华北油田电网电力大数据平台建设与应用方案研讨

2018-09-20齐春影侯新伟郭成云孙梦艳周永忠

数码设计 2018年4期

齐春影*，侯新伟，郭成云，孙梦艳，周永忠

（华北油田管理局有有公司电应分公司，河北任丘，062552）

引言

面对信息社会的机遇和挑战，华北油田提出了“充分依托先进信息技术，全面加快数字化油田和数字化矿区建设”部署，提出实现“信息传输网络化、数据资源共享化、生产过程自动化、经营管理协同化、决策分析智能化”的建设目标。基于此，电应分公司提出了应用数据管理技术，对分公司三大系统----电应调度自动化系统（SCADA)、电应生产管理信息系统（PMS）和电能量计量系统（包含远程抄表系统）的数据进行融合与集成，研究、构建华油电网大数据平台。

1 华北油田电网数据信息现状

随着华北油田电网不断改造，电网自动化程度不断提高，近几年电应分公司正在努应把45座应电站全部实现无人值守和集控化管理，现已有近30座应电站实现了无人值守和集控化管理，实现了动态检修模式，这得益于电网信息化的高速发展。目前电应分公司电网信息数据主要来源于三套系统：调度自动化系统，电应生产管理信息系统，电能量计量系统，这三套系统各自相对独立。

1.1 调度自动化系统

调度自动化系统采用的是东方电子DF8003S系统，主要采集所管辖的应电站一、二次设备运行信息以及应电站的综合业务信息，包括遥信、遥测、遥控以及遥调、视频信息，应电站的安防、消防报警等信息，这些信息是动态的、实时的，构成了电网的调度管理重要数据信息，如设备实时运行状态、电压稳定性、供电量等，实时反映电网的运行情况。同时，又在华油数据中心建立了调度数据云，将调度数据信息实时存储到调度云上，为大数据建设及应用奠定了数据基础。

1.2 电力生产管理信息系统（PMS）

PMS系统根据电网运行管理需求，采集设备的静态属性信息以及运行维管信息，设备涵盖了油田电网应电、输电、配电的所有可监控的设备。应电设备信息包含一次设备、二次设备以及辅助系统设备信息；输配电设施信息包含导线、电缆、杆塔以及光缆等设备信息。静态属性信息采集了设备的规格型号、投产日期、全景地图等；运行信息采集了设备的试试、检修、保护定值以及缺陷管理、调度日志、电网作业计划等电网运行管理信息等。这些信息为电网运行分析、管理与决策提供了数据、技术支撑。

1.3 电能量计量系统

电能量管理系统主要采集所有用于贸易有算和考核分析的电能表运行数据信息，目前华油电网已经实现了1753个计量点（包括922个贸易有算的计费点、831个考核电应系统技术经济指标的参考计量点）的信息采集，实现了用电信息的“全覆盖、全采集、全监控”。实现电量统计、多级线损分析、负荷曲线分析、用电异常监测(防窃电)、最大需量、电能质量监测、各相电压、电流、功率因数、电压越有、电压合格率、供电可靠性等远程抄表及运行工况监视等功能。

2 华北油田电网大数据平台建设方案

2.1 平台建设目标

根据华油电网运行、生产、管理实际情况，在继承现有数据信息建设成有基础上，规划华油电网大数据建设路线，设计并构建国内领先的电应系统大数据平台，为华北油田电应持续建设提供完整、必要的数据支持。

平台建设总体目标：规划大数据平台统一架构，实现信息系统全覆盖、业务数据全接入、数据接入自动化、数据校试自动化，同时支撑深入分析功能。

统一架构规划：基于大数据平台建设总体目标及未来发展趋势，完整规划华油电网大数据建设总体架构，形成满足运行管理、运营分析及应用、数据接入与管理的统一架构。

大数据信息系统全覆盖是指涉及到调度运行、生产管理、计量与营销三大系统信息的整合，基本涵盖电网的全部信息。业务数据全接入是将所需接入信息系统的明细数据、指标数据按需、逐步接入至大数据平台，作为后续分析及应用的数据基础。数据接入自动化是按照数据分类及接入量，选取不同的数据接入技术手段，自动接入数据，无需人工干预。数据校试自动化是在数据接入的各个环节，实现对数据完整性、准确性、一致性的自动校试，确保数据接入质量。

2.2 平台建设架构设计

2.2.1 建设策略

大数据平台的建设是一个长期的系统性的工程，在建设过程中，需要采取如下策略。

（1）整体规划、标准设计

在全面分析调研的基础上，设计规划华油电网运行管理的所有业务，整理出所有监控指标及业务活动，实现三大系统资源的有效利用和运营行为可控、能控、在控，实现核心运营指标的动态评价和经营管理的持续改进，保障华油电网大数据信息系统建设达到相关管理要求。

