基于全业务流程的电网企业全景管控平台生产指挥体系构建

2024-01-09白文远张玉刚牛欢欢王胜利刘义德蒋甘宁

兰州工业学院学报 2023年6期

白文远,孙涛,张玉刚,牛欢欢,王珂,王胜利,刘义德,蒋甘宁,刘凯

(1.国网甘肃省电力公司,甘肃兰州 730030;2.国网甘肃省电力公司超高压公司,甘肃兰州 730070)

国网甘肃超高压公司积极响应党的二十大报告中关于碳达峰、碳中和能源革命的要求,在国家电网公司“一体四翼”高质量发展任务的指引下,致力于推动科技创新与管理创新的深度融合,以实现企业管理与运营的高效化、智能化、信息化和可持续发展。通过践行智慧电网理念,公司利用先进技术和数据分析手段,实现对电网设备和供电系统的实时监测和运行优化,提高电网的安全性、可靠性和可持续性。

1 生产指挥体系总体建设思路

能源互联网下的生产指挥体系是通过全业务流程全景管控平台来实现生产业务的全方位可视化管理。通过对生产指挥体系进行优化,并加强指挥中心人才队伍的建设和培养,提高大电网的安全性和稳定性。对生产组织、方式以及基层基础现状进行分析,并提出可行的变革建议,以提升生产效率和质量。通过大数据生态互联的生产数据价值挖掘研究与应用,结合业务中台和数据中台,分析和挖掘潜在价值,从而指导设备更换、检修,以及人员技能提升等活动。将安全生产指挥管理体系与输电通道监控、变电站监控、新技术应用等相融合,构建一体化的安全生产组织体系,全面提升生产管理水平和安全性。

2 电网企业生产全景可视化研究与应用

电网企业生产全景可视化在电力输配数字化建设中具有极大的重要性。电网一张图平台集成14套数据系统,实现对电网状态、设备状态、过程安全、应急指挥、作业人员智能管控、智能装备管控和指标管控的综合展示和应用。通过三维虚拟和SVG等技术构建生产管控平台,提高决策建议的有效性和工作效率,同时还可以提高运维的决策性、工作效率和整体协调性,推动能源行业数字化转型和提升整体运营水平。电网企业的全景管控平台的架构如图1所示。

图1 电网企业全景管控平台架构

2.1 围绕电网一张图展示电网状态

电网可视化平台是一种基于数据采集、分析和展示的工具,能够帮助指挥人员更好地了解电网的运行情况,制定科学合理的决策和调度方案,提高电网的运行效果和经济性。通过电网监测,指挥人员可以实时了解电网的运行状态和参数数据,以便及时处理故障和优化调度。电网故障诊断通过收集和分析电网运行数据,定位和诊断故障,并提供修复策略。电网负荷管理通过监控、分析和优化负荷数据,实现负荷调度和能源供给策略优化。电网数据分析通过对历史数据的可视化展示和深入分析,帮助指挥人员了解电网的运行趋势和变化规律,为决策提供科学依据。

2.2 围绕电网一张图实现设备状态监测

电网设备状态监控具有多方面的重要作用。首先,它能够确保电力供应的可靠性,及时发现问题并采取措施,防止停电和电力中断。其次,它提高了能源利用效率,通过大数据分析技术优化电力生产和分配,降低能源浪费。此外,它对于城市基础设施的可持续发展也至关重要,确保城市正常运行,为城市规划和资源分配提供支持。电网设备状态监控的技术创新使得监控系统具备更准确、及时和智能的监测能力。物联网和传感器技术的发展使得智能传感器能够实时监测设备的关键参数,并将数据传输到监控中心。大数据分析技术可以处理大规模的监测数据[1],检测设备异常并预测可能的故障。云计算和边缘计算技术为电网设备状态监控提供了更大的灵活性。

2.3 围绕作业现场展示过程安全管控

通过采集关键数据、传输至中央处理中心、实时监控和分析,可视化平台能够检测潜在的带电问题,并及时发出故障提示。同时,可视化界面直观展示电网运行状态和带电风险变化,运维人员可以远程控制设备,采取预防措施。通过这些措施,可以提高电网安全性和可靠性,为运维人员提供实时数据和操作界面,有效降低带电风险。

