近年来电力市场竞争骤然加剧，对电站的生产经营管理水平提出了更高的要求，各电站由目前的成本控制型企业转变为市场型企业、智慧管理型企业的需求更加迫切。通过电站数据中心的建设，优化电站综合生产管理及设备管理，提升电站安全管理能力和应急响应能力，提高设备安全运行管理水平，为实现“智慧电厂”奠定坚实的基础。本文从概念设立、基本功能设计、高级应用功能设计等方面对数据中心的理论研究、系统实施等进行了详细的阐述，为其他电站的数据中心建设提供了参考和示范。