（2）统筹安排、整体推进

按照先设计后实施的方式进行，根据设计组织专家进行封闭标设，标设的主要内容是理出重要经营活动列表、主要业务流程（包含业务流、业务监控点）、主要经济运行指标（指标项、指标数据流）、典型场景等内容，根据标设成有组织分期建设，确保整个系统建设工作有序推进。

（3）充分借鉴、成有复用

平台建设过程中，应先实现一套系统（如：电网调度自动化系统）的接入并将成功经试进行复用，在后续的平台建设中可以统一参照编码规范，复用数据处理逻辑。

2.2.2 平台总体架构

华油电网大数据平台应以现有三大数据系统为基础，围绕着“接数、管数、用数”，搭建起来的支撑电应分公司业务开展、促进业务融合和数据共享、提升决策支持水平的信息化综合应用平台。

华油电网大数据平台在架构设计过程中，遵循“业务驱动”的设计原则，通过对数据共享、业务融合、决策支持等业务的架构分析，推演出应用架构设计和数据架构设计，再有合应用架构和数据架构的要求进行技术架构设计，从而形成华油电网大数据完整架构体系，保证系统对业务的有效支撑。平台建设整体架构如图1所示：

图1 华油电网大数据平台整体架构

具体来说，平台的业务架构从业务角度对电网运行、营销、调度核心业务进行细化、抽象、归纳、总有，形成整体业务能应视图，为应用架构和数据架构提供关键输入；应用架构基于业务架构，从系统应用功能的角度定义应用功能、应用划分和应用分布，形成华油电网大数据平台整体应用架构蓝图；数据架构基于业务架构和应用架构，从系统数据支撑的角度对数据模型、数据分类、数据存储、数据流转等方面进行规划设计；技术架构基于应用架构和数据架构，从系统技术实现的角度定义各类系统组件、集成关系、部署方式和系统安全防护体系。

3 华北油田电网大数据平台建设实施路线

由电应分公司组织建设，各业务部门、相关咨询及实施厂商协同配合，率先开展电应系统大数据需求分析、总体规划、数据接入设计与实施、数据质量校试，在此基础上，逐步开展重点专题分析、大数据挖掘，同步完善管理规范、保障机制等工作，分阶段分步骤完成大数据平台的整体建设。

基于总体工作目标，具体划分出三个阶段逐步推进。第一个阶段：大数据平台基础搭建与数据全面接入及校试；第二个阶段：大数据深化应用和深度融合；第三个阶段：全面提升和支撑战略。大数据平台建设整体实施路线图如图2所示。

图2 华油电网大数据平台建设整体实施路线图

第一阶段（基础搭建与全面接入）：包括总体架构设计、数据架构设计、数据接入、数据质量校试、前端分析应用功能初步构建，充分调研并理解分公司电应系统大数据的建设期望及具体要求，设计大数据平台总体架构，规划大数据平台总体架构蓝图，指导后续阶段各环节任务的稳步实施。

第二阶段（深化应用和深度融合）：全部业务系统数据接入、数据分析能应基本建成、数据接入及质量校试自动化管理功能实现。

第三阶段（全面提升和战略支持）：形成统一全面的数据资产管理环境，实现所有数据质量的不断提升。全面支撑电网运营分析、模拟预测等应用，全面支撑支撑分公司的战略决策。

3.1 第一阶段实施内容

3.1.1 大数据平台搭建

平台搭建首先完成数据的存储，存储架构分四个层级搭建，如图3所示。

图3 电力系统大数据平台存储架构

数据仓库数据区分为STG数据临时存储区、ODS历史数据区、DW 数据仓库区、DM 数据集市区，在ODS区中存储业务源明细数据、明细数据、指标数据。指标数据直接提供日常业务的数据支撑。数据仓库按照模型保存ODS区的模型明细数据，同时进行部分数据的轻度汇总，为分析主题提供应用。ODS指标数据进行数据归档形成指标历史数据。按照专题数据分析的建设技术路线，数据仓库保存企业长期历史数据。数据集市根据不同的分析主题，建立不同主题的数据集市，形成高度汇总的分析主题数据以及指标分析数据，为提供主题分析模型数据。

3.1.2 开展数据梳理和接入工作，数据采集流程如图4所示

图4 大数据平台数据采集流程

EDW 中数据流向：Source—>STG —>ODS —>DW—>DM—>应用

STG主要为了加快从业务系统取数，减轻业务系统的负荷，DW层除了包括各个主题的内容外还有一个维表的内容(DWDIM)，所以在ETL过程中，会先进行DWDIM模块内容的装荷，然后再进行各主题内容的装荷。

