關(guān)于建設(shè)智慧水電企業(yè)的調(diào)研報告

近年來，國內(nèi)水電行業(yè)都在開展智慧企業(yè)建設(shè)，推動傳統(tǒng)能源企業(yè)管理革命性變革，以“智能自主、人機協(xié)同”為目標，在電站數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的基礎(chǔ)上，將大數(shù)據(jù)、人工智能等先進數(shù)字科技與電廠運營管理深度融合，通過整合運行管理歷史和人工經(jīng)驗，構(gòu)建“運行智能、巡檢智能、操作自主、人機協(xié)同”的全新水電生產(chǎn)組織形態(tài)與管理模式。如何在我司全面應(yīng)用，實現(xiàn)智慧水電智能自主運行管理方式，形成具有新時代特點的自主創(chuàng)新技術(shù)成果和實踐經(jīng)驗，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益將是本文調(diào)研的主要方向。一、智慧企業(yè)的概念智慧企業(yè)是在企業(yè)數(shù)字化改造和智能化應(yīng)用之后的新型管理模式和組織形態(tài)，是先進信息技術(shù)、工業(yè)技術(shù)和管理技術(shù)的深度融合。通過智慧企業(yè)建設(shè)不僅可以促進企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)關(guān)系的轉(zhuǎn)型升級，完成與"互聯(lián)網(wǎng)"社會生產(chǎn)力的和諧對接，還能進一步釋放企業(yè)員工的創(chuàng)新創(chuàng)效活力，為企業(yè)提供可持續(xù)發(fā)展的源動力。智慧水電站是在自動化的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，加強信息管理和服務(wù)；清楚掌握發(fā)電流程、提高發(fā)電過程的可控性、減少人工干預、及時正確地采集發(fā)電過程數(shù)據(jù)，從而科學地制定發(fā)電計劃，構(gòu)建高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的人性化工廠。智慧水電站把vr、大數(shù)據(jù)等運用到工業(yè)領(lǐng)域，方便監(jiān)控現(xiàn)場、事故預報與診斷，實現(xiàn)了從數(shù)字化到智慧化的跨越，改變了以往的運行管理模式，實現(xiàn)了從人工決策到類機器決策的過程。二、我國智慧水電建設(shè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2021年5月8日至9日，在北京華北電力大學，聯(lián)合舉辦了2021年智慧電廠（第一期）論壇。論壇得到廣大電力企業(yè)、科研院校和信息科技公司的積極響應(yīng)，來自燃煤電廠、燃氣電廠、水電廠、核電站等基層電廠的代表，大唐集團公司和國家能源投資集團公司參會都超過了100人。華能、華電、國電投、中廣核、國投電力、華潤電力、京能、中能建等，都有很多下屬電廠派員參加。中國電力工程顧問集團、電規(guī)總院、西安熱工院，以及其他各電力集團公司科研院、電力設(shè)計院，華北電力大學、東南大學等都積極派人參會。通過兩天的報告交流，論壇取得豐碩成果。其中大唐南京發(fā)電廠、大唐泰州熱電公司、國電大渡河流域水電開發(fā)公司、華潤電力控股有限公司、神華國華（北京）燃氣熱電有限公司等單位就智能發(fā)電和探索建設(shè)智慧電廠的實踐作了詳細的介紹。2021年12月17日，由中國企業(yè)聯(lián)合會、中國企業(yè)家協(xié)會主辦的“2021中國智慧企業(yè)發(fā)展論壇”在浙江省德清國際會議中心舉辦。主題為“智能自主全面賦能”。國家能源集團大渡河流域水電開發(fā)有限公司黨委副書記、總經(jīng)理涂揚舉出席，并代表智慧企業(yè)推進委員會發(fā)布《智慧水電企業(yè)建設(shè)指南》，從此拉開了智慧水電企業(yè)建設(shè)新篇章。目前，大渡河水電公司通過探索物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)與流域梯級電站群自主運行、遠方操作、智能巡檢等成套關(guān)鍵技術(shù)，建成了首個“自感知、自運行、自學習、自決策”的梯級電站群。2021年10月08日，由中國水利發(fā)電工程學會和中國大壩工程學會聯(lián)合主辦的水庫大壩和水電站智能建造與運行學術(shù)交流會上，大渡河公司被授予梯級水電站群智能運行創(chuàng)新實踐基地。瀑布溝水電通過建立生產(chǎn)知識圖譜，借助5g傳輸智能安全帽采集到的實時視頻，運用現(xiàn)實感知模型計算人員精準位置，姿態(tài)動作及環(huán)境風險。并結(jié)合安全管理業(yè)務(wù)流程和認知圖譜，實現(xiàn)人員、設(shè)備安全。