1、 2020-1-智 能 化 电 厂 大 数 据 系 统 研 究 方 向 应 用 分 析 张玉川濮阳豫能发电有限责任公司,河南濮阳 457000；Application Analysis on research direction of big data platform in intelligent power plant ZHANG Yuchuan Puyang Yuneng Thermal Power Co.Ltd,Henan Puyang 45700 摘要：智慧电 厂是 信 息技 术与能 源 技术 的深 度融 合 应用，是未 来 电力 生产 发展 的 方向。基于 电 力行 业 的 特征，
2、推 进云 计 算、大数 据、物 联网、移动 互 联网、人 工智 能 在发 电厂中 的 应用，建 立综 合 分析 管理平 台，对 发电 厂的 各 类 生产、经营数据进行挖掘分析，为电厂后续的生产、经营、管理提供决策支持。本文以 2 660MW 超临界燃煤发电机组 的 智慧 电厂 大数 据 系统 建设为 例，具 体说 明 大 数 据系 统 在实 际 生产 中的 应用，为其 他电厂 的 智慧 电厂 建设 提 供 有益的指导。关键词：智慧电厂；大数据；数据挖掘；算法模型 ABSTRACT:Smart Power Plant is a deep integration application of in
3、formation technology and energy technology,and is the direction of future power generation development.Based on the characteristics of the power industry,promote the application of cloud computing,big data,Internet of Things,mobile Internet,and artificial intelligence in power plants,establish a com
4、prehensive analysis and management platform,and conduct mining and analysis of various production and operation data of power plants.Subsequent production,operation,and management provide decision support.This paper takes the construction of a smart power plant big data platform of a 2 660MW supercr
5、itical coal-fired generating unit as an example to specify the application of the big data platform in actual production and provide useful guidance for the construction of smart power plants in other power plants.KEY WORD:Smart Power Plant；big data;data mining;algorithmic model1 前 言 近 年 来，随着 互 联 网技
6、 术的 飞 速 发 展，“大数据时 代”已经 悄然 来到 人们工 作、生活 当中。2016 年国 家发 改委 提出 了 关于 推进“互联 网+”智慧能 源发 展的 指导 意见，2017 年十 九大 报告指出要“推动 互联 网、大 数据、人 工智 能和 实体经 济 深度 融 合”。利用 互 联网 思 维来 处 理实 体工业的问 题，电力 行业 正迎 来从传 统自 动化、信 息化、数字 化到 智慧 化的 改 革浪潮，人工 智能、大数据技术的开发应用都是产业技术升级的重点内容，火 电厂 各类 传感 器、数 据采 集设 备、移动端等产 生的 大量 数据 的储 存、挖 掘及 分析，为 电厂工作 人员 的