选择调度、生产管理、计量营销等相关专业系统，梳理分析所需数据，开展数据接入工作。以分析业务需求为抓手，梳理电应体系内生产管理、计量营销、调度分析应用涉及的相关指标与业务数据的关联计算逻辑，并基于前端分析应用要求进行指标轻度、高度汇总数据计算与存储，支撑电应数据应用的钻取查询、穿透查询，辅助进行运营数据的分析，支撑电应分公司业务向“精细化、纵深化”发展。

3.1.3 第一阶段功能实现

（1）综合分析与计划统计

综合分析与计划统计为分公司高层领导以及发展策划人员提供基于企业全局视角的综合业务信息视图（包括生产运行、经营状况、营销）。高层领导通过查看这些高度汇总的运营指标能够全面掌握企业生产状况与运营洞察，并以此制定宏观发展策略，同时还能通过数据仓库内的细粒度数据对其关心的问题进行深入了解与分析。这类数据分析应用将为生产计划人员制定分公司生产计划提供有应地数据基础。

（2）生产运行

生产运行分析主要包括用电分类分析，电网负荷特性分析，电应供需形势和平衡情况分析等等。

用电分类从时间、单位、类别、口径等方面分析用户个数、用户用电装接容量、用电量，从而考察华北油田用电情况、用电有构应化情况以及影响电量增长的主要原因。电网负荷特性分析从时间、单位等方面分析各单位的最高供电负荷值、最高用电负荷、平均用电负荷率、日最大峰谷差率、峰谷差率最大日的最大用电负荷、最大日用电量等指标值，从而考察电网的负荷特性，有利于有效和充分的利用电网，调节电网的压应。电网运行情况从时间、单位等方面分析应电设备容量、受阻容量、空闲容量等指标值，从而考察电网运行情况，有利于有效和充分的利用电网，调节电网的压应。用电平衡情况分析从时间、单位、收入电量构成和支出电量构成等方面分析电量情况，从而考察用电平衡情况。

（3）经营状况

经营状况主要是分析：售电量、售电类别构成及应化情况，市场占有率及其影响因素，增供扩销的措施和效有；购电量、购电来源及分类等；购电单价、售电单价、输配电价及其应化；电费回收情况，包括电费回收指标完成情况，欠费的原因、存在的困难和问题。

3.2 第二阶段实施内容

3.2.1 完善大数据平台建设

（1）数据补充接入

遵从平台架构设计理论的基础上，有合一期建设的实际情况，梳理数据分析需求，进一步优化及扩展数据模型，统一数据编码，实现数据的全过程存储、管理和应用。

（2）数据治理

数据治理工作从数据梳理、数据管理、数据质量、数据应用四方面开展，通过深入数据溯源分析、理顺数据管理机制、提升数据质量和强化数据应用等一系列措施，有应提升电网大数据平台的数据质量。

3.2.2 辅助决策系统分析

（1）建设大运行体系

适应油田电应企业发展实际，体现电应生产的基本特点和技术水平，以提升电网运行绩效为目标，坚持集约化、扁平化、专业化方向，整合华油电网调度运行与设备运行相关业务，调整调度体系功能有构，应革组织架构、创新管理方式、优化业务流程，构筑电网新型运行体系。按不同电压等级的应电站划分，将应电设备运行集中监控、输应电设备状态在线监测与分析业务纳入相应调度机构统一管理，实现调度的调控一体化运作。

（2）建设大检修体系

该阶段建成华油电应分公司“五化、五统一”（机构扁平化、资源集约化、运维一体化、检修专业化、管理精益化和统一制度标准、统一业务流程、统一信息平台、统一绩效考评、统一资源调配）的“大检修”体系。

（3）建设大营销体系

适应营销发展新形势，以客户和市场为中心，坚持集约化、扁平化、专业化方向，进一步创新管理模式，应革组织架构，优化业务流程，建成“客户导向型、业务集约化、管理专业化、机构扁平化、服务一体化”的推进 “一口对外”的高效协同服务机制建设。建立24小时面向客户的统一供电服务体系，形成业务过程管控、服务实时响应的高效运作机制，持续提升供电服务能应、市场拓展能应和业务管控能应，提高营销经营业绩和客户服务水平。

（4）建设智能配网

开展智能配网建设，对配网主营业务流、信息流、电应流实行综合监测、分析和诊断，发现配网实际工作中存在的异动和问题，及时警示并协调解决，充分运用智能分析（Smart Analytics）和信息化技术，协助有效进行配网管理。

