电网与电力生产数据管理平台的智能融合技术研究及应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：陈长安（1973)，男，汉族，四川巴中人，机电工程师，研究方向为电网输配电管理，电气自动化控制；李建国（1984），男，汉族，四川汉源人，电气工程师，研究方向为电气自动化控制。-67-电网与电力生产数据管理平台的智能融合技术研究及应用 陈长安 李建国 四川川煤华荣能源有限责任公司广元电力分公司，四川 广元 628000 摘要：摘要：电网与电力生产数据管理平台是一个综合性的系统，旨在通过数据采集、存储、处理和分析，实现对电厂运营管理的全面监控和优化。该平台集成了各种传感器、监测设备和数据采集系统，能够实时获取电厂各个环节的数据，包括发电设备、输电系统、配电网络、能源消耗等方面的数据。该平台通过数据采集与存储，实时获取电厂各环节的实时数据，并将其存储在可扩展的大数据存储系统中。同时，在对采集的数据进行处理分析之后，数据管理平台能够及时发现潜在的风险和运行趋势，支持电厂工作人员做出准确的判断和决策。该平台提供实时的运行监控功能，可以实时监测设备的运行状态、性能和效率。同时，平台还可提供历史数据和生产趋势分析，进行设备计划性维护预警、故障预警，帮助电厂规避潜在风险，并采取相应措施，以减少设备故障率及降低生产故障成本。平台还可实时监控电厂的能源消耗并自动分析，以对管理层提供节能建议和运行优化策略，降低能源成本和环境影响。平台还提供直观的可视化界面和报表分析功能，将采集到的数据以图表、报表等形式展示出来，帮助电厂管理人员更好地理解数据，并做出决策。关键词：关键词：电网；数据智能融合；数据管理分析 中图分类号：中图分类号：TM73 1 建设思路 1.1 建设基础 四川川煤华荣能源广元电力分公司在电网与电力生产数据管理平台的建设具有如下优势。（1）全系统现场总线：利用先进的现场总线技术与智能仪表相结合，为智能分析和高层应用提供海量数据，是实现数字化发电厂的基础。（2）机组自动化程度高：通过各种控制逻辑的结合，实现机组启停的高度自动化，大大降低了人员劳动强度，规范、规范了机组启停操作。（3）信息集成系统设计：创建信息集成服务器平台，将公司电网与生产信息进行融合集成然后拓扑化，集数据分析、数据采集、数据共享合数据应用于一体的多功能平台。实现“信息共享、数据集成、以点带面”，降低人工成本，实现公司内部数据和信息流的有机统一。（4）充分应用互联网技术：在一体化信息平台的基础上，充分利用移动应用的优势，创建了移动应用程序，大大提高了信息交流的便捷性和准确性。1.2 整体架构 本项目电力网与生产数据管理平台整体架构如图 1 所示，包括智能平台、智能应用、基础数据 3 个层面，图 1 对各方面都进行了直观的描述。图 1 电网与电力生产数据管理平台整体架构 1.3 功能架构 围绕智慧电厂自动化、标准化、信息化、数字化、智能化的功能需求，本项目拟建设 1 个中心：智慧管控中心，3 大功能：智慧经营、智慧生产、智慧管理。3 大功能为建设重点，包含 8 大功能，各个功能为生产应用。具体的功能架构如图 2 所示。中国科技期刊数据库 工业 A-68-图 2 电力网与电力生产数据管理平台功能架构 1.4 网络架构 本项目电网与电力生产数据管理平台通信网络结构严格按照电力二次防护的要求设计，内网专用，厂级层面包括了智能生产控制系统、监控系统、厂级服务器等模块，每个模块都与厂级数据服务器建立数据接口，将所有生产运行模块进行组网构建。厂级数据中心是集电厂所有数据的存储与交换、计算与分析、应用控制等功能于一体的重要智能基础设施中心。厂级数据中心还将与电网和电力生产数据平台建立数据接口。它不仅可以将厂级的实时生产经营数据推送给上级并实时监控，还可以通过上级单位的数据中心服务器实现不同厂之间的数据交换，时效性高、数据范围广等特点，最终实现远程互联。2 建设内容 本项目经广泛调研，并遵循电网与电力生产管理平台建设的初衷和目的，形成了以下几个建设内容：包括 1 个智慧管控中心，1 个平台，3 个厂级数据中心，实现 3 大功能、8 个模块。3 厂级数据中心建立 3.1 大概内容 厂级数据中心是实现厂-管理层数据交换的重要节点，从基层各个子系统读取数据，经过数据处理和配置，然后跟智慧管控中心进行数据交换，是数据服务器集群的一个节点分支。本项目新建厂级数据中心 2个，分别位于嘉川发电车间、代池发电车间。