基于数据湖的智慧电厂IMS平台建设及应用

马振涛 李奇颖 陈洁 赵阳 朱涛

一、 背景

电力是推动社会发展必不可少的因素，是智慧城市的重要基础和核心，也是智慧城市建设的一项重要内容。2016年2月国家发展改革委、能源局、工信部印发了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出推动互联网、信息技术与能源行业深度融合，促进智慧能源的发展，走出绿色、环保、可持续的能源发展之路。我国电力发展步入新常态，电力市场竞争日益激烈，电力企业面临的生产经营环境复杂严峻，电力企业处于关键的转型变革时期，运用大数据、人工智能、物联网、云计算、5G和区块链等新一代信息技术与发电运营管理深度融合，实现基建数字化、发电智能化、管理精细化、决策智慧化，解决电力企业面临的分析和诊断结果与发电生产管理脱节、环保、安全等问题，建设智慧电厂势在必行。

二、智慧电厂IMS平台技术架构

智慧管理（IMS）平台由边缘层、IaaS层、数据层、平台层、应用层、交互层以及标准规范体系和信息安全体系组成，其技术架构如图1所示。

（一）边缘层

边缘层实现智能视频、门禁、智能穿戴设备、无人机、机器人等智能工器工具以及发电设备、人员、控制系统、ERP系统等的平台接入、协议转换与边缘数据处理。

（二）IaaS层

IaaS层提供虚拟化的计算资源、网络资源、存储资源，是智慧电厂IMS平台运行的基础。

关于网络资源，通过生产控制网、管理信息网和工业无线网提供安全可靠和高性能的网络传输。其中采用工信部无[2015]65号政策鼓励规模推广使用的1.8GHz电力业务专网频率，提供较高质量的网络覆盖，将为智慧电厂建设提供强有力的宽带无线通信保障。

（三）数据层

基于绿色、节能、环保、高效、安全的光磁融合一体化存储技术，建立融合生产数据、经营数据、文档图片、音视频等数据的智慧电厂数据湖，并提供所有应用的统一数据访问接口。

（四）平台层

平台层作为智能电厂信息化系统的中间件平台，由大数据平台、机器学习算法平台、应用开发平台、统一报表平台构成。

大数据平台实现数据接入、数据治理、数据清洗、数据分析、共享服务等功能。机器学习算法平台提供基于大数据的科学计算、数据挖掘、数据建模、机器学习、深度学习的综合型算法工具，满足大数据应用及各类业务应用的需要。应用开发平台具备业界通用的微服务开发、运维一体化的支撑能力，提供相应可视化开发工具和公共组件以及基于中间件、容器、平台等多种运行环境，能够兼容单体架构和微服务架构的开发、兼容多种浏览器及版本，具备快速开发能力、组件丰富、兼容性高、云开发能力等特色化业务。统一报表平台配置可视化分析与报表系列产品，支持多数据源，并提供多样化的图形及表格展示方式，同时具备数据的过滤、钻取、刷取、关联、变换、旋转、切片等智能化机制。

（五）应用层

以智慧管控平台为支撑，依托高效管理、安全管控、设备健康、经济运行、智慧售电五大业务主线，实现“8+3”智慧工程以及智能安全、智能营销、智能设备等11个智慧管理等应用。

（六）交互层

交互层实现用户管理以及用户访问，并支持移动客户端应用。

（七）信息安全体系

IMS具有统一网络信息安全保护体系，实现网络空间立体协同防护，网络信息安全业务实现模块按需要部署，实现网络信息安全统一监测指挥、各安全业务模块化具体负责安全事件处置的统一网络安全保护机制。

（八）标准规范体系

标准规范体系对IMS平台相关的架构、接口、建模等技术进行规范，保障平臺研发、建设、运行和服务。

三、应用及效果

智慧管理IMS平台主要实现对工程实施现场以及电厂设备、燃料、运行、经营等方面的智慧管控。

（一）智慧工程

智慧工程应用基于EPC模式以及基于N类智能支撑设备，打造“8+3”智慧应用模块，构建集团公司、实施电厂、EPC总包方、监理单位、分包商、供应商等7类角色关系网，实现人员、物资、成本、进度、质量、环境等6大要素管控。

（二）智能安全

采用三维建模、人员定位、电子围栏、生物识别、视频分析、门禁动态授权、移动智能终端、大数据分析等先进的技术手段，对“物防、人防、技防”全面智能化升级改造，实现事故链条物理闭锁、现场作业智能风险管控、风险辨识、实时违章告警等功能，规范运行和检修作业过程，强化管理人员上岗到位，实现人员安全、设备安全、环境安全、管理安全管控，保障安全生产。