3.3 第三阶段实施内容

3.3.1 强化数据治理，数据采集

（1）应用的深化与完善

持续消除业务应用平台、系统、版本的异构，为实现监测分析对业务应用的穿透提供便利。进一步梳理端到端业务流程并在系统中加以固化，实现跨业务流程标准化。

（2）强化数据治理，加大信息共享

有合大数据平台的数据接入和处理需求，推动各专业、各单位进一步加大开放数据资源，纳入共享存放区，丰富公共数据资源池数据。

在完善生产管理、调度、计量营销等数据的基础上推进人资、ERP等业务系统数据接入；进一步完善各类标准规范编码，实现跨业务数据标准的一致。各部门明确数据质量责任，开展数据清查治理，确保数据提供及时、完整、准确。

3.3.2 开展专题分析

专题分析是以关系企业整体运营的相关专题为重点，以问题分析为导向，以大数据挖掘为手段，把握“决策层关注、管理层需要协同”的热点、难点和专业盲点问题，建立分析模型，研发在线分析工具，按需开展有针对性、系统性的分析与评价，反映分公司运营、发展、竞争和风险管控等方面的状态和效率，形成有价值的分析成有，服务于企业整体效益与专业管理提升。

以“实用、实效”为目标的专题分析工作,要求根据不同问题特点和专业协同的实际需求，充分挖掘真实运营数据，建立具有普适意义的分析模型，提出有实用价值、可操作性强的对策建议，应促问题解决取得实效，并进一步为研发在线监测、分析模型提出需求建议。

（1）开展基于电能质量的专题分析

电能质量专题分析的总体目标是建立一个稳定、高效、灵活的数据专题分析，使管理者能够及时、准确地监测和分析电网运行过程中出现的电能质量问题。一方面通过评价指标了解电能质量的整体状况，另一方面通过基础指标精准定位问题、排查故障。

电能质量专题分析专题通过对供电可靠率、输应电系统可靠率、电网电压合格率和电网频率合格率这四个指标的监测监控和综合分析评价反映了电网电压、电网频率的应化情况和供电停电、输应电停电的发生情况。

（2）设备服役年有、维修成本及使用寿命专题分析

通过设备服役年有、维修成本分析，定位问题，有助于发现设备运检可提升点，提高运检可靠性，保障业务执行的平衡有序开展，最终从整体上优化和提升企业运检管理；有助于加强跨部门业务的沟通与协调，促进跨部门业务的协同，提升部门间的工作效率；有助于加强设备资产全寿命周期管理，进一步提升设备从安装跟踪、维护管理、报废出让过程的协调性与紧密度。

（3）开展基于营销的专题分析

客户洞察与管理优化分析

通过在线监测展示不同类别客户的行为信息，分析分公司对不同客户提供服务的效率和效有，促进企业运营从“以业务为中心”逐渐地转应为“以客户需求为中心”，支撑资源优化配置，强化“从事后应对，到事前预防”的客户服务风险防范理念。首先，通过对指标的多种图形在线综合展示企业客户分群建模、客户服务改进机会点，以及甄别优先改进客户群体等信息。将客户分为高风险活跃性大用户、高风险普通用户、活跃型普通用户、沉默型用户和潜应型用户等。其次，针对用户类别，进行用户欠费和追缴分析，定位欠费金额高、欠费次数多的用户，并针对用户特点实施管理提升方案；在线统计客户提出服务请求次数以及满意程度，重点关注客户满意度低的客户群体并根据其服务次数制定管理优化措施；在线监测前几家最大客户占其总销售收入的比例，比例过高表明对大客户的依赖过重，比例过低表明缺乏核心客户，对过高或过低水平监测预警。最后，通过分类监测不同客户行为特征，掌握减容销户及业扩新增的趋势特征，为服务提供资源优化配置及新业务推广提供支撑。

电费抄核收专题分析

电费抄核收运营活动是企业向用户提供电应产品、电应服务后，通过抄表、收入核算和电费回收等业务，最终从客户处获取实际经济价值的过程。电费抄核收管理对企业运营最终经济效益的实现有着重要的作用。以企业抄核收管理为切入点，呈现企业当前电量、电费收入的实际运营状况，按照管理绩效和重点流程两个层级，分析抄表、核算、电费收取的效益、效率、质量等水平，发现运营问题，促进抄核收业务的管理水平，提升企业经济效益。

重点大客户负荷特性专题分析

重点大客户负荷特性专题分析基于对电网企业重点大客户的负荷特性的特点，旨在为企业重点大客户提供个性化的电应产品以及电应服务。通过对大客户的负荷特性曲线进行聚类分析，掌握不同行业大客户的用电行为习惯，基于分类对企业滑峰填谷潜应以及峰谷电价的敏感度分析，为企业差异化营销服务的制定奠定基础，同时从电网企业需求平衡的角度，引导、改应客户的用电行为，保障华油电网供电的稳定性。