應(yīng)建軍
(浙江浙能天工信息科技有限公司 浙江 杭州 310000)
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(shè)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(diào)控設(shè)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(shè)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(shè)與應(yīng)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(zhuǎn)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(shù),將電廠的數(shù)據(jù)進行融合,通過建設(shè)數(shù)據(jù)湖、進行數(shù)據(jù)提煉、服務(wù)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(shè)奠定基礎(chǔ)[1]。
智慧電廠數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)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(yīng)的需求,讓電廠的所有業(yè)務(wù)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(yīng)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(wù)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)。
智慧電廠數(shù)據(jù)中臺關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)用系統(tǒng)之間異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯總。在電廠的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)備的運行狀態(tài),而結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)庫則存放關(guān)系對應(yīng)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(zhuǎn)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(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。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(yīng)用和不同的數(shù)據(jù)庫應(yīng)采用適合其自身的數(shù)據(jù)存儲技術(shù),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(gòu),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(shè)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(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)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(yīng)用到了數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。通過對智慧電廠的業(yè)務(wù)進行重新的劃分和整合,找到各種業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián),建立相對應(yīng)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(shè)備數(shù)據(jù)、運行指標、人員數(shù)據(jù)、物資數(shù)據(jù)、財務(wù)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(zhuǎn)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(zhì)量進行管理,最終通過數(shù)據(jù)的拓撲和對應(yīng)關(guān)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(guān)系和關(guān)鍵指標的權(quán)重關(guān)系,將電廠的設(shè)備進行權(quán)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(shè)備的分析和層次計算。
第五是數(shù)據(jù)以服務(wù)化形式交付。智慧電廠中的應(yīng)用不需要關(guān)注應(yīng)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(yīng)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(wù)接口,在最短時間內(nèi)獲得數(shù)據(jù)響應(yīng)。當前數(shù)據(jù)中臺常用的數(shù)據(jù)服務(wù)包括OPC UA、Restful WebAPI和文件數(shù)據(jù)服務(wù)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??梢暬蚣艿慕M件采用Model View View Model進行定義,內(nèi)部則通過H5、WebGL等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形的繪制與展示??梢暬蚣苣転橹腔垭姀S的生產(chǎn)、運營提供決策的數(shù)據(jù)準備,并根據(jù)對應(yīng)的業(yè)務(wù)模型和正常的指標集合進行管理視圖的構(gòu)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(yīng)的決策。
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(shù)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(quán)重對重要設(shè)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。
智慧電廠建設(shè)的初衷是電廠設(shè)備的智能化運行,那么設(shè)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(shè)備,這些主機和輔機設(shè)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(shè)備上的傳感器,包括溫度、電流、功率、轉(zhuǎn)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(shè)備的固定資產(chǎn)、物質(zhì)采購、設(shè)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(shè)備的隱患和故障,還能通過可視化框架和設(shè)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。
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(shù),確定優(yōu)化關(guān)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(shè)備的運行優(yōu)化,確保電廠的脫硫、脫硝系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
數(shù)據(jù)報表與數(shù)據(jù)展示是數(shù)據(jù)中臺建設(shè)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(diào)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(shù)的結(jié)合,在移動APP上實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表的推送和展示。
總之,數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)和應(yīng)用能提高智慧電廠數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)服務(wù)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(shè)離不開數(shù)據(jù)中臺優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)的支持,數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)也離不開智慧電廠應(yīng)用系統(tǒng)之間的融合,二者相輔相成,為電廠的智能化轉(zhuǎn)型提供高效、可靠的解決方案。