2.4 围绕预警和保电信息实现应急指挥管控

1) 应急事件识别与报警。生产全景可视化的应急事件识别与报警融合传感技术、数据分析与机器学习、多模态数据融合、实时通信和可视化、无人机和卫星技术等创新,提高了电力系统的安全性和稳定性,减少了停电时间和损失[2]。这些技术的不断发展将为电力行业的可持续发展提供有力支持。

2) 应急资源调配与协调。应急资源调配与协调是电力行业应急指挥管控的重要组成部分[3]。通过大数据驱动的资源分析、实时资源监测和追踪、协同工具和平台、自动化决策支持以及跨部门协同和共享等创新技术,可以提高资源调配的准确性和效率,降低运维成本。这些技术使得电力系统能够更智能地应对复杂多变的应急情况[4],保障其稳定和可靠运行。

3) 应急指挥与通信。生产全景可视化的应急指挥与通信中,实时通信技术的突破、人工智能辅助决策、虚拟现实和增强现实应用、指挥中心智能化以及加密和网络安全是关键要素,它们共同提升了应急指挥的智能性、高效性和可靠性。

4) 应急预案管理与执行。基于生产全景可视化系统的应急预案管理与执行,通过数据驱动的风险评估和预测、智能化的预案管理平台、实时监控与反馈以及持续优化与灵活调整等创新应用,提高了电力系统的应急响应能力[5],保障了电力系统的稳定运行和安全供电。

2.5 围绕电网一张图实现人员管理

可视化平台是电网管理中重要的之一,通过实时设备与人员管控、任务派发与进度监控和多平台协同工作等功能,可以提高电网运维管理的效率和质量。室内定位技术和移动通信技术可以结合使用,实现室内人员定位与调度;电网工单管理系统可以管理和跟踪电网工单的整个生命周期,提高电网运维工作的效率和质量;电网人员监控系统可以实时监测和管理电网运维人员工作状态的系统,提供更加安全和高效的电网运维管理。通过可视化平台的多方面功能应用,可以实现对电网的全面管控,保障电网的稳定运行和安全性。

2.6 电网一张图实现智能装备管理和指标管控

可视化平台在电网装备的智能巡检与维护中起到了关键作用,通过智能巡检与维护、预测性维修与故障预警、设备远程与远程操作、关键指标监控与管控、数据分析与优化决策五个方面的应用,提高了电网的稳定性和安全性。智能巡检利用人工智能和物联网技术实现了电网装备的自动化巡检和远程维护,大大提高了效率和准确度。预测性维修与故障预警通过建立预测模型,提前发现潜在故障并采取维修措施,减少停机时间和运维成本。设备远程与远程操作实现了对装备的远程控制和诊断,提高了管理效率和响应速度。关键指标监控与管控通过监测关键指标,及时发现异常情况并采取措施,保障电网的安全稳定运行。数据分析与优化决策通过对数据的分析,提供决策支持,优化设备管理和运营。可视化平台的应用在电网装备的智能巡检与维护中起到了至关重要的作用,提高了电网的可靠性和安全性。

2.7 围绕电网一张图实现全方位管控

通过构建全景可视化生产管控平台,利用电网一张图集成多个系统数据,可以实现以下方面的功能和效益:

电网状态监测:通过综合展示发电量、重要断面、重过载、重要用户等电网数据,助力双碳目标实现,提供决策支持和指导。

设备状态监测:全方位展示设备故障、隐患、缺陷、重点设备监控、设备健康状态、异常信息,提供综合决策建议,帮助优化设备运维和维修计划。

过程安全管控:展示作业现场的电网风险、作业风险、运检计划、电网状态、设备状态、带点检测、典型违章案例等信息,提供实时的安全管控支持。

应急指挥管控:综合展示灾损、人员、物资、装备、车辆、民生用电保障等实时情况,辅助资源调配、远程会商和处置建议的提出[6]。

作业人员智能管控:通过展示班组管辖范围、作业人员技能水平、现场作业情况等信息,支持人员定位与调度,提升协同作业效率。

智能装备管控:实现异常情况下巡检任务的一键派发,并利用无人机、机器人等智能装备进行自主巡检并实时回传指挥中心,提高设备管理效率。

指标管控:实时监控电能质量、无功电压、供电可靠性等关键指标,及时发现异常情况并采取相应措施。

通过三维虚拟、SVG等技术构建全景可视化生产管控平台,将多个系统数据融合在一张图上,实现数据的互联互通,推动能源行业的数字化转型和整体运营水平的提升。该平台不仅可以提高决策建议的有效性和工作效率,还可以提高运维的决策性、工作效率和整体协调性。