借助環(huán)境感知輔助降低操作人員的精神壓力，讓云計算成為生產(chǎn)過程中的智慧大腦，提升安全管理水平。大崗山水電通過運維生產(chǎn)管理模型的建立，解決現(xiàn)行運維管理模式與智慧電廠建設(shè)的不平衡性，建立全面融合制度、機器、設(shè)備、人員的新型管理方案，提高運維管理的感知能力、分析能力、規(guī)劃能力及自主決策能力。猴子巖水電運用流失算法，通過機組振擺、水頭、有功、導葉開度等數(shù)據(jù)進行建模，針對大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)未得到有效利用、應(yīng)急人員對機組運轉(zhuǎn)特性存在盲區(qū)、智慧發(fā)電控制策略有死區(qū)、設(shè)備狀態(tài)評估無前瞻等痛點進行水輪機運轉(zhuǎn)特性在線辨識。大渡河水電通過整合大渡河公司水文、水工專業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)及數(shù)據(jù)資源，結(jié)合流域各區(qū)域的降雨地災預警需求特點，構(gòu)建集多源氣象信息融合預報、降雨地災關(guān)聯(lián)預測、預警信息發(fā)布功能為一體的降雨地災預警模型。大唐亭子口水電采用5g水下機器人搭載清淤和巡檢作業(yè)設(shè)備，可以在不排水的條件下，替代人工水下作業(yè)，降低了成本提高了效率。諸如此類的給設(shè)備賦能、將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用至水電生產(chǎn)、管理中的案例比比皆是。目前我國智慧水電建設(shè)開展的熱火朝天，智慧水電的建設(shè)日漸成熟，大渡河水電、大唐、華能、華電等水電企業(yè)已走在智慧企業(yè)建設(shè)道路的前端，推動智慧水電企業(yè)建設(shè)也將成為社會進步的必然趨勢。三、我司在智慧水電企業(yè)建設(shè)中的現(xiàn)狀從嘉陵江流域水電企業(yè)目前情況來看，電廠的運行管理仍然在沿用傳統(tǒng)的運營管理模式，電廠仍未能形成廠級的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，實時數(shù)據(jù)與相關(guān)管理數(shù)據(jù)無論在存儲管理還是應(yīng)用方面都是割裂的。運行大多仍根據(jù)定值曲線自動調(diào)整，未進行優(yōu)化，檢修方面也仍在沿用定檢定修。設(shè)備巡檢工作采用人工巡視工業(yè)電視巡視。水情調(diào)度采用人工預測，主觀判斷為主。從冷端優(yōu)化、運行優(yōu)化類到故障早期預警、設(shè)備可靠性評價等檢修類應(yīng)用仍處于分散應(yīng)用狀態(tài)。金沙公司初探了“聯(lián)合調(diào)度”，提出了建設(shè)嘉陵江流域集控中心，其它大多數(shù)電站仍依靠提升自動化程度或信息化程度的形式推進，仍未能與實際生產(chǎn)相結(jié)合，距離實現(xiàn)智慧企業(yè)相距甚遠。四、傳統(tǒng)生產(chǎn)運行中的不足傳統(tǒng)的水電生產(chǎn)運行采用人工巡視，多班組值班制度，檢修方面沿用每年定檢定修，管理采用多人分工管理模式，還是以水為天、靠水吃飯的調(diào)度模式，這些傳統(tǒng)的水電運營已無法滿足社會進步的要求，在實際生產(chǎn)中也體現(xiàn)出了多方面的不足，例如：1、傳統(tǒng)的檢修工作缺乏針對性，導致檢修并不徹底，安全隱患無法全面排除，還可能會反復停機、停電檢修，檢修期間棄水風險較大，檢修工期較長，造成資源的浪費，檢修成本的增加。2、傳統(tǒng)的巡視工作，主要采用人工巡視，每天有3次固定路線和多次臨時機動巡檢任務(wù)。每次巡視耗時1-3個小時，人均步行2萬多步，巡檢人員的責任心差異、技能水平高低、巡檢范圍與頻率等因素，在一定程度上影響巡檢質(zhì)量。人工巡視也只能看到設(shè)備外表，來主觀的判斷設(shè)備運行狀況。對設(shè)備掌握有很多不確定性，同時人工巡視效率不高且存在漏巡風險、巡視過程中存在諸多不安全因數(shù)等。3、傳統(tǒng)的班組值班、多人分工分散式管理模式，需要大量人員，造成人工成本的增加，管理成本的增加，信息傳遞不及時等現(xiàn)象。這種管理模式工作效率低，還受管理人員個人情緒及管理水平的影響。4、傳統(tǒng)的水情調(diào)度，依靠收集上游電站放水計劃進行粗狂式調(diào)度，未能精確考慮氣候變化引起的水情變化、用電負荷變化等諸多因數(shù)。在降低耗水率，增加發(fā)電效益上略顯不足。五、建設(shè)智慧水電企業(yè)的優(yōu)勢智慧水電企業(yè)，以“智能自主、人機協(xié)同”為目標，在電站數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的基礎(chǔ)上，將大數(shù)據(jù)、人工智能等先進數(shù)字科技與電廠運營管理深度融合，通過整合運行管理歷史和人工經(jīng)驗，構(gòu)建“運行智能、巡檢智能、操作自主、人機協(xié)同”的全新電力生產(chǎn)組織形態(tài)與管理模式。