3.2 建设方案 3.2.1 厂级服务器网络 嘉川、代池发电车间数据中心连接的主要子系统分别有：锅炉汽机控制系统、输配煤控制系统、输水控制系统、脱硫控制系统、视频监控系统，两个车间均建设一个数据服务器，用来和上下级进行数据交换实现信息高速互通。图 3 电力网与电力生产数据管理平台功能架构 两个发电车间目前的生产控制是基于组态王Kingview6.55 开发版本的上位机软件，汽机锅炉、输配煤、输水、脱硫等分支环节均采用此软件共同构成车间生产监控管理平台，此版本软件具有无限点开发权限、内置编程语言、内置高速历史库、多种网络通信协议等优点，能以较为灵活的方式实现我公司生产系统组网需求和其他各种不同类型网络客户端/服务器端的通信连接。3.2.2 厂级服务器建立步骤 网络配置：以嘉川发电车间为例（代池发电车间操作相同），要作为厂级服务器，必须要连接厂内所有控制系统，否则管控中心数据平台无法读取车间生产数据，由于厂内的汽机锅炉系统、脱硫系统、输配煤等系统未在同一网段，所以服务器的 IP 网段需要分别设置，并分别连接相关变量数据，具体连接过程不做介绍。连接完成后，首先配置数据服务器站点。双击打开工程浏览器的网络配置对话框。选择“连网模式”，节点类型将“本机是登陆服务器”、“本机是 I/O服务器”等所有选项勾选，数据服务器配置完成。为了保证网络时钟的一致性，我们还可以选择“本机是校时服务器”选项。如果选择这个选项，需要输入校时间隔，或者按照默认值进行设置。以上步骤完成后，数据服务器站点的配置就完成了。这将确保本机作为登录、I/O 和历史记录服务器运行，并能够通过网络与其他设备进行通信和数据传输。同时，网络时钟的一致性也得到了保证。配置完成后，中国科技期刊数据库 工业 A-69-单击“确定”按钮，关闭对话框，暂时完成该站点的网络配置。该服务器连接了嘉电机炉系统、输配煤系统、脱硫系统、煤泥系统、输水系统，网络配置完成后，达成了与数据管控中心平台进行数据交换的初始条件，网络结构示意图如下：图 4 网络结构示意图 3.3 数据管控中心服务器建立 该服务器负责与嘉川、代池发电车间建立通信连接，两车间所有实时生产数据、历史记录、报警信息、设备状态等信息均可通过该数据服务器获取，同时，多个管理层客户端可通过内部局域网访问该服务器实时了解生产信息，实现远程监管。3.3.1 网络配置 数据管控中心服务器需要分别连接嘉川、代池厂级服务器，两个厂级服务器分别作为一个网络节点，且 IP 地址不在一个网段，需要在数据管控中心服务器中创建网络节点并设置 IP 地址。打开工程浏览器，双击网络站点，点击新建，输入厂级服务器名称，创建网络节点。3.3.2 变量的导入 在工程配置中需要对两个车间的所有变量数据进行导入，并将变量连接地址设置成相应厂级服务器的IP 地址，变量名称必须完全与厂级服务器变量名称相同，否则会造成数据读取失败。数据中心服务器创建完成后，再将工程文件拷贝至客户端，配置相应的 IP 地址即可进行服务器-客户端的双向通信连接，实现对所有车间进行实时的、全过程的生产数据监管，并可随时调取实时的成本数据，实现智慧经营、风险管控和远程一体化管理。3.4 电网的智能决策系统建设 3.4.1 项目背景和意义 近年来，我国电网建设和技术升级改造取得了很大进展，其中变电站无人化发展成为普遍趋势。从 1990年开始的 5 年时间内，全国的无人化变电站从 14 座上涨到 340 座以上，现在无人化变电站在电网中已经非常普遍。图 5 数据中心生产管理系统界面 为了满足无人化变电站的使用需求，现场配备了先进的自动化综合保护系统。这些系统利用自动化控制系统采集到的数据信息，为电网提供科学的最佳在线运行指导。然而，随着电网规模的不断扩大和复杂化，传统的监控方式已经无法满足现代电网的需求。因此，本项目旨在利用已有变电站 EDCS 控制系统的数据资源，研发智能决策应用程序。这些应用程序将为电网提供科学的最佳在线运行指导，运用科学的方法为电网调度人员提供电网事故发生后的事故诊断和恢复决策。这将有助于提高电网的稳定性和可靠性，减少事故发生的可能性，并为调度人员提供更准确、更快速的决策支持。本项目的成功实施将为我国电网的发展和技术改造做出重要贡献，为未来的智能化电网建设打下坚实基础。图 6 智能决策系统框架 3.4.2 系统构成主要框架 唐、代、石、赵 35kV 站和嘉川、代池发电车间均通过自带的网口利用Modbus/TCP通信协议与数据管控中心 PLC/wincc 系统进行数据交换，实时获得电网运行参数和保护动作等信息,在保证 EDCS 系统正常工作中国科技期刊数据库 工业 A-70-的前提下,使用相同的规约共享系统数据。