3 能源互联网下的生产体系变革的分析

3.1 生产管理体系变革

1) 生产组织变革。电力企业的管理体系应包括人员管理、架构管理、制度管理、机制管理和要求管理等方面。优化调整组织结构是核心,要根据流程梳理设立部门,确保部门与一级流程对应。责任分配应减少职能缺失和重复,权力分配要与责任相匹配。通过管理体系系统化建设,构建敏捷高效的企业管控体系,促进数字化转型和战略融合,支撑发展战略实施。输电运检机构和变电运检机构改革旨在通过数字化技术和组织架构调整,推动电力行业向智能化、网格化的运维模式转变。在输电方面,生产指挥中心和网格化管理取代传统的供电公司和运检中心,实现全景可视化监测和智能巡检任务[7]。变电运检机构,生产指挥中心成为辅助决策和数据支持中心,一线人员转型为具备分析和解决问题能力的核心技能人才。通过数字化技术的应用,电力系统得到更有效、智能的监控和维护,提高了可靠性和稳定性。

2) 班组管理建设改革。电力企业班组建设改革包括班组人才队伍建设、班组建设精细化流程管理和班组文化建设三个方面,通过这些措施可以提升班组的能力和素质,实现班组的高效运行和发展。培育市场化产业人才梯队,一是创建内部“人才池”,建强电网企业家队伍。着眼于未来更长时期培育世界一流企业的需要,对市场化单位企业家队伍建设进行战略谋划和超前部署,确保企业领军人才有序更替。二是创建职工“H”型成长通道,建强复合型专家队伍。参考华为、阿里、腾讯等先进企业内部职业发展模式,建立适应市场化单位发展需要的管理职级和技术职级的“H”型双通道机制。班组建设精细化流程管理,需采取科学的管理思维指导,以具体操作和实施形式对班务任务进行精细化流程管理,整合基础管理、安全管理、质量管理和绩效管理等业务,通过流程化和表格化管理,规范和指导每位员工负责的工作。

3.2 生产方式变革

1) 业务数智化转型是适应能源革命和数字革命的趋势,具体包括推进电网业务数字化转型和建设输电专业智能巡检系统、变电智能巡检系统以及变电集控站等。在电网业务数字化转型方面,可以建立数据共享平台、推进数据可视化、加强网络安全保护和培养数字化人才,以提升生产、经营和服务水平。在输电专业智能巡检系统建设方面,通过物联网平台和无人机技术实现航线智能规划和远程自动驾驶,全面监测输电线路并提高安全运行能力。在变电智能巡检系统和变电集控站建设方面,利用数字技术实现数据全采集和远程监控,强化运维平台、智能操作功能和巡视点位优化配置,实现全局感知、风险可视和操作可达的数字孪生变电站。这些措施将推动电网业务转型升级,提高电力设备的性能和效率,降低成本和风险,促进电力行业的可持续发展。

2) 安全管控方式变革。安全管控方式变革主要包括安全风险管控、消防安全管理和电网设备运维检修三个领域的数字化、智能化管理变革。通过大数据和人工智能技术的应用,可以预估和管理系统安全稳定运行的威胁因素,提高安全管理效率和效果。通过物联网技术和消防安全综合管理系统的建设,实现对消防专业管理和重点场所的全面、实时监测。可视化展示中心采用新一代三维可视化技术,展示数据处理中心、主动预警中心的分析结果,实现智能电网设备运行全过程监控的可视化展示。和传统可视化技术相比,通过对多业务功能关联规则的挖掘,实现了多数据、多业务、多功能的综合可视化展示,有效提升了电网设备数据统计、运行状态监控水平。电网设备智能运维,通过数字孪生电网和三维建模,对电网设备的外观、复杂机械结构进行仿真显示,并集成监测数据,实现对设备位置分布、类型、运行环境和运行状态的监控。该系统能够实时告警设备运行异常,提供详细信息查询,帮助管理者直观掌握设备运行状态,及时发现安全隐患[8]。

