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隨著工業(yè)化進程的加速和能源需求的增長，大型燃機電廠作為重要的能源供應單位，承擔著巨大的生產任務和經營責任。然而，傳統(tǒng)的燃機電廠生產經營管理模式存在諸多問題，如安全隱患較大、生產效率較低、燃料成本較高等。借助現(xiàn)代信息技術和大數(shù)據(jù)分析手段，構建一體化的生產經營管控系統(tǒng)，可有效提高燃機電廠的生產經營效率和安全性。

1　大型燃機電廠生產經營一體化管控

1.1　項目概況

某大型燃機電廠建設2×60萬千瓦級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)產機組，采用了國內首次燃用天然氣—氫氣混合燃料的9H級燃氣輪機，將打造成為國內低碳、先進、高效、智能、多能互補一體化的綜合能源示范基地。

1.2　一體化管控平臺的技術要求

項目對生產經營提出了較高的要求，需將生產過程中的各個環(huán)節(jié)進行整合和優(yōu)化；需實時監(jiān)控和控制設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決故障，減少停機時間，提高設備利用率和生產產能；需合理配置和利用生產要素，降低生產成本，實現(xiàn)對生產過程的全面監(jiān)控和控制，并及時發(fā)現(xiàn)和糾正生產過程中的問題；需實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)和生產環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，保障生產安全。該公司基于工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺進行了生產經營一體化管控。根據(jù)GB/T 20273《信息安全技術數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)安全技術要求》及GB/T 39264-2020《智能水電廠一體化管控平臺技術規(guī)范》的文件內容，一體化管控平臺建設的主要技術要求分為以下幾類，如表1所示。

表1 智能電廠一體化管控平臺主要技術要求

1.3　能力提升需求分析

根據(jù)大型燃機電廠生產經營一體化的業(yè)務需求及內容，結合管控平臺的技術要求，管控平臺的能力提升需求包括感知能力、分析能力、協(xié)同能力、可視能力、自控能力和決策能力六個方面，具體需求如表2所示。

表2 大型燃機電廠生產經營一體化管控能力提升需求分析

2　應用于生產經營一體化管控的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺

2.1　工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺架構

工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺采集SaaS層系統(tǒng)的結構化/非結構化數(shù)據(jù)，并在本地進行儲存，然后通過噪音數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)校驗等數(shù)據(jù)處理技術，對平臺所采集的數(shù)據(jù)進行處理后，提供給各功能應用^[1]。工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺總體架構如圖1所示。

圖1 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺總體架構圖

2.2　組件及關鍵技術

系統(tǒng)使用工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺（WIZ DATA）作為數(shù)據(jù)架構基礎，組件按照功能分為三大層七小層。其基礎層，包括傳輸層、調度層、存儲層、處理層和查詢層等功能層，最上層是面向使用者和操作者的展現(xiàn)層。每層的主要關鍵技術如圖2所示。

圖2 各組件技術要點及實現(xiàn)方式

2.3　設備域主數(shù)據(jù)平臺

設備域主數(shù)據(jù)平臺是工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的重要組成部分，該平臺主要用于收集、存儲和管理與電廠設備相關的主要數(shù)據(jù)，包括設備的基本信息、運行狀態(tài)、維護記錄等，通過對這些數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以實現(xiàn)對電廠設備的智能監(jiān)控、故障預警和維護優(yōu)化^[2]。設備域主數(shù)據(jù)平臺中數(shù)據(jù)流向如圖3所示。

圖3 設備域數(shù)據(jù)流向

3　生產經營一體化管控關鍵技術

3.1　數(shù)據(jù)采集關鍵技術

數(shù)據(jù)采集是從源系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)。本平臺的數(shù)據(jù)來源主要有3個途徑，分別是物聯(lián)網、Web系統(tǒng)和傳統(tǒng)信息系統(tǒng)。物聯(lián)網數(shù)據(jù)占據(jù)了工業(yè)數(shù)據(jù)中90%以上的數(shù)據(jù)量，其中大部分是非結構化數(shù)據(jù)和半結構化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集后進入hadoop集群和Hive中，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集圖

