水电厂数据平台系统研究与应用

靳 帅， 刘 国 云

(1.国能大渡河枕头坝发电有限公司，四川 乐山 614700 ；2.南京南瑞水利水电科技有限公司，江苏 南京 210003)

1 概 述

目前水电厂已完成各个业务系统的建设工作，拥有成熟且能够保证其安全稳定运行的多套业务系统,能合理地完成电厂的重要生产生活工作，保障电厂生产生活的稳定运行[1]。但在实际应用中仍然存在一定问题，主要表现在：各业务系统互相独立，相互之间很少有业务交集，因此电厂的业务人员很难第一时间获取各系统的数据，甚至存在数据无法取出的情况，这对现场进行数据分析工作造成了较大的影响。各业务系统功能相对单一，都是定制化软件，很难提供一个扩展性好的平台来进行智能分析工作，不利于电厂智能化的提升。电厂需进行信息化建设，需要获取各个业务系统中的数据，并以这些数据为基础进行数据展示、数据分析，以便对电厂生产生活提供技术支撑。

数据平台系统是以数字化、信息化、标准化为基础，整合生产业务流程，优化管理模式，提高业务流转和处理效率，实现设备与人、设备与设备之间的友好互动，降低设备对人的依赖，对水电站集中运行管理的全景数据、业务协同、智能决策，推动水电厂管理创新。

通过建立数据平台系统，对生产数据进行充分挖掘，利用数据建模，使用成熟完善的数据统计模型，对实时生产数据进行统计、报警和存储，解放现场运行值班工作。利用大数据分析软件和策略，对历史数据进行分析和处理，实现运行维护工作所需生产报表自动生成，设备运行趋势自动分析，设备运行智能预警和预判，建立状态检修中心，并采用电话、短信方式通知运行维护人员，获取处理故障的专家诊断意见，减少运行维护人员工作量，提高设备运行可靠性。数据平台将对全厂自动化系统数据重新进行整合，形成电厂大数据存储中心。对各子系统实时数据进行抽取、传输、加工、统计、存储，形成厂级“准实时”数据中心，从而为各级生产管理和数据分析提供数据基础，为设备运行趋势分析和设备检修维护决策提供支持[2]。

2 数据平台系统设计与功能

系统的总体结构是以数据交互平台为核心，可靠的光纤传输网络为主干架构，现地自动化系统为基础，面向服务的智能化分布式结构。在此基础之上，实现各个站端智能应用。

2.1 系统结构

根据电力监控系统安全防护规定，数据交互平台采用横向分区的体系结构，分为生产控制大区和管理信息大区，两个大区之间采用物理正向隔离装置进行隔离。其中，生产控制大区分为安全Ⅰ区和安全Ⅱ区，两个区之间采用硬件防火墙隔离。在Ⅰ区部署1台辅助通信服务器用于获取监控系统及其他Ⅰ区数据，并具有串口接入其他系统数据能力，在汇集数据同时实现该区的联动功能。在Ⅱ区部署通信务器等设备，获取继电保护及故障录波和电能采集管理系统等Ⅱ区信息，并向Ⅲ区转发计算机监控系统及相关系统数据。将在Ⅲ区部署通信服务器获取工业电视系统、门禁系统等信息，以及获取的Ⅱ区和Ⅰ区数据信息进行数据格式上的规整、统一后，实现数据交互，为数据交互平台数据汇聚后智能联动等信息处理提供集中、统一、规范的数据源(图1)。

图1 数据平台系统典型网络结构图

2.2 主要功能

数据平台建设主要包括数据采集模块、基础支撑服务与应用、多系统联动平台、智能报警平台、智能报表应用、高级应用、大数据分析平台等内容。

(1)数据采集模块。建立电厂数据接入模型，采用通用的标准接口实现对各种不同类型数据的获取，实现系统与各子系统(或装置)的信息交换与共享。在此期间进行数据ETL工作，通过数据清洗、转换、集成工作，依据实际运行情况实时变换直至稳定工作，为后续数据处理提供有效数据。

(2)基础支撑服务与应用。建立智能化基础平台，为各类业务提供基础应用服务组件管理与发布服务，为后续业务功能开发提供一个基础稳定的软件平台。

(3)多系统联动平台。通过预定义联动模式、联动策略来实现符合日常操作习惯及电力安全生产规范的一套流程，并通过相互之间标准规范的消息通信完成整个联动过程。

(4)智能报警平台。通过数据组态，以实时数据为基础，实现报警精确定位及简化报警内容；接收并发送其他业务系统的报警内容；以历史数据接口和实时数据接口为基础，根据设备长期运行的特征数据和相关运行经验，建立报警模型。通过建立符合电站设备运行状况的特征抽取方法，剔除干扰数据，判断特征趋势，实现设备运行工况的趋势报警。

(5)智能报表系统。依托电厂实际生产运行需求，开发可组态的报表编辑软件，提供丰富函数表达式的组态工具，表达式中支持常量，常用条件运算，常用数学函数，能够查询到指定时间段内的所有相同工况，并将报表发布到web等常用工具上做实时查询。同时提供定时生成功能，定时生成运行报表上报管理单位，减少运维工作[3]。

(6)大数据分析平台。通过大数据分析技术，提升电力负荷、洪水、旱涝灾害等的预测；通过大数据并行计算、模式识别等技术掌握工程现场的安全隐患；通过流式计算、可视化和并行处理等技术提升业务关联分析能力。

(7)通用设备趋势报警。设备状态预警，同时以历史数据接口和实时数据接口为基础，根据设备长期运行的特征数据和相关运行经验，建立报警模型。通过建立符合电站设备运行状况的特征抽取方法，剔除干扰数据，判断特征趋势，实现设备运行工况的趋势报警。趋势报警包括变化趋势报警、稳态分布特征提取、启停频率告警灯。

(8)高级应用。平台数据通过Web方式进行展示，可将采集的各系统数据进行数据查询展示，包括生产数据、非生产数据、分析结论查询等。平台APP使用移动终端，可进行信息查询，包括生产信息查询(电站、机组运行指标实时浏览)、故障预警推送等[4]。

3 应用领域与推广前景

通过数据平台的建设，完成电站各业务系统数据的接入、汇集、存储，进行数据查询展示。依托电厂实际生产运行需求，将数据进行整理配置，自动生成需要的生产运行报表，简化电厂日常生产工作，释放并提高现场生产力。依托于数据中心进行系统间的联动控制，提升电厂智能化水平。通过数据分析等大数据技术，为电厂决策与预警提供理论依据，并通过APP等方式推送至管控人员，达到对电厂的全方位监控。平台通过web等方式，依据不同使用习惯将信息分门别类显示，简化并提升生产运行效率，最终达到电厂信息化和智能化的提升，为电厂生产生活提供技术支撑[5]。数据平台的建设，对于我国电站优化调度管理工作，提高工作效率及处理响应速度，都具有十分重要的意义。

4 结 语

水电厂数据平台系统的建设及应用可有效打破信息传输孤岛，实现全站所有生产数据的整合及应用，满足了“智慧电厂”建设的要求。随着大数据、云计算等技术的发展，在此基础上对采集的数据进一步挖掘和分析，通过对设备运行数据进行智能分析及报警，全面感知电厂生产运行状态，实现设备运行状态趋势分析与评估，并对故障、缺陷处理指导与工作流闭环处理。同时，辅助指导故障诊断与处理，将是数据平台系统进一步扩展应用的研究方向，值得水电厂技术人员和相关研发人员开展更多的工作。