7、生 产、经营 活动提 供了 指导。在我国，燃煤 发电 装机 容 量大、比 重高，与燃气电 厂、水 电站、新 能 源等发 电企 业相 比，范围广、复 杂程 度高。因 此，燃 煤电 厂智 能化 发展是 智慧 电厂 的重 要研 究及 应用领 域。智慧 电厂 主要研究 电厂 设备 及系 统的 管理、自学 习、自诊 断等智能化功能，达成这些功能的核心就是“数据”。自 电厂 信息 化以 来，以 DCS、SIS、MIS、ERP等系统为代表的信息化系统在电厂中得到了广泛的应 用，积累 了海 量的 数 据。以一 台 660MW 机组为例，电 厂每 秒钟 产生 数据量 达 10 万 级的 数据量，每天 可 达 4
8、0 亿条。这些 数据 量对 于整 个互联网 行业 来说，不 能够 达到大 数据 的标 准，但是对于 传统 火力 发电 厂的 数据分 析来 说，人工 传统分析 手段 已经 无法 满足 数据分 析要 求，无法 达到及时 有效 的深 入挖 掘这 些数据 的价 值。如何 将这些“沉 睡”的海 量数 据 利用起 来，进 行实 时挖 2020-2-掘分析，获 取数 据背 后隐 藏的价 值来 提升 生产 经营，实现 对电 厂系 统、设 备的状 态进 行监 测，及时准确 的发 现可 能发 生缺 陷的设 备，实现 生产 过程和管 理决 策的 智能 化。本文针 对燃 煤电 厂大 数据的数 据来 源、数据 处理 等
9、方面 进行 介绍，并 结合 在濮阳豫能发电有限责任公司建设的大数据系统实 际案 例进 行应 用分 析。2 大 数 据 系统 2.1 从数据 结构 上来 分类，大 数据系 统 数 据类 型可分为 结构 性数 据和 非结 构性数 据，结构 性数 据为电厂 生产 系统 如锅 炉、汽轮机、发 电机 等设 备安装传 感器 测点 产生 的实 时数据 以及 报警 类别、故障类 别、生产 日志 等非 实时数 据；非机 构性 数据包括 视频、音 频、图片 等一些 技术 资料 和图 片资料。从产生 来源 上分 类，可分 为生产 类数 据和 经营管理 类数 据。（1）生 产 类数 据：生产 类数 据 是 智 慧电
10、厂大数据 系统 最重 要的 部分，数据 价值 非常 高。主要包括 设备 及系 统的 运行 参数、设备 报警 信息、设备故 障信 息、设备 缺陷 信息、生产 资料 消耗 及产品产 出、生产 日报 等生 产一线 的重 要数 据。生产类数 据可 进行 挖掘 分析，提取 关键 信息 进行 设备维护、运 行优 化指 导。（2）经 营 管理 类 数 据：电厂 经 营 需 要多 部门、多专 业、多维 度的 数 据来支 撑，对 这些 数据进行提 取、分析，为 电厂 决策者 提供 最优 的经 营决策建 议。2.2 大 数 据 系统是 发 电 企 业 业 务 运 营 与 设 备 维护两大 流程 的大 数据 分析
11、与应用 平台，帮 助企业实现快 速、高效 的管 理与 变现数 据资 产，以提 升生产经 营与 运营 维护 的效 率，降 低成 本，开拓业务面，达成 收益 增涨 的目 标。智慧电 厂数 据来 源广 泛，复杂且 数据 量大，为很好 的满 足数 据处 理及 数据挖 掘要 求，濮阳 豫能大数 据系 统 的 基本 架构 如下图 所示，由 底向 上分为数 据、采 集、传 输、处理与 存储、场景 与应用、交 互等 六层。图 1 智 慧 电 厂 大 数 据 系 统 基 本 架 构（1）数据 大 数 据 系统采 集 数 据 包 括 发 电 行 业 中 所 涉及的所 有数 据类 型，包括 但不限 于：NCS 数据
12、、关口电 量数 据、DCS/SIS 数据、智能 传感 器 WIZ BOX 数据、MIS 系统 数据、第 3 方业务 与经 验数据。（2）采集 包 含 有 特 殊行 业 的 规约/协议 的 采 集 器，兼容第 3 方的 采集 器，及支 撑自 有 WIZ Box 的采 集器，还 包括 有采 用常 规通 用的 TCP、UDP 协议 的采集器。包 括：IEC 电力 规约采 集器、OPC 数据采集器、第 三方 数据 采集 器、WIZ Box 数 据采 集器、TCP/UDP 数 据采 集器。（3）数据 传输 基于UDP 协 议的 分布 式数 据接收 与解 析，在有需要 的传 输场 景中，用 于单向 传输
13、穿透 隔离 设备或系 统；通过 分布 式消 息中间 件 Kafka，快 速、高效的 提供 数据 的接 收，缓 存、消 费的 中间 通道，提供可 匹配 上层 分布 式计 算的数 据接 入能 力，数据导入 通道，除 通过 采集 器的自 动化 数据 接入 方式外，也提 供有 半自 动，手动的 方式 导入 数据 的接口将 一些 带外 数据 接入 平台进 行分 析与 应用。（4）数据 存储 实 现 数 据 的 存 储 与 管 理，数 据 的 处 理 与 消费，是 大数 据系 统 的 核心 部分，高阶 应用 的功 能通过数据的存储与管理所提供的数据服务接口与算法模型的存储与管理模块所提供的算法模型服务 接