面對傳統(tǒng)水電生產(chǎn)的不足，智慧水電企業(yè)的建設(shè)能解決傳統(tǒng)水電生產(chǎn)運行中的諸多問題，例如：1、建立集控中心，進行集控管理。集控管理是一種全自動智能化管理方式，轉(zhuǎn)變了以往的多人分工班值管理方式，實現(xiàn)了無人值守管理，降低人力資源的投入，簡化了運行管理內(nèi)容，提高了工作效率。2、采用“無人機巡檢機器人工業(yè)電視”相結(jié)合的模式，輔以智能傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)在廠房各區(qū)域精準可靠地移動、跟蹤、定位，并根據(jù)探測的可見光、紅外光及氣體、聲音、振動、溫濕度來識別和分析異動故障。機器人智能巡回取代傳統(tǒng)水電站人員走動式巡回，由機器人完成一系列自動化定向操作，完成對生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析及結(jié)果處理等全過程，減少人員工作量，大大提高工作效率和工作質(zhì)量。3、全面實現(xiàn)無人值班（少人值守）管理，強化現(xiàn)場智慧安全管理。采用智能鑰匙等管理手段，實現(xiàn)現(xiàn)場權(quán)限管理精細化，給正常操作帶來便利，提高事故操作及時性，減少運行操作失誤，提高安全管理水平。4、實現(xiàn)智慧檢修：以狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、智能決策為要素，由數(shù)據(jù)中心、算法中心、應(yīng)用中心和服務(wù)管理系統(tǒng)等構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實時采集，形成設(shè)備特定狀態(tài)的變化曲線，提供判定參數(shù)。算法中心對數(shù)據(jù)中心提供的數(shù)據(jù)進行比較挖掘和處理，對設(shè)備各個狀態(tài)作出狀態(tài)評判，及時作出趨勢預警，實現(xiàn)風險自動識別。應(yīng)用中心根據(jù)算法中心的預警，對故障點進行精準定位定性，結(jié)合趨勢變化，提出檢修策略，有效避免設(shè)備過修或漏修。服務(wù)支持系統(tǒng)依托精益檢修標準體系，自動完成檢修方案、物資材料準備、過程管理，進一步提升標準化作業(yè)水平。5、實現(xiàn)智慧調(diào)度：傳統(tǒng)的水電站以水為天、靠水吃飯，這也是幾代水電人難以突破的行業(yè)技術(shù)瓶頸。在創(chuàng)新技術(shù)的支撐下，智慧電站可以采用流域多源數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)，建立了高精度水情預測預報及電力調(diào)控體系，構(gòu)建基于降雨、徑流、大氣環(huán)流指數(shù)時空場的多因子集，創(chuàng)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動的高精度水情氣象耦合洪水概率預報技術(shù)，結(jié)合多時空尺度流域匯流耦合預報模型，提高預報水平分辨率。同時，基于多層控制模型簇的梯級電站實時負荷自動分配的方法，建立自適應(yīng)復雜洪水情勢的流域泄洪閘門智能調(diào)控系統(tǒng)，實現(xiàn)流域調(diào)度由單機直調(diào)向多電站“一鍵調(diào)”的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)嘉陵江流域全年負荷調(diào)節(jié)零干預。通過調(diào)節(jié)攔蓄洪水，成功應(yīng)對汛情，調(diào)蓄大洪水，確保上下游沿河兩岸地方防汛安全。通過定量降水預報、洪水資源化利用、智能調(diào)度決策支持、經(jīng)濟調(diào)度控制等先進研究成果的應(yīng)用，實現(xiàn)增效目的。六、我司應(yīng)當如何開展智慧水電企業(yè)建設(shè)智慧水電企業(yè)建設(shè)主要實現(xiàn)業(yè)務(wù)量化、統(tǒng)一平臺、集成集中、智能協(xié)同四部分。一、業(yè)務(wù)量化：通過科學設(shè)定標準、量化工作任務(wù)，實現(xiàn)精益化企業(yè)管理；運用智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時采集、傳輸、處理各類信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對企業(yè)各種要素的動態(tài)感知。