数据信息为本系统的智能分析工作提供了数据来源，同时增强了管控中心数据的通用性和使用效率。3.4.3 故障诊断与事故恢复 故障诊断与事故恢复模块是电网安全稳定运行的重要部分，它利用 EDCS 系统采集的数据资源，自动处理故障报警信息、判断故障位置，为值班人员提供恢复决策支持。通过缩短事故处理时间，可以防止事故扩大，最大限度地减少损失。针对所考虑的实际系统包括 110kV、35kV 和 6kV三个电压等级，可能具有环网运行结构，但网络结构并不复杂的特点，本功能模块采用枚举法自动形成所有可能的运行方式。枚举法是一种通过列举所有可能情况来解决问题的方法。在这里，它被用于自动生成所有可能的运行方式，以便对每个运行方式进行评估和选择。在计算每一个运行方式的各项指标时，本功能模块会考虑多个因素，如故障位置、电源点、负载分布等。这些指标包括但不限于恢复时间、供电损失、系统稳定性等。通过综合考虑这些指标，可以确定哪一个运行方式是最优的，即能够最快速度恢复供电。最终，本功能模块会根据计算结果，自动提供最佳运行方式供运行人员参考。这样，运行人员可以根据实际情况和判断，选择最合适的恢复方式，从而尽快恢复电网的正常运行。总的来说，故障诊断与事故恢复模块在电网中的作用非常重要。它利用先进的技术和方法，自动处理故障信息，判断故障位置，提供恢复决策支持，以缩短事故处理时间，防止事故扩大，最大限度地减少损失，指导电网调度人员快速决策并恢复供电。所考虑指标包括环网运行、分网运行、母线分段/并联运行等，运行决策依据速断、过流、单相接地、开关状态等故障信息自动生成。4 应用效果分析 4.1 能源生产与优化 电网与电力生产数据平台利用实时监测和收集的数据，对电厂的能源生产过程进行全面分析和优化。这些数据包括发电设备的运行状态、能源消耗情况、环境参数等。通过对这些数据进行实时监控和分析，可以提高发电设备的效率、可靠性和安全性。例如，平台可以统计设备运行时长，并及时发出报警，以便进行维护和检修，避免因设备故障而导致停机和生产损失。此外，通过对能源消耗情况的监测和分析，平台可以帮助电厂识别能源浪费和低效率的问题，并提供相应的改进方案，以降低能源成本和环境影响。4.2 风险管理与安全控制 电网与电力生产数据平台有助于电厂实现全面的风险管理和安全控制。通过对电厂各项数据的综合分析，平台可以识别出潜在的安全隐患和风险因素，并采取相应的措施进行预防和控制。例如，平台可以实时监控设备的运行数据，甄别设备的异常数据和潜在风险，及时采取有效措施，避免因设备故障而导致的安全事故。4.3 能源规划与决策支持 电网与电力生产数据平台是一个非常重要的工具，它为电厂的决策者提供了全面的数据支持，帮助他们做出更加合理和科学的能源规划和决策。通过收集和分析历史数据和实时数据，这个平台可以提供以下几方面的帮助：1.能源规划：通过对历史能源消耗模式和实时电 力需求的分析，平台可以预测未来的能源需求，为决策者提供制定合理能源规划的依据。2.发电预测：基于历史发电数据和实时天气、气 候等信息，平台可以预测未来的发电量，帮助决策者安排合理的发电计划。3.优化决策：平台可以对不同的决策方案进行模 拟和优化分析，评估各种方案的效果和风险，为决策者提供科学依据，帮助他们选择最佳的决策方案。4.风险管理：通过分析历史数据和实时信息，平 台可以预测潜在的电力生产风险，帮助决策者采取适当的措施来规避风险。通过大数据平台的支持，电厂可以实现更有效的能源规划和管理，提高运营效率和经济效益。同时，通过对电网与发电生产的数据整合，能更好地为电网安全供电提供全面的数据支持和决策依据，为创建智慧电厂提供了重要基础。5 总结 电网与电力生产数据管理平台作为厂网数字化转型的重要工具，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。通过对关键技术的研究和应用，可以实现电厂运中国科技期刊数据库 工业 A-71-营的高效、智能和可持续发展。然而，大数据平台的建设和应用仍然面临着技术、数据安全和隐私保护等挑战，需要进一步研究和探索。相信随着技术的不断进步和应用的深入推进，一体化数据平台将在未来发挥更加重要的作用，为电力行业的可持续发展做出贡献。参考文献 1庞九凤,陈亮.电力大数据处理平台及应用J.电子技术与软件工程,2016,7(15):22-26.2裴珍.国家电网公司非结构化数据管理平台的设计与实现D.天津:天津大学,2023.3王晓辉.基于 SOA 的电力 GIS 平台及关键技术研究D.北京:华北电力大学,2023.