iP9000 平台智能化报表的设计与实现

王力平，郭 洁，田春思，范慧敏，王京红

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

0 引言

随着信息技术、传感器与数据处理技术的升级和更新迭代，特别在“中国制造2025”“工业4.0”“互联网＋”等国家战略下，在电力市场化的大趋势下，改变传统的生产模式，更快地提高生产效率和效益，使得水电智能化技术的同步升级与纵深发展迫在眉睫。在金沙江下游白鹤滩电厂自动化系统智能化建设过程中，我们在电站智能运行方面取得了丰硕的成果。通过多次组织国内外本行业资深专家进行方案评审及咨询，同时结合专家建议与多年在水电控制领域积累的经验，针对海量数据有效筛选、水电厂机组和各类设备的在线健康监测与趋势分析、隐患预警与故障追溯、智能诊断决策、人性化生产管理等进一步实现将现代先进智能化手段与工程实际生产运行深度融合的主要现实需求[1]，在iP9000 水电智能一体化对象平台的基础上，研制开发了iP9000 平台智能化报表系统，以智能感知、多模态数据融合为基础，以智能算法、深度学习为依托，达到智能规划、指导与决策建议一体的智能系统[2]，本文对这一研制成果在实际生产中的应用与实现进行了简要的介绍。

1 报表系统概况

电力系统的自动化在保障发电系统设备和系统运行、保持发电装机容量稳定增长等方面有着极大作用。目前大多数水电厂都达到了“少人值守”的水平，但是在电厂设备运行状态在线健康监测和趋势分析、智能诊断、智慧运行等方面，缺少智能化的分析处理能力。经过实际项目调研，发现当前市场已有报表系统普遍存在以下问题：

（1）格式固定，随着时代发展和潮流趋势变迁，人们审美也随之变化，用户需要可自定义报表样式与功能的新一代报表程序；

（2）功能简单，无法实现复杂逻辑计算，仍需耗费大量人力与时间来分析设备状态，无法实现对全厂机电运行设备的自动智能化诊断分析；

（3）应对突发状况反应较差，无法实现用户对设备进行健康监测的需求；

（4）无法实现对指定关注设备数据信息进行趋势分析和提前预警；

（5）无法对已发生故障设备进行历史数据追溯、智能分析故障源头事件，为用户提供维护方案；

（6）制作复杂，无法清楚简便的制作报表；

（7）浏览不便，对于大型电站，无法实现用户对各类报表的整理归纳，以及在线浏览。

随着新技术、新理念的创新发展，基于人工智能、云平台、大数据等新技术的智慧型水电厂建设正在各个电厂探索与创新，电力自动化下游应用领域需求均呈稳定增长状态。以发电管理的数字化、自动化、信息化、智能化、虚拟化、标准化为基础，由自动化到智慧化、由人工决策到机器决策的智慧水电厂建设，是时代发展的要求，是水电企业发展变革的必经之路。

因此，我们需要充分利用信息通信技术，构建一体化信息通信系统和适用于海量数据的计算分析和决策平台，整合智能电网数据资源，挖掘信息和数据资源价值，全面提升电力系统信息处理和智能决策能力，为各类能源接入、调度运行、用户服务和经营管理提供支撑。在统一的技术架构、标准规范和安全防护的基础上，建设覆盖规划、建设、运行、检修、服务等各领域信息应用系统[3]。

2 原理与方案设计

2.1 基本原理

本研究作为iP9000 一体化平台的功能性子系统，以iP9000 为基础平台，通过调用iP9000 服务端口，以Python 为主体开发工具，深入挖掘数据库内设备纵向和横向数据，采用面向多维向量的协同推理机制，开发集成具有丰富的数据监测、分析与统计处理功能的智能分析算法，采用可视化方法设计，将监测结果以周期生成方式或在iP9000 人机交互界面中触发生成方式放入模板文件生成预期报表。同时，研发基于B/S 构架的WEB 报表查询系统，为用户提供人性化的操作界面，实现设备监测与故障诊断分析，满足电厂主辅设备的智能分析需要[4]。

工业革命及其带来的巨大变革是法国成人教育的第二个关键发展时期。从19世纪起，法国开始萌发职业教育和成人教育。受工业革命的影响，大多数劳动力迫切需要算术、写作和阅读方面的基本技能，以便适应新的工作方式和工作场所的持续变革。因此，催生了以职业为导向的成人基础教育。

2.2 系统方案设计

根据实际调研需求，设计方案如图1 所示。

图1 iP9000 平台智能化报表系统主体方案示意图

（1）数据获取模块

系统通过iP9000 服务实现获取数据库数据，程序上限制系统只能单向获取数据，保证数据库安全可靠。

（2）数据处理模块

通过关联专家分析模块的专家分析模型，可根据专家规则形成设备诊断分析结论；通过关联智能分析模块的智能分析模型，以机器学习方式，对设备进行智能分析，自动描述设备健康状况。

