應建軍

（浙江浙能天工信息科技有限公司 浙江 杭州 310000）

1 引言

2018年智慧電廠概念被正式提出，通過對傳統(tǒng)電廠基建、生產(chǎn)運行、設備維護和物料管理等方面，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和判斷，智能的調控設備的運行參數(shù)和倉儲物料等生產(chǎn)物資的采購、數(shù)據(jù)存儲，使電廠能夠高效、低碳和安全的運行，這是智慧電廠建設的初衷。但是要想實現(xiàn)智慧電廠，就必須打破傳統(tǒng)電廠燃料、運行、巡檢、診斷、倉儲、經(jīng)營、采購等各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)壁壘，避免數(shù)據(jù)孤島的出現(xiàn)。目前智慧電廠的建設與應用仍處于探索階段，沒有固定的標準和統(tǒng)一的實現(xiàn)路徑。筆者以智慧電廠轉型過程中的數(shù)據(jù)壁壘為突破口，運用數(shù)據(jù)中臺技術，將電廠的數(shù)據(jù)進行融合，通過建設數(shù)據(jù)湖、進行數(shù)據(jù)提煉、服務化交付數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)電廠數(shù)據(jù)的可視化，從而突破電廠的數(shù)據(jù)孤島，為智慧電廠的建設奠定基礎[1]。

2 智慧電廠數(shù)據(jù)中臺架構設計

2.1 智慧電廠數(shù)據(jù)中臺架構設計的意義

智慧電廠數(shù)據(jù)中臺的建設能對電廠所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的標準化存儲，能滿足用戶快速登陸響應的需求，讓電廠的所有業(yè)務數(shù)據(jù)化，最終打通電廠所有生產(chǎn)、經(jīng)營數(shù)據(jù)之間的壁壘。通過對原有應用系統(tǒng)的改造，將歷史和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)匯總至智慧電廠數(shù)據(jù)中臺，讓數(shù)據(jù)中臺發(fā)揮智慧電廠“大腦”的作用，對數(shù)據(jù)進行提煉、歸類，包括進行數(shù)據(jù)的治理，最終實現(xiàn)電廠數(shù)據(jù)的服務化交付，并通過可視化的展示框架，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中展現(xiàn)。

2.2 智慧電廠數(shù)據(jù)中臺關鍵技術及模塊框架

智慧電廠數(shù)據(jù)中臺關鍵技術和模塊框架主要分為六塊。

第一是數(shù)據(jù)的采集，這其中最重要的工作就是不同應用系統(tǒng)之間異構數(shù)據(jù)的匯總。在電廠的應用系統(tǒng)中，存在兩種不同的數(shù)據(jù)庫，即實時數(shù)據(jù)庫和結構性數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫主要用于存放電廠生產(chǎn)過程中，一些設備的運行狀態(tài)，而結構性數(shù)據(jù)庫則存放關系對應型數(shù)據(jù)[2]。針對這兩種不同的數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的采集，需要建立不同的數(shù)據(jù)采集通道，并做好數(shù)據(jù)的轉換工作，讓不同數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠完整、真實的傳輸、復制、同步或者遷移至智慧電廠的數(shù)據(jù)中臺。

第二是智慧電廠數(shù)據(jù)中臺中數(shù)據(jù)湖的建立。數(shù)據(jù)湖是整個智慧電廠數(shù)據(jù)存儲的核心，為整個數(shù)據(jù)中臺的建設打下了堅實的基礎。由于電廠，特別是大型火力發(fā)電廠的實時測點較多，所有數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)實時向數(shù)據(jù)湖同步顯然不現(xiàn)實。不同的應用和不同的數(shù)據(jù)庫應采用適合其自身的數(shù)據(jù)存儲技術，這就要求智慧電廠的數(shù)據(jù)中臺提供混合型的存儲架構，不僅接入方式需要靈活，擴展能力和兼容性更要一流。參照大多數(shù)數(shù)據(jù)中臺的建設實踐，采用分布式存儲作為數(shù)據(jù)湖的重要存儲方式，可以兼容非結構化、半結構化和結構化所有類型數(shù)據(jù)的存儲。

第三是數(shù)據(jù)提煉與分析，對于采集、存儲完成后的數(shù)據(jù)，需要通過全新的算法對數(shù)據(jù)重新進行分類提煉和分析，這里應用到了數(shù)據(jù)倉庫技術和大數(shù)據(jù)技術。通過對智慧電廠的業(yè)務進行重新的劃分和整合，找到各種業(yè)務之間的關聯(lián)，建立相對應的數(shù)據(jù)倉庫。在數(shù)據(jù)倉庫中，依次按照電廠測點數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、運行指標、人員數(shù)據(jù)、物資數(shù)據(jù)、財務數(shù)據(jù)和文檔數(shù)據(jù)進行分類[3]。通過數(shù)據(jù)的提煉與分析將原來價值不大的數(shù)據(jù)進行價值的挖掘，將提煉和分析后的數(shù)據(jù)轉變?yōu)閮r值較高的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。最終通過數(shù)據(jù)的再造平臺提供查詢分析、批量計算和流式計算三種功能，當然在這其中需要依靠算法組件和可視化模型的建立。

第四是數(shù)據(jù)資產(chǎn)治理。通過制定統(tǒng)一的標準，并對主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的質量進行管理，最終通過數(shù)據(jù)的拓撲和對應關系圖實現(xiàn)智慧電廠數(shù)據(jù)的全視域化跟蹤。這其中包含了數(shù)據(jù)之間的邏輯關系和關鍵指標的權重關系，將電廠的設備進行權重樹的模擬和展示，通過可視化界面的方式，能夠精確定位智慧電廠中的問題。智慧電廠的數(shù)據(jù)治理計算使用事件和周期觸發(fā)兩種機制，實現(xiàn)智慧電廠設備的分析和層次計算。