14、口 在逻 辑上 构成 应用的 核心 部分，使 关 2020-3-键的计算能力通过服务接口接入分布式的平台中进行 承载，加 速分 析与 计算过 程。（5）数据 应用 根据 大 数 据 系 统 各 应 用 功 能 模 块 的 业 务 处理原则，对 各模 块的 数据 进行处 理并 储存，包 括数据分 析、数据 挖掘 等；以提供 对功 能模 块应 用的数据 展示、历 史查 询等 功能。（6）数据 交互 提供可 配置 的用 户、平台 的交互 界面，数 据的导出/导 入接 口等。数据可 视化：包 括用 户所 需要的 已有 图形 监控的可 视化 外，还涉 及可 配置可 定制 化的 数据 可视化能 力；数据输
15、 入：因应 功能 或业 务的需 求，具有 图形化的 数据 导出、导 入接 口以方 便用 户对 数据 的直接管 理。2.3 在 大数 据系 统 中，能 够保 证 数据采 集、处理、储存、分析 均满 足使 用要 求，能 够挖 掘出 对电 厂运行生 产、经营 决策 有效 的知识 支持，具 有较 高的可靠 性和 安全 性。建立 了 发现问 题、分析 问题、指导建 议机 制，通过 测点 参数报 警及 预警、设 备评价报 警及 预警 等方 式发 现问题，通 过设 备诊 断库、趋 势分 析查 找原 因并 给出问 题解 决、优化 调整的建 议。图 2 大 数 据 系 统 业 务 数 据 流 程（1）数据 展示
16、 大数据 系统 将从 DCS 系统、MIS 系 统、SIS系统等 生产 管理 相关 系统 中获取 的数 据，通过 大数据系 统、移 动端 等方 式，将 数据 在首 页、实时监控、性能 分析、报 表管 理等功 能模 块中 进行 实时展示。（2）数据 实时 分析 根据业 务功 能设 计，通过 相应的 程序 实现 数据的实 时分 析、实时 展示。具体 功能 模块 为实 时报警、工况 寻优 和实 时性 能计算 分析 功能。（3）数据 统计 分析 基于业 务功 能设 计，对已 进行数 据清 洗的 基础数据 进行 统计、计算、分析，实 现业 务功 能应用，典型 功能 模块 为超 限 管理、报 表管 理、启
17、停统计、金属 状态 监测 及寿 命管理。（4）数据 挖掘、分 析 基于已 进行 数据 清洗 的基 础数据，按 照业 务功能设 计，搭建 合适 的算 法模型，对 各系 统接 入的数据 进行 深入 的挖 掘、分 析，从 数据 本身 出发，寻找各 类数 据间 的相 关性，并进 行相 关性 分析；通过深 度学 习算 法，查找 问题原 因，获取 解决 问题的指 导方 法，将问 题处 理方法 通过 可视 化的 页面展示 出来，为 电厂 工作 人员及 时获 取决 策知 识支持，辅助 电厂 工作 人员 对生产、经 营进 行快 速决策。2.4（1）实现 多类 型数 据的 处 理、储 存 在智慧 电厂 架构 下，
18、搭建 大数据 系统 数据 所获取的有效数据量远超传统数据管理系统的数据管理 能力；同 时，由于 大数据 系统 获取 的数 据种类繁 多，包括 静态 数据 以及动 态数 据、其他 类型数据 等，具有 不同 的数 据格式，存 在多 样性 及复杂性 的问 题，大数 据系 统 可满 足大 规模、快 速应用等 各种 要求。数据存储使用的是分布式文件存储系统，Hadoop 分布 式文 件系 统(HDFS)被 设计 成适 合运行在 通用 硬件(commodity hardware)上的 分布式文件 系统。它 和现 有的 分布式 文件 系统 有很 多共同点。但 同时，它 和其 他的分 布式 文件 系统 的区别
19、也 是很 明显 的。HDFS 是一个 高度 容错 性的 系统，适 合部 署在 廉价 的机 器上。HDFS 能提 供高 吞吐量的 数据 访问，非 常适 合大规 模数 据集 上的 应用。为 了 减 少数 据 通 信开 销，中 间 结 果数 据 2020-4-进入 Reduce 节 点前 会进 行一定 的合 并处 理；一个 Reduce 节 点 所 处 理 的 数 据 可 能 会 来 自 多 个 Map 节 点，为 了避免 Reduce 计算 阶段 发生 数据 相关性，Map 节点 输出 的中 间结果 需使 用一 定的 策略进行 适当 的划 分处 理，保证相 关性 数据 发送 到同一个 Reduce