3.1.1　ETL采集

ETL數(shù)據(jù)采集的目的是將各種分散的數(shù)據(jù)源匯總到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫中，以便進行綜合分析和決策支持，這些數(shù)據(jù)源包括各類傳感器數(shù)據(jù)、生產設備數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)等。采集過程包括以下幾個步驟：從各個數(shù)據(jù)源中提取需要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以來自不同的數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)、API接口等；對提取的數(shù)據(jù)進行清洗和預處理，以確保數(shù)據(jù)的質量和一致性，清洗過程包括去除重復數(shù)據(jù)、處理缺失值、轉換數(shù)據(jù)格式等；對清洗后的數(shù)據(jù)進行轉換和加工，以符合目標數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)模型和規(guī)范，轉換過程包括數(shù)據(jù)格式轉換、字段映射、數(shù)據(jù)合并、計算衍生指標等；將轉換后的數(shù)據(jù)加載到目標數(shù)據(jù)倉庫中，數(shù)據(jù)加載過程可以采用批量加載或增量加載的方式，以確保數(shù)據(jù)的完整性和及時性^[3]。

3.1.2　實時數(shù)據(jù)采集

基于PISDK的實時數(shù)據(jù)采集程序，從鏡像服務根據(jù)獲取實時數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入kafka數(shù)據(jù)流轉緩沖區(qū)，同時實時數(shù)據(jù)會寫入時序數(shù)據(jù)庫。

3.1.3　網絡爬蟲采集

定時抓取燃機電廠的實時數(shù)據(jù)，用于實時監(jiān)控電廠運行狀態(tài)；從公開的數(shù)據(jù)庫或網站上采集電力市場數(shù)據(jù)、能源價格數(shù)據(jù)等歷史數(shù)據(jù)，用于分析電廠的運營情況和預測未來的能源需求；采集電廠周邊的氣象數(shù)據(jù)、空氣質量數(shù)據(jù)等環(huán)境數(shù)據(jù)，用于評估電廠的環(huán)境影響和優(yōu)化運行策略；從行業(yè)網站、新聞網站等采集與電廠相關的行業(yè)動態(tài)和政策信息，用于及時了解行業(yè)發(fā)展趨勢和調整電廠的經營策略。

3.1.4　數(shù)據(jù)采集接口

對于第三方系統(tǒng)，可提供數(shù)據(jù)采集接口及使用規(guī)則，可使用特定系統(tǒng)接口等相關方式采集數(shù)據(jù)，包括restful、Web Service、ftp等。

3.2　數(shù)據(jù)治理關鍵技術

由于電廠生產及經營數(shù)據(jù)繁雜且格式不一，隨著運行時間的延長，數(shù)據(jù)將會越來越繁雜龐大，因此需要建立數(shù)據(jù)管理標準體系和流程保證體系，確保數(shù)據(jù)全生命周期管理和服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享和高度復用。

主要包括：編制項目業(yè)務數(shù)據(jù)模型規(guī)范，如元數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)質量規(guī)范以及表結構規(guī)范，用來規(guī)范數(shù)據(jù)的應用流程；采集數(shù)據(jù)并映射后進入主數(shù)據(jù)庫，并為其創(chuàng)建數(shù)據(jù)標準；通過數(shù)據(jù)模型構建實體，同時確定數(shù)據(jù)和實體間的對應關系；進入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可以形成清單并支持向不同的服務接口提供數(shù)據(jù)倉內數(shù)據(jù)的標準分發(fā)，根據(jù)生產需要支持對數(shù)據(jù)的定位查詢，對變更的數(shù)據(jù)也可以進行溯源，同時支持數(shù)據(jù)審計。

在系統(tǒng)運行過程中根據(jù)已設置的質量規(guī)則對數(shù)據(jù)進行質量控制，支持可視化分析和報告查閱及生成。

3.3　數(shù)據(jù)處理關鍵技術

統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺采用開源的分布式流處理和批處理框架ApacheFlink作為分布式計算引擎，用于處理大規(guī)模的實時和批處理數(shù)據(jù)。

3.4　設備多碼合一技術

為將燃機電廠所有設備納入生命周期管理系統(tǒng)，我們需將電廠的KKS標識碼、設備編碼、物資編碼以及資產編碼全部納入到系統(tǒng)中進行分別管理。根據(jù)GB/T 50549-2020《電廠標識系統(tǒng)編碼標準》、DL/T 700-2017《電力物資分類與編碼導則》以及該廠所在集團公司制定的資產編碼規(guī)則，我們借助ERP導入到多碼合一系統(tǒng)進行統(tǒng)一編碼，定義生命階段、安裝或轉資階段作為動態(tài)編碼的首段，定義采購單號、物資編碼、設備編碼、KKS標識碼、資產編碼作為動態(tài)編碼的尾段，由系統(tǒng)統(tǒng)一生成具體設備、資產或物資的編碼，進而由數(shù)據(jù)中臺存儲后，通過業(yè)務系統(tǒng)進行全系統(tǒng)編碼同步應用，業(yè)務數(shù)據(jù)根據(jù)各類具體業(yè)務進入工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，通過提取階段特征碼完成生命周期的管控。編碼定義和多碼合一的應用如圖5所示。