第五是數(shù)據(jù)以服務化形式交付。智慧電廠中的應用不需要關注應用底層的數(shù)據(jù)庫，就能通過數(shù)據(jù)中臺獲取到需要的數(shù)據(jù)。在這樣的場景下，應用可以忽略底層數(shù)據(jù)的差異，通過數(shù)據(jù)中臺提供的標準數(shù)據(jù)服務接口，在最短時間內(nèi)獲得數(shù)據(jù)響應。當前數(shù)據(jù)中臺常用的數(shù)據(jù)服務包括OPC UA、Restful WebAPI和文件數(shù)據(jù)服務三種。

最后是智慧電廠數(shù)據(jù)的可視化框架的搭建，這也是數(shù)據(jù)中臺呈現(xiàn)出來的展示效果。可視化框架的組件采用Model View View Model進行定義，內(nèi)部則通過H5、WebGL等技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形的繪制與展示。可視化框架能為智慧電廠的生產(chǎn)、運營提供決策的數(shù)據(jù)準備，并根據(jù)對應的業(yè)務模型和正常的指標集合進行管理視圖的構建[4]。讓電廠的管理人員能夠快速、直觀的掌握電廠的運行信息，以便根據(jù)情況做出相應的決策。

3 智慧電廠中數(shù)據(jù)中臺的主要應用場景

3.1 智慧電廠的數(shù)據(jù)分層

電廠數(shù)據(jù)的特點是多而復雜，并且生產(chǎn)數(shù)據(jù)為實時數(shù)據(jù)，更新速度較快。數(shù)據(jù)中臺技術能對原本雜亂無章的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗，過濾掉部分的無效數(shù)據(jù)。經(jīng)過提煉、分析和治理后的數(shù)據(jù)，能夠形成一張完整的智慧電廠數(shù)據(jù)流向圖，并根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性進行數(shù)據(jù)的分層。這樣不僅能夠抓住智慧電廠生產(chǎn)中的重要節(jié)點，也能根據(jù)權重對重要設備和信息進行提前的預判和預警，降低電廠事故的發(fā)生率。

3.2 智慧電廠設備運行監(jiān)測與診斷

智慧電廠建設的初衷是電廠設備的智能化運行，那么設備的運行狀態(tài)及故障診斷就離不開數(shù)據(jù)中臺的支持。以我國發(fā)電的主力，大型火電廠為例，其擁有磨煤機、汽輪機、發(fā)電機等一系列設備，這些主機和輔機設備都需要實時的在線監(jiān)控。這些監(jiān)測的數(shù)據(jù)來源于安裝在各設備上的傳感器，包括溫度、電流、功率、轉速等，這些都統(tǒng)稱為測點數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)實時監(jiān)控系統(tǒng)所用。另外在發(fā)電可靠性管理系統(tǒng)中存在許多指標數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了電廠機組的健康程度。部分電廠已經(jīng)將設備的固定資產(chǎn)、物質采購、設備檢修及缺陷修復記錄數(shù)據(jù)存放在ERP等管理系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)中臺的采集和歷史數(shù)據(jù)的對比，很容易發(fā)現(xiàn)電廠設備的隱患和故障，還能通過可視化框架和設備建模，將這些問題集中的展示出來，加快隱患和故障的處理效率。

3.3 環(huán)保設備運行優(yōu)化

面對日益突出的環(huán)保問題，大型火電廠的環(huán)保壓力不斷增大，必須時刻保持排放物的達標。通過數(shù)據(jù)中臺技術，確定優(yōu)化關聯(lián)指標、對機組的穩(wěn)定健康指標進行收集、使用標簽化分類的方式對環(huán)保數(shù)據(jù)進行分類、通過機器自動學習算法模型實現(xiàn)電廠環(huán)保設備的運行優(yōu)化，確保電廠的脫硫、脫硝系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

3.4 數(shù)據(jù)報表與展示

數(shù)據(jù)報表與數(shù)據(jù)展示是數(shù)據(jù)中臺建設的亮點，通過各類圖表組件的整合，用戶可以根據(jù)自身的需求，通過簡單拖拽的方式，自由組合和展示自己所需的數(shù)據(jù)報表。在電廠的中控室、調度中心等位置，安裝顯示大屏，讓電廠生產(chǎn)、經(jīng)營的實時數(shù)據(jù)能同步顯示，既提升了電廠的企業(yè)形象，也讓運行值守人員能夠直觀的查看各項運行數(shù)據(jù)，對隱患和事故進行快速的糾正[5]。在移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速的今天，亦可通過數(shù)據(jù)中臺和H5等技術的結合，在移動APP上實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表的推送和展示。

4 結語

總之，數(shù)據(jù)中臺的建設和應用能提高智慧電廠數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)服務的能力，對智慧電廠的集約化、精準化管理起到強大的助推作用。不僅打破了電廠數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，還能通過標準化和提煉、分析以及治理，達到數(shù)據(jù)清洗和再利用的效果。智慧電廠的建設離不開數(shù)據(jù)中臺優(yōu)質數(shù)據(jù)的支持，數(shù)據(jù)中臺的建設也離不開智慧電廠應用系統(tǒng)之間的融合，二者相輔相成，為電廠的智能化轉型提供高效、可靠的解決方案。