二、統(tǒng)一平臺：運用無邊界網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)，創(chuàng)建員工協(xié)同工作、數(shù)據(jù)實時交換、信息實時處理的信息化基礎(chǔ)平臺。三、集成集中：通過整體規(guī)劃、系統(tǒng)整合、數(shù)據(jù)集中、集成運行等策略，消除業(yè)務(wù)系統(tǒng)分類建設(shè)、條塊分割、數(shù)據(jù)孤島的現(xiàn)象，構(gòu)筑企業(yè)級統(tǒng)一服務(wù)平臺。四、智能協(xié)同：在相關(guān)數(shù)據(jù)、平臺、應(yīng)用的支撐下，實現(xiàn)人、系統(tǒng)、設(shè)備之間的高效協(xié)作；在人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，實現(xiàn)自動風險識別和智能決策管理。1、智慧水電平臺框架(一)、智慧水電平臺框架組建思路更安全、更經(jīng)濟、更環(huán)保、更先進、更高效是智慧水電發(fā)展的必然需求，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)、5g應(yīng)用等技術(shù)賦能電力企業(yè)，智慧水電建設(shè)必然離不開這些技術(shù)，其中物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建人機交互的新環(huán)境，特別是移動邊緣計算。從信息化建設(shè)的角度來說，水電站的智慧水電平臺重點是要以設(shè)備的智能巡檢，故障精準定位排查，系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動來確定主要目標，以自動化控制為基本點，以數(shù)據(jù)的共融共通為核心點，依托大數(shù)據(jù)分析或者是智能化分析等技術(shù)手段來引導水電站整個管理模式的自我演進，形成更加科學的新型管理模式。由此智慧水電平臺，要從水電站的生產(chǎn)過程、業(yè)務(wù)流程、物理對象、環(huán)境條件等方面進行數(shù)字化處理，然后將水電站的生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)進行量化，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心以及高速的傳輸網(wǎng)絡(luò)來完成海量數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，這些都是構(gòu)建的物理環(huán)境，進一步在物理環(huán)境上要達到多維分析、態(tài)勢感知、趨勢預測、遠程控制、風險預警等集成的統(tǒng)一平臺，再將其與云端的智能電廠平臺對接，實現(xiàn)監(jiān)測、數(shù)據(jù)、運檢、調(diào)度、算法等于一體，實現(xiàn)云端的智能協(xié)同。（二）、智慧水電平臺框架組成可以將智慧水電平臺劃分為三個層級，包括云端智能協(xié)同層，數(shù)據(jù)集成層以及水電站物理層。云端智能協(xié)同層應(yīng)當是一個綜合分析平臺，要集成數(shù)據(jù)、算法、監(jiān)控、運檢、調(diào)度等功能，并通過接口兼容集中管控的管理大屏、移動設(shè)備、數(shù)字化門戶等。它是一個典型的云服務(wù)架構(gòu)層，包括資源層、中間層、共享服務(wù)層以及接口層，資源層包括物理資源和虛擬資源池，屬于底層，主要包括各種硬件設(shè)備，如計算機、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等，物理資源層之上還有虛擬資源池，用虛擬化技術(shù)將硬件當中存儲的資源匯聚的一個虛擬的資源池當中即云端，中間層為系統(tǒng)開發(fā)和測試提供接口，共享服務(wù)層主要提供應(yīng)用軟件，接口層則主要提供不同權(quán)限用戶訪問云端的接口。數(shù)據(jù)集成層，核心是數(shù)據(jù)庫，它屬于云服務(wù)架構(gòu)當中的虛擬資源層，統(tǒng)轄地圖數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、水文檢測數(shù)據(jù)等等，實現(xiàn)方法也比較簡單，可以采取網(wǎng)格技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。在數(shù)據(jù)集成上描述模型提供聚合形式，這個模型是一個數(shù)據(jù)空間加上它的聚合空間。解釋模型將描述模型揭示的信息之間的關(guān)系進行定義，然后預測模型利用已知的關(guān)系推測出更多的描述信息。