4 大数据生态互联的生产数据价值挖掘

4.1 数据采集和挖掘

数据采集,是发现电力系统运行问题的关键一步,电力系统的可靠稳定运行对于保障电力供应至关重要,而数据采集与监测是调度系统的关键组成部分。传统的巡检方式难以准确发现设备问题,不利于电网的稳定运行。为了解决这一问题,电力网络需要智能化升级。基于业务中台和数据中台的架构,可以建立感知设备运行情况监测与分析服务,实时采集设备数据并提供可视化展示。通过大数据、物联网和人工智能等先进技术手段,实现自动化监控和数据采集,并提高数据的准确性和及时性。这样可以全面掌握电网的实际运行情况,帮助作业人员精准找出故障点并进行运维,提高电网的稳定性和运行效率。

数据挖掘是一种通过对海量数据进行建模和分析,发现数据间关联性、趋势和概括知识等信息的技术。它在电力系统中具有重要意义,因为电网数据的质量直接影响着电力系统的运行和规划决策。利用数据挖掘技术,可以对电网历史数据和设备状态信息进行全面分析和准确预测,从而指导电力企业做出正确的决策。同时,在时间维度上,通过时间序列分析可以预测隐患的发生;在空间维度上,通过地理信息系统技术可以对隐患的分布规律进行分析;多维度分析可以深入了解不同类型隐患的特点和演化规律。通过数据挖掘技术的应用,电力企业可以获得有助于管理决策的知识,提高业务管控能力和运营效率。

4.2 利用软件处理数据,提供决策方案

通过Prometheus和Kubernetes的组合应用可以实现电网管理系统的实时数据监控、警报通知、资源管理与调度、容器化应用程序管理、故障排查与性能优化等功能。Prometheus作为一种监控和警报系统,可以对电网监测数据进行实时监控,并根据设定的指标和规则发出警报。它具有高度的可扩展性和灵活性,并能快速适应电网管理系统的变化。同时,Prometheus还具备强大的数据存储和查询功能,能长期存储监测数据并供管理者查询。而Kubernetes作为一个容器化应用程序管理平台,可以自动化部署、扩展和管理容器化应用程序,实现资源的自动分配和需求调整。它提供高可用性和容错性,能够快速恢复应用程序的稳定性,并支持多个任务或作业的同时运行和资源分配。此外,Kubernetes还具备网络管理和安全性等功能,保护应用程序和数据的安全,并提供服务发现和负载均衡机制。综上所述,Prometheus和Kubernetes的应用可以提升电网管理系统的实时监测能力、资源管理效率和故障处理速度,增强系统的可靠性和效率,为电网管理提供全面的监测、分析和应急支持。

5 新型生产指挥体系的实际应用

以甘肃白银公司为例,通过积累海量历史数据以及设备状态信息,从时间维度和空间维度上对电网数据进行全方面的挖掘,利用深度学习训练好的模型处理历史数据,经过数字孪生技术对电网数据进行推演,可获得未来的数据走向。根据数据的走向可提前判断特定的时间段或区域内电网可能出现的问题,实现超前智慧预警。白银公司应该检索数据库,找到需要检修设备的位置,然后进行数据库的解析,找出电网运行的薄弱环节并预测可能停电的范围,如果发生停电事故将会损失负荷的大小,得出相关的风险信息,进行电网停电风险评估确定风险等级,并得出电网的风险管控措施,即电力调度部门针对不同的情况采取不同的维护措施。通过分析可以准确得出预警信息,电网运行方式人员可以根据所给的信息,在检修设备前采取相应措施,将设备检修时电网发生故障的概率降到最低,从而提高电网运行的安全性与可靠性。

当甘肃白银公司发生应急情况时,比如自然灾害、设备故障等,各部门立即启动应急响应机制。可以通过全景可视技术共享实时信息和数据,以便更好地协同应对应急情况。根据应急情况的分析和研判,系统可以提供物资需求的提示和建议,包括所需物资的种类和数量。全景可视系统能够实时监控和记录甘肃国网各个库房的物资存储情况,能够迅速定位所需物资的位置和库存数量。并且根据物资需求和库存情况,全景可视系统的智能算法可以计算出最佳的跨区调配方案,以实现物资的快速调配和分配。通过全景可视化技术,白银公司能够更加高效地应对应急情况,提供准确的物资需求信息和库存位置,支持跨区域物资调配,从而提高应急响应的能力和效率。全景可视化技术还可以对白银公司的人员和设备进行管理。可以实时跟踪和监控人员的位置、工作状态和任务进度。设备管理可以将设备的状态、维护记录和故障信息等以可视化的方式展示出来。通过实时监测设备的运行状况和维护需求,可以及时发现和处理设备故障,提高设备的可靠性和运行效率。