20、 节点；此 外，系 统还 进行 一些 计算性能 优化 处理，如 对最 慢的计 算任 务采 用多 备份执行、选 最快 完成 者作 为结果。高效、快速 的利 用利 用平 台获取 的实 时数 据及历史 数据，进 行计 算及 挖掘分 析，这是 优化 决策的最 重要 的要 求，可以 帮助电 厂获 取各 个不 同系统、设备 的不 同数 据，发现数 据中 隐藏 的重 要信息。（2）数据 安全 性 大数据 系统 启动 的时 候，主节点 将进 入一 个叫做安 全模 式的 特殊 状态。安全 模式 中不 允许 发生文件 块的 复制。主 节点 接受来 自数 据节 点的 心跳和块 报告。一 个块 报告 包含数 据节 点
21、所 拥有 的数据块 的列 表。每一个 块有 一个 特定 的最 小复制 数。当节 点检查这个块已经大于最小的复制数就被认为是安全地 复制 了，当达 到配 置的块 安全 复制 比例 时（加上 额外 的 30 秒），主 节点就 退出 安全 模式。它将检 测数 据块 的列 表，将小于 特定 复制 数的 块复制到 其他 的数 据节 点。（3）应用 层数 据监 控 对于业 务层 的计 算任 务，可以监 控每 天产 出数据的 大小 和时 间，如果 出现异 常情 况（如数 据文件的 大小 骤变，计 算结 果产出 延迟 等）则进 行报警。对于实 时计 算的 应用，最 重要的 是 数 据处 理出 现 明显 延 迟
22、（分 钟延 迟、秒 级延 迟 等），即定义一系 列的 规则，触 发不 同级别 的报 警，以便 第一时间 发现 并解 决问 题。2.5 在濮阳 豫能 发电 有限 责任 公司 2 660MW 燃煤电厂 实施 的 大 数据 系统，满足数 据采 集、处理、储存、分 析要 求，能够 挖 掘出正 确的 结果，有较高的准 确性。通 过 大 数据 系统 进 行设 备健 康状 态分析，建立 设备 状态 诊断 库，实 现重 要辅 机设 备的健康 状态 评价，对 运行 状态为 差的 设备，进 行报警；提醒 设备 管理 人员 加强对 报警 设备 的检 查及维护 保养。利用 大 数 据 系 统 搭 建 工 况 寻 优
23、深 度 自 学 习算法模 型，分析 影响 机组 煤 耗的 参数，查 找相 同负荷、环境 温度 等边 界条 件下历 史最 优工 况，并与当前 工况 进行 对比，进 行参数 调节 指导。实 现不同值 别、不同 人员 对影 响煤耗 等经 济指 标调 节的辅助 建议，同 步提 升运 行人员 调节 水平。在煤价 高企、上 网电 价稳 定以及 电力 供给 侧改革的 深入，如 何更 好的 改善经 营状 况、提高 电厂盈利 能力 成为 电厂 急需 解决的 问题。利 用大数据系统 搭建 度电 利润 计算 模型，实现 各项 生产 成本及经 营收 入的 图表 化，可以深 入分 析生 产资 料消耗情 况，掌握 生产
24、变动 成本情 况，辅助 节能 降耗以及 电量 的营 销报 价。3 结论 智 慧 电 厂 以 及 智 能 发 电 技 术 是 系 统 性 的 渐进式发 展技 术，本文 通过 大数据 系统 技术 的架 构及应用 介绍，说 明大 数据 技术可 以适 应电 力行 业的数据 特征。通 过大 数据 技术对 电厂 数据 进行 深度挖掘，实 现设 备运 行健 康 状态、运行 优化 调节、经营情 况分 析等 方面 的功 能应用。大 数据 系统 对生产侧 的应 用有 着重 大的 意义，同时 也具 备无 可比拟的 技术 优势。对 着大 数据技 术应 用的 越来 越成熟和 广泛，电 力行 业也 将迎来 新的 发展 机
25、遇，利用数据挖掘手段对电厂生产管理经验的分析应用，必将 对电 厂节 能降 耗、提 升效 益有 着显 著效果。参 考 文 献 1 中 国 能 源 编 辑 部.国 务 院 关 于 积 极 推 进“互 联 网+”行 动的指导意见J.中 国 能 源,2015(9):11.2 杨学强,王 生 凤.维 修 质 量 综 合 评 价 权 重 系 数 的 确 定 与 分析.3 黄必清.基于模糊综合评价的海上直驱风电机组运行状态评估.4 张帆.智慧电厂一体化大数据平台关键技术及应用分析J.华电技术,2017,39(2):1 3,7.5 蒋明昌.火 电 厂 能 耗 指 标 分 析 手 册.中 国 电 力 出 版 社.收稿日 期：作者简 介：张玉川（1976-）,男,河 南濮 阳人,大 学 专科,信息 主管,从 事发 电企 业信息智 能化 研究 作,Tel:13503930720,E-mail:。