在數(shù)據(jù)的集成當中相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫實際上可以很容易被歸納在一起，創(chuàng)建一個單一的虛擬數(shù)據(jù)庫，或者稱為異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而實際上每個數(shù)據(jù)庫在加入異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之前本身就擁有自己的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。這種數(shù)據(jù)庫方案并不需要改變原來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以使數(shù)據(jù)整合方案更簡單經(jīng)濟。而該技術(shù)下的關(guān)鍵是中間件層，中間件層和每一個后臺數(shù)據(jù)庫用其自帶的接口連接，將分布的數(shù)據(jù)庫映射為一種統(tǒng)一的虛擬數(shù)據(jù)庫模型，應(yīng)用就可以利用該虛擬數(shù)據(jù)庫去訪問需要的信息。水電站物理層主要是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水電站布置各種智能化前端設(shè)備，包括傳感器、監(jiān)控視頻終端、自動化控制裝備等等，通過這些設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)水電站水工建筑、水利機械設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、輸配電設(shè)備等的智慧互聯(lián)。2、智慧水電平臺建設(shè)思考智慧水電系統(tǒng)平臺符合我國城市大腦和大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略布局和整體規(guī)劃要求，實現(xiàn)對水電站的基礎(chǔ)信息管理，實現(xiàn)生態(tài)流量的實時監(jiān)測與分析；整合行業(yè)信息資源，整合水電站基礎(chǔ)信息、現(xiàn)場圖片、基礎(chǔ)地理、地形數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、全景圖等，實現(xiàn)多源、多維、多態(tài)水電數(shù)據(jù)支撐；利用移動端和手機app實現(xiàn)對電站信息的動態(tài)反饋。從技術(shù)層面來說，現(xiàn)階段有很多技術(shù)可以實現(xiàn)智慧水電平臺的建設(shè)，目前已經(jīng)有很多成功的案例，比如麗水市投運的智慧水電系統(tǒng)平臺，該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)支撐平臺、智慧水電信息系統(tǒng)、移動端app。又比如浙江宇豐水電集團有限公司投運的水庫工程標準化運行管理平臺、智慧水電標準化運行管理平臺實現(xiàn)了大屏幕切換顯示，實現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、水位監(jiān)控等大屏幕顯示。實現(xiàn)了電氣主接線、狀態(tài)監(jiān)控界面、報警光字牌、視頻監(jiān)控畫面、油氣水畫面、水位波動和報警畫面、水電站文化風景圖、安全運行時間等通過手機界面隨時隨地查看，提高了整個電站的安全管理水平。實現(xiàn)了水電站安全云巡檢、水庫大壩安全云巡檢，手機終端查看巡檢記錄、巡檢報告、設(shè)備異常情況等?？梢钥吹綌?shù)據(jù)已經(jīng)成為水電站管理當中非常重要的資產(chǎn)，未來智慧水電必定會大量依靠專業(yè)數(shù)據(jù)中心來進行管理，電廠職工角色必定要逐步轉(zhuǎn)向大數(shù)據(jù)開發(fā)、維護與應(yīng)用，而大數(shù)據(jù)的應(yīng)用最關(guān)鍵的是給管理和決策做支撐，因此要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的統(tǒng)一性和標準化，打通水電站各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、應(yīng)用子系統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)集成，為不同場景提供所需數(shù)據(jù)，從實時以及歷史數(shù)據(jù)當中進行可視化的大數(shù)據(jù)分析，其中關(guān)鍵點是數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)挖掘是數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，為了推動智能化分析，可以使用機器學習的方法，現(xiàn)階段機器學習有很多種實現(xiàn)方法，