（3）报表制作模块

采用模块化、“所见即所得”的可视化设计，整合接入符合用户使用习惯的常用文本编辑软件（如WPS/OFFICE 等），开发便捷易用的报表助手，用户可通过参数配置的方式自定义模板样式，满足用户定制化需求。

报表系统满足用户根据实际需要自定义指定报表的运行方式，包括定时或周期自动生成、事件触发生成以及在iP9000-OIX 人机交互触发生成等方式。

（5）在线交互模块

通过与浏览器交互的方式，应用B/S（浏览器/服务器）构架，使用户无需在主机上配置任何客户端软件，通过访问指定的报表系统的网址即可使用系统的功能。

3 系统应用与实现

3.1 稳定性与复用性

系统总体框架设计如图2 所示，采用模块化建模方法构建整体框架，直观建模，将整个系统按级别、层次、功能分解成由若干个基本单元构成的子模块，包括：对外接口模块、参数设置模块以及具体逻辑算法模块，分界清晰，便于程序的后续维护调试与修改扩充。

图2 iP9000 平台智能化报表系统整体框架示意图

此外，具体算法设计上，将具体逻辑算法子系统中复杂的算法逻辑模块分解成数个小模块并封装，每次制作报告时只需调用各个封装好的模块即可。解决程序建模不具有复用性的问题，可最大程度降低整体程序耦合，精简代码量，减少出错概率。

3.2 可视化设计

系统采用“所见即所得”的可视化自定义设计，接入常用文本编辑软件，迎合大众使用习惯。

在文本编辑软件中，用户可以任意定义报告样式，包括图形、数据、表格以及自动故障描述等信息，解决用户对分析报告格式清晰，样式多样的需求；同时，程序与浏览器进行交互可将具体的数据转化成形象直观的分析图像，便于用户观察分析，切实符合用户实际需要。

3.3 即时性与人机交互

系统具有先进的即时报警系统，当任何一个数据出现故障或越限等异常情况时，系统将自动生成故障分析报告。除此之外，系统还进行了人机交互相关设计，在iP9000 监控系统画面中嵌入接口，可实现通过在监控系统画面中勾选或输入特定参数，对历史、实时数据进行诊断分析，生成特定分析报告。

研究采用面向对象的人性化设计，对执行人进行最大程度的引导，简化运维过程，对于提升水电厂工作效率，降低工作难度，提高电站智能化水平意义重大[4]。项目研究成果可显著提高水电厂设备智能诊断运维的劳动生产率，具有广泛的实际应用需求。

3.4 WEB 在线交互

智慧水利水电最重要的标志之一就是实现信息的互联互通以及融合共享。为实现用户便捷查询，iP9000 平台智能化报表系统利用WEB 相关技术制作在线交互查询界面，允许其它主机访问报表工作站，启动网站的指定网址即可查询具体报表文件，实现报表共享。

用户成功输入指定网址后即可进入到系统的浏览界面中。系统的浏览界面共分为3 大部分：报表目录树，控制生成区，报表展示区。报表目录树可按照不同专业或不同设备等分级展示；控制生成区能够让用户查看指定时间报表、重新生成指定时间的报表以及按照文件名或按照选择时间批量下载生成好的报表；报表展示区则是用户查看具体设备信息的主要界面。

3.5 使用与配置

为方便用户使用，系统利用Node.js 技术和JavaScript 技术制作报表助手小程序，将复杂的模板标签做成小模块，实现通过拖拽模块并添加参数的方法配置模板标签，方便使用人员操作以及避免人工编写标签导致的失误，使及界面更加干净整洁，让模板制作更简单快捷。制作报表的一般流程如图3 所示。

图3 报表制作流程

根据制作报表模板文件的报表助手界面展示依次点击并制作报表模板标签，在方法中点击需要的函数方法并填入合适的参数即可生成一份符合用户需要的智能报表。

3.6 整体优势

经过一段时间的调试运行后，白鹤滩电厂实际反馈良好。iP9000 平台智能化报表系统提供报表模板配置功能，采取动态文字及曲线、棒图、表计等图形分析描述设备健康状况，自动生成报告静态和动态内容，以满足水电厂设备运维智能化的需求。此外，本系统所开发的基于B/S 构架的报表查询系统能够为用户提供较好的操作界面、较高的可维护性并实现对设备在线监测和历史数据统计分析的精准诉求，针对电厂常用数据形成一套适用性强的典型报表报告，便捷高效获取数据分析结果，在一定程度上可以提高电力企业工作效率和管理水平，减轻工作人员的劳动强度和工作负担[5]。

4 结语

本文以白鹤滩电厂为背景，展现了iP9000 平台智能化报表系统在海量数据监测与系统分析方面，利用大数据及AI 技术整合各类电网数据，对各类设备进行在线状态监测与故障诊断，并以设备健康状态模型作为支撑，深入挖掘有效的电网信息，辅助设备运行与检修人员进行分析与决策。在节省人力物力、降低系统使用维护成本以及显著提高生产率的基础上，大幅提升设备诊断分析的准确性和可靠性，提供设备健康监测、故障诊断分析能力，提高水电厂智慧分析水平与效率。