水力發(fā)電行業(yè)全產業(yè)信息鏈整合平臺：水電站與物聯網

2017-09-25 09:39:20 E小水電　點擊量：評論 (0)

摘要水力發(fā)電行業(yè)經過20年的高速發(fā)展，取得了巨大的成就，同時，也積累了許多行業(yè)共性的問題。本文通過大數據分析的方法，在水電站油水氣機電統(tǒng)一視角下，采用SAAS(Software-as-a-service)模式，通過技術創(chuàng)新和商

摘要

水力發(fā)電行業(yè)經過20年的高速發(fā)展，取得了巨大的成就，同時，也積累了許多行業(yè)共性的問題。本文通過大數據分析的方法，在水電站油水氣機電統(tǒng)一視角下，采用SAAS(Software-as-a-service)模式，通過技術創(chuàng)新和商務模式創(chuàng)新，構建《水力發(fā)電行業(yè)全產業(yè)信息鏈整合平臺》，實現“資源可視、設備可查、業(yè)務互動、數據共享"，為使用者提供“數據推送、業(yè)務推送和知識推送"。

1引言

制造業(yè)本身的問題，不可能在制造業(yè)層面得到完善解決，只有上升到其所處的產業(yè)生態(tài)環(huán)境。所有產業(yè)都是由無數的節(jié)點鏈接而成，節(jié)點內企業(yè)按部就班地運作，在國家產能落后的情況下是有效的，但在目前國家產能過剩時，則是產業(yè)“散、亂、差、弱"的根本原因。國內一流的電商只完成了交易節(jié)點，就產生了巨大的經濟效益，《水力發(fā)電行業(yè)全產業(yè)信息鏈整合平臺》基于精深的專業(yè)背景針對產業(yè)所有專業(yè)所有環(huán)節(jié)整合，尤其突出了人的主觀能動性作用，將會對“互聯網+水電"在產業(yè)領域實施積累寶貴經驗，并對其他制造業(yè)起到良好示范作用。目前我國水電行業(yè)普遍存在以下問題：

（1）電廠側運行、維護、營銷、管理方面：沒有對大量的數據價值深人挖掘，不能精準制定檢修、維護計劃。沒有策略使資源轉化率最高、設備運行工況最優(yōu)沒有技術手段應付目前經濟下行態(tài)勢下的棄水限電。

（2）制造廠耗費大量的時間跑市場、抓信息，但沒有形成售前、制造和運行的全生命周期介人的商務模式在質保期過后，制造廠與電廠幾乎失去聯絡。

（3）政府側在防汛抗旱、科學用水上投人了大量財力，但沒能消除信息孤島，致使在異常情況下手足無措。

（4）一方面是行業(yè)積累的大量工程問題無人解決，另一方面是大量工程技術人員閑置、科研院所課題匱乏。

如何實現水電站集成開放、堅強可靠、經濟高效、管理智能的效率、效益最大化，如何調動廣大制造廠、設計院、科研院所工程技術人員的積極主動性，并跨界為政府防汛抗洪、科學用水提供決策，搭建《水力發(fā)電行業(yè)全產業(yè)信息鏈整合平臺》，是一條水電發(fā)展必經之路。

2平臺的總體架構

平臺架構見圖1。該平臺由數據中心、技術構架和商務模式3個部分組成其中，數據中心相對獨立，匯總電站的所有模擬量和開關量，而技術構架和商務模式互為依托，對采集的所有生產實時數據，用人工智能的方法進行分析，為水電站的生產、經營提供支撐，實現“資源可視、設備可查、業(yè)務互動、數據共享"，為使用者提供“數據推送、業(yè)務推送和知識推送”。