圖5 編碼規(guī)則和多碼合一技術

3.5　智慧數(shù)字化移交技術

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的一體化管控平臺在流程管理中，需要將數(shù)據(jù)（如三維模型、設備模型、KKS編碼數(shù)據(jù)、設備及屬性數(shù)據(jù)以及施工數(shù)據(jù)等）從基建期移交到運維期，并在不同的工藝環(huán)節(jié)、管控流程之間進行移交流轉。如基建期的全廠模型轉移到運維期的工廠結構和空間數(shù)據(jù)，進而搭建智慧安防系統(tǒng)、應急系統(tǒng)和巡檢系統(tǒng)；基建期的設備模型數(shù)據(jù)移交至運維期后搭建備品備件和工藝仿真等應用。該平臺關鍵技術路徑為：制定智慧數(shù)字化移交的標準，包含屬性管理和類別管理；移交類別包括對象、文檔和模型；移交完畢后進行信息一致性校驗；搭建數(shù)據(jù)應用環(huán)節(jié)。

3.6　三維可視化運營技術

基于數(shù)字孿生技術的三維可視化運營平臺實現(xiàn)了全景安防沙盤（如圖6所示），可對廠區(qū)進行統(tǒng)一監(jiān)控，包括態(tài)勢感知、態(tài)勢分析、系統(tǒng)推薦異常報警處置以及常規(guī)的監(jiān)控視頻記錄等內容，大幅度提升了安防感知能力和異常處理效率。該平臺構建了應急指揮“一張圖”，當廠區(qū)內發(fā)生設備、消防、安全、能源、環(huán)境等各類應急事件時，系統(tǒng)自動啟動應急預案并廣播至覆蓋范圍，支撐指揮人員決策，實現(xiàn)應急事件的監(jiān)視與指揮。該平臺可對接各專業(yè)具體應用，包括人員定位系統(tǒng)、兩票作業(yè)系統(tǒng)、缺陷管理系統(tǒng)、設備巡檢管理等。

圖6 三維運營平臺效果圖

4　應用效果

一體化管控平臺投入后將大幅提升電廠的信息化水平，并可借助有效的生產數(shù)據(jù)分析融合處理和決策支持能力，使搭載的各應用功能（包括資源計劃和集中采購、設備監(jiān)控管理、流程信息化和輔助支持決策等）在運營中持續(xù)發(fā)揮重要作用，保證了整個發(fā)電系統(tǒng)高效運行、管控到位、決策及時，將為項目方創(chuàng)造可觀的經濟效益。

本一體化管控平臺投入運行后，設備隱患整改率將提高15%，整改合格率將提升13%，可有效避免隱患導致的設備故障，備件庫存的統(tǒng)一調度和高效管控帶來的備件提報費用可降低17%。本平臺設備生命周期管理模塊的應用，將使設備投用率提升6.5%，與以往同類同規(guī)模項目的發(fā)電量及運行費用進行比對，項目投入后預計將帶來直接經濟效益4000萬元左右。

5　結語

本文圍繞燃機電廠生產經營一體化管控關鍵技術，提出了一種基于工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的燃機電廠生產經營一體化管控系統(tǒng)架構，并開發(fā)了相關應用。該系統(tǒng)通過采集和處理燃機電廠各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對生產過程的實時監(jiān)控和預測，以及對生產資源的優(yōu)化配置和調度。應用結果表明，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的大型燃機電廠生產經營一體化管控系統(tǒng)，可有效提高燃機電廠的生產效率和管理水平、降低運營成本、推動燃機電廠向智能化、數(shù)字化轉型。

作者簡介：

李　軍（1970-），男，廣東興寧人，高級經濟師，學士，現(xiàn)就職于廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司，研究方向為企業(yè)管理、投資管理、戰(zhàn)略規(guī)劃。

羅術力（1965-），女，湖北武漢人，學士，現(xiàn)就職于珠海瑞洪智能系統(tǒng)工程有限公司，研究方向為企業(yè)管理。

丁勝雄（1984-），男，湖北黃石人，學士，現(xiàn)就職于深圳鵬銳信息技術股份有限公司，研究方向為大數(shù)據(jù)應用、數(shù)據(jù)治理、三維應用。

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摘自《自動化博覽》2024年3月刊