（三）智能运行

基于大数据平台、算法平台、人员定位、智能机器人等技术，实现对所有运行设备的全过程监督、统计、查询、汇总、分析、深度挖掘，利用机器学习与人工智能技术，实现运行管理规范化、智能化，实现生产过程的智能监视、智能分析、智能对标与考核评价，保证机组高效环保运行。

（四）智能设备

采用标准数据模型规范，建立核心编码规范，实现KKS位置码、设备编码、物资编码、资产编码联动；基于三维建模技术，构建与实际电厂一致的虚拟电厂，实现三维展示与设备智能监控，基于大数据平台（海量历史数据）建立设备健康状态预测模型，提高设备可靠性与设备检修科学性，有效防止设备欠修或过修，节省检修成本；在此基础上实现设备从选型、采购、安装、调试、运行、检修、改造、退役的全生命周期管理。

（五）应急管理

基于大数据平台、VR、AR、三维技术，通过集成指挥调度、分级管理、快速反应等功能，建设业务上全面覆盖、数据上互通共享、流程上相互衔接、管理上协调一致的应急指挥管理系统，实现对应急事件事前、事中、事后（保护、预防、反应、恢复）全生命周期的智能化处置。

（六）智慧经营

通过利润、电价、电量实时分析以及指标管理、预算分析与管理、指标分析与管理、辅助决策等技术，实现精确的“实时成本”分析与“日利润”预测，在一定的期间范围内反映企业的经营成果；发挥各管理技术之间的协同作用，实现发电生产成本的预控与动态分析，提升电厂竞价上网分析报价能力，保证效益的最大化。

（七）智慧营销

智慧营销采用大数据分析、人工智能等先进的信息化手段，结合季度变差法、灰色预测法、马尔可夫预测法、GDP弹性系数法等算法模型，对电力交易海量数据进行清洗与分析，为市场主体提供负荷预测、价格预测和收益预测等辅助决策信息，并通过人工智能方法实现预测结果修正和算法模型优化，实现实时管控、执行预警、计划考核、报价辅助等，实现成本管理（度电变动成本、度电固定成本、度电财务成本、度电完全成本）和电价管理（边际电价、资金平衡电价、盈亏平衡电价、目标利润电价）。

（八）智慧燃料

基于大數据平台、算法模型、智能设备实现燃料计划预测、采购、验收监管、数字化煤场、采制化一体、燃料价值链管理等功能，实现燃煤的收、耗、存对应量、质、价信息的精准化管理与全过程闭环管控。

（九）智慧物资

利用二维码实现物资的到货验收、出入库、领料、退库、退货、盘点的自动化，实现仓储的智慧化管理，提高工作效率，减轻人员负担，确保盘点的实时性和准确性。结合物资计划申报制度和平衡利库技术，全面降低库存成本，并借助人工智能、数据挖掘、业务管理模型及方法等手段推进物资管理的规范化、精细化、智能化、柔性化库存管理。

（十）风险管控

围绕公司整体战略规划和经营目标，建设智能风险管控体系，通过采集与集成公司相关业务智能系统的数据，对企业战略、市场、财务、运营、法律五大风险的关键业务数据和核心指标进行监控、对比、分析，实现在线风险识别、评估、监控，实现对重点单位、主要业务及关键环节存在风险的超前预警，促进企业风险的可控、在控、预控。

（十一）智慧党建

通过整合各方资源，更有效地加强组织管理，提高服务群众水平，打造新平台、新模式、新型态，全面提升党建工作科学化、智能化管理水平。

（十二）一体化管理

利用智慧企业生态系统与大数据架构，结合企业管理相关制度、标准和实际情况，建设涵盖智慧企业建设所需的行政办公、人力资源、智慧班组、智慧法务、智能工作台等管理相关内容，构建一体化管理平台。

四、结论

本文提出了一种基于数据湖的智慧电厂IMS平台解决方案，并介绍了其在安全、运行、经营、营销等方面的应用。该IMS平台围绕人员、区域安全管控，利用定位、视频识别等技术，融合业务管控流程，实现主动安全管控；围绕重要系统和设备的健康状况，利用视频分析、大数据分析技术，实现设备故障预警；围绕机组和设备的经济、环保运行，利用大数据分析技术，提升机组和设备的运行水平；融合经营与外部数据、实现成本、电价、负荷实时联动，实现售电辅助决策，提升市场的适应性；整合厂内数据、优化业务流程、减少岗位设置，实现高效一体化管理。智慧管理IMS平台助力打造安全一流、技术一流、质量一流、效益一流的智慧电厂。

作者单位：马振涛 国家工业信息安全发展研究中心

李奇颖、赵阳、朱涛 北京易华录信息技术股份有限公司

李奇颖 北京科技大学

陈洁 国电龙源电气有限公司