圖1水力發(fā)電行業(yè)全產業(yè)信息鏈整合平臺架構

3平臺的實現

3.1數據中心

大數據是2012年到現在最熱的一個詞。對水電站來說，“全息"即為“大數據"，即采集所有的模擬量和開關量，然后對這些數據進行分析。眾所周知，水電行業(yè)是一個后掠式行業(yè)，許多工程實踐是沒有教科書和先例的，即使行業(yè)普遍采用的計算程序，也是理論加經驗的系統(tǒng)，因為這些系統(tǒng)在開發(fā)的時候，先作了一些科學假設，而這些假設大多是經驗的、體系的，甚至是為了簡化計算而人為的假設，所以這些系統(tǒng)只是幫助我們決策，并沒有完全反映事物的客觀規(guī)律，而反映事物的客觀規(guī)律永遠是那些可能被我們忽視的基礎數據。

目前有許多電廠也在積極規(guī)劃和實施數據中心項目，但有一種現象值得關注和探討，數據中心項目中在拼傳輸速度、檢索速度，傳輸速度達到秒級，檢索速度達到8s檢索10億條特征數據，而且，數據中心的數據基本是時域空間的數據，是管理數據，是歷史數據，水電站的設備狀態(tài)是一個從量變到質變的漸變過程，該過程可能是數月、數年甚至數十年，海量的秒級的時域數據對設備生命周期而言太細，而對于需要瞬態(tài)分析的，如過渡過程、振動分析、接力器調節(jié)過程分析又太粗，而且沒有頻域空間數據。一個水電站系統(tǒng)，實質上是由設備硬件系統(tǒng)（主機、輔機等）、自動化系統(tǒng)（計算機監(jiān)控、保護、電源）、信息化系統(tǒng)（OA、MIS、資產管理、水情等）組成。自動化系統(tǒng)主要是對主機、輔機的信號采集、傳輸、控制和保護，信息化主要是數據處理和業(yè)務應用，過度地追求傳輸速度、檢索速度，會忽略我們采集數據的目的，又陷入硬件的比拼，忽視應用功能的規(guī)劃、梳理和實施，故我們的數據中心：服務器部署于電信數據中心，每5min帶時間戳抓取電廠數據，滿足實際工程應用的需要。

3.2系統(tǒng)的技術架構

3.2.1計算機IT

面向服務（SOA）架構是一種業(yè)務驅動的IT架構方式，將應用系統(tǒng)分為數據層、業(yè)務層和展示層，支持對業(yè)務進行整合，使其成為一種相互聯系，可重用的業(yè)務任務或者服務。SOA能夠幫助企業(yè)提高業(yè)務流程的靈活性，增強企業(yè)底層的IT基礎架構，并重用現有投資。系統(tǒng)采用角色、密碼登陸，可根據不同的電廠、崗位等，實現信息屏蔽、數據共享和業(yè)務互動。

SOA的實現：系統(tǒng)管理員可根據要求在系統(tǒng)運行中增加新開發(fā)的業(yè)務和減少要剔出的業(yè)務、增減人員、變更人員權限，不影響其他的業(yè)務界面，保持系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性。

3.2.2人工智能算法

人工智能分為強人工智能和弱人工智能，強人工智能觀點認為有可能制造出真正能推理（Reasoning）和解決問題（Problem_solving）的智能機器，并且，這樣的智能機器將被認為是有知覺的，有自我意識的，目前，強人工智能的研究處于停滯不前的狀態(tài)，全世界最先進的強人工智能智力水平能達到5歲兒童的智力。弱人工智能觀點認為不可能制造出能真正地推理(Reasoning)和解決問題（Problem_solving)的智能機器，這些機器只不過看起來像是智能的，但是并不真正擁有智能，也不會有自主意識。主流科研集中在弱人工智能上，并且這一研究領域已經取得可觀的成就，本系統(tǒng)就是基于專家系統(tǒng)的弱人工智能系統(tǒng)。

目前，人工智能領域熱衷于單一算法的研究，應用也較為單一，而水電站系統(tǒng)為油、水、氣、機、電耦合的復雜巨系統(tǒng)，任何單一的算法都無法取得滿意的效果，水電站綜合管理平臺涉及水輪機、發(fā)電機、調速器、閥門、勵磁、氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)和操作人員等多個系統(tǒng)，是多主體計算，是大數據的大融合，同時，也是現有人工智能研究成果的大融合，由于是多主體，故采用分布式人工智能，各主體間協調、協作，為多領域知識多處理范型智能系統(tǒng)。基于多專業(yè)、多學科的專家系統(tǒng)程序包和工程經驗，同時要考慮采集過程中信號數據的擾動，實現真值維護。系統(tǒng)采用模擬人類思維的產生式系統(tǒng)，實現約束傳遞，通過真值維護，實現智能回朔。對采集量進行濾波、降噪，用歐拉法解決數據的并行問題，用拉格朗日法解決數據的串行問題，充分考慮實時數據的并發(fā)特性，進行大數據處理。通過大數據，實現歸納學習、統(tǒng)計學習，通過操作人員的處理問題方式，實現強化學習。對水電站系統(tǒng)進行不同尺度的有限元化，用知識系統(tǒng)對各有限元進行規(guī)則關聯，尊重事實，用數據說話，推崇知識和理性，用數據創(chuàng)新，給數據以生命，給系統(tǒng)以智能。

平臺的核心在于真值維護。

平臺的關鍵在于知識提取。

3.2.3業(yè)務實現

在SOA構架下，在油、水、氣、機、電統(tǒng)一視覺下，對水電站常規(guī)業(yè)務進行梳理，以安全生產管理制度和崗位職能為主線，對水電站管理系統(tǒng)進行共性提取和個性細化。

主要業(yè)務內容：系統(tǒng)管理、數據中心、運行管理、梯級調度與優(yōu)化運行、檢修管理、設備技術管理、報表系統(tǒng)等。

3.2.4商務模式

傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是作為商品來賣的，而通過幾十年的軟件產業(yè)的發(fā)展，單純作為商品來賣的軟件系統(tǒng)在世界范圍內幾乎都走到窮途末路，原因很簡單，隨著硬件技術的進步，需求的變化，客戶在支付巨額的軟、硬件維護、管理、升級的費用后，還得配備相應的計算機系統(tǒng)管理人員，這讓客戶很難接受。而軟件的本質就是要不斷地升級、維護，否則軟件就會喪失先進性，如何解決這個難題，我們采用的是SAAS(Software-as-a-seruce），將軟件的“所有權"從客戶轉移至供應商；將技術基礎設施和管理等方面（如硬件與專業(yè)服務）的責任從客戶重新分配給供應商；在大數據的支撐下，通過專業(yè)化和規(guī)模經濟降低提供軟件服務的成本；針對特征化的水電站個體做長期的技術支持、服務和咨詢工作,SAAS模式更關注軟件作為服務給企業(yè)所創(chuàng)造的經濟利潤，在這種模式下，如何積極主動地為客戶提供更優(yōu)質的服務，是軟件企業(yè)的根本。

本平臺項目不是傳統(tǒng)意義上的賣產品、賣系統(tǒng)、賣軟件，而是在計算機軟件供應商和電站資深專業(yè)技術人員共同努力下，提供精深的水電專業(yè)運營、管理、服務平臺，是基于大數據、云計算的物聯網應用系統(tǒng)，是一種永續(xù)發(fā)展、永續(xù)完善和永續(xù)服務的商務模式。

4結論

中國水電經過改革開放30多年的建設發(fā)展，特別是2005-2007年的井噴式建設，目前水電廠開發(fā)建設已經進人飽和期，根據水電行業(yè)現狀和西方成熟水電的發(fā)展規(guī)律，中國水電已進人運維時代。下一步面臨的是設備的運行、維護與技術提升的需求。

自動化系統(tǒng)的目標是使電站更“強壯"，而信息化系統(tǒng)的目標是使電站更“智慧"。

我們的目標是推動水電產業(yè)關鍵數據的開放共享，構建面向領域的大數據開放平臺，通過大數據激發(fā)平臺參與者的創(chuàng)造性，讓注冊會員和注冊專家的智慧在保證數據安全和知識產權的前提下，自主推動平臺的永續(xù)發(fā)展，提升行業(yè)運行效率。

原標題:水力發(fā)電行業(yè)全產業(yè)信息鏈整合平臺 | 水電站與物聯網