跨流域綜合能源大數(shù)據(jù)智慧運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)——面向生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全業(yè)務(wù)全流程的數(shù)字化解決方案
引言：
跨流域綜合能源利用在高速發(fā)展過(guò)程中面臨諸多挑戰(zhàn)。棄水棄風(fēng)事件造成了大量?jī)?yōu)質(zhì)可再生能源損失。傳統(tǒng)信息化平臺(tái)存在大量“信息孤島”，系統(tǒng)各自孤立、獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)處理方面，大規(guī)模廠站接入后海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行高效處理。越來(lái)越多的能源電力企業(yè)面臨著不同流域、不同地區(qū)、不同種類的電力生產(chǎn)廠站統(tǒng)一集中管理問題。建設(shè)跨流域多能源大數(shù)據(jù)智慧型集控，已成為當(dāng)前能源電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的必然選擇。
一、項(xiàng)目概況
本案例研究建立了“互聯(lián)網(wǎng)+”水火風(fēng)智慧一體化關(guān)鍵技術(shù)及運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，構(gòu)建了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的水火風(fēng)電源智能多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、智能化應(yīng)急指揮等智能系統(tǒng)模塊，首創(chuàng)了跨流域多能源海量數(shù)據(jù)交互方法等新技術(shù)和跨流域短/中/長(zhǎng)期水文水情測(cè)報(bào)新方法，研制了跨流域多能源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)外最大規(guī)模跨流域多能源大數(shù)據(jù)智慧集控。
1. 項(xiàng)目背景
水電和風(fēng)電分別是當(dāng)今世界最主要的和增速最快的可再生能源，我國(guó)水電和風(fēng)電總裝機(jī)均居世界第一，近年出現(xiàn)的棄水棄風(fēng)事件造成了大量?jī)?yōu)質(zhì)可再生能源的損失，不符合我國(guó)節(jié)能環(huán)保的要求，隨著電力改革的推進(jìn)以及發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的能源電力企業(yè)面臨著不同流域、不同地區(qū)、不同種類的電力生產(chǎn)廠站統(tǒng)一集中管理問題。
2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
本案例的實(shí)施，一是為了能提高能源利用率，避免水火風(fēng)電廠單獨(dú)建立遠(yuǎn)控中心，節(jié)約電力生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益；二是為了減少CO2、SO2、NOX排放，實(shí)現(xiàn)流域防洪、節(jié)能（減棄）、供水、航運(yùn)、壓咸補(bǔ)淡等綜合效益；三是為了解決跨流域多能源企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)各自孤立、管控困難、智能決策水平差等問題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的匯聚共享和挖掘應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)管理和智慧運(yùn)營(yíng)模式的創(chuàng)新。
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
（1）通過(guò)研究水火風(fēng)智慧一體化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用；
（2）解決跨流域多能源企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)各自孤立、管控困難、智能決策水平差等問題；
（3）實(shí)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)的匯聚和實(shí)時(shí)共享，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的充分挖掘和應(yīng)用；
（4）實(shí)現(xiàn)流域雨情、水情精準(zhǔn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和水能資源的充分利用；
（5）實(shí)現(xiàn)跨流域多能源的智能化應(yīng)用；
（6）實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)管理和智慧運(yùn)營(yíng)模式的創(chuàng)新；
（7）實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)綜合效益。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
本案例的關(guān)鍵技術(shù)，已在大唐集團(tuán)廣西區(qū)域近1200萬(wàn)千瓦裝機(jī)的9個(gè)流域17條河流的41座水電廠、1座火電廠和9座風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，也已應(yīng)用于其他區(qū)域公司中。
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)及主要內(nèi)容
（1）總體框架
以實(shí)現(xiàn)人工智能與人腦智慧的有機(jī)融合互補(bǔ)，達(dá)到企業(yè)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)、人的最優(yōu)組合，使企業(yè)具備自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自趨優(yōu)、自恢復(fù)、自組織、自演進(jìn)能力為目的，基于智慧化最優(yōu)化理念，依據(jù)上述智慧企業(yè)理論設(shè)計(jì)思路，在滿足電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)要求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以一體化管控平臺(tái)為總體框架的多能源、跨區(qū)域、綜合性智慧企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
（2）主要內(nèi)容及功能
本案例設(shè)備系統(tǒng)采用分區(qū)的體系結(jié)構(gòu)，基于一體化管控平臺(tái)，在滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定的前提下，開發(fā)部署相關(guān)應(yīng)用組件（功能模塊），完成廠站主要生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的匯聚共享和挖掘應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)發(fā)電管理、水情水調(diào)、生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急指揮、安全監(jiān)管、工業(yè)電視、設(shè)備分析診斷和聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度等功能。
1）智慧安全應(yīng)急管控
智慧安全應(yīng)急管控中心負(fù)責(zé)安全生產(chǎn)管控、安全監(jiān)督管理、應(yīng)急救援指揮、網(wǎng)絡(luò)信息安全等，實(shí)現(xiàn)：人員行為、作業(yè)過(guò)程安全管控，全面接入智慧廠站的智能兩票、電子圍欄、智能防誤觸等系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)廠站人員行為及安全狀況的全面掌握和實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2）智慧發(fā)電運(yùn)行控制
智慧發(fā)電運(yùn)行控制中心負(fù)責(zé)運(yùn)行狀況監(jiān)視、工況調(diào)整、設(shè)備狀態(tài)改變、巡回檢查、應(yīng)急處置、安全生產(chǎn)管理、技術(shù)培訓(xùn)支撐等，實(shí)現(xiàn)：智能監(jiān)盤，基于現(xiàn)有集控和廠站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行必要的升級(jí)完善，整合廠站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，制定符合智能集中監(jiān)視和控制的邏輯判斷，開發(fā)部署高級(jí)功能組件（模塊），實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警、智能診斷、智能處置、智能保護(hù)、智能控制、智能操作等，滿足“集控運(yùn)行、無(wú)人值班（少人值守）”要求。
3）智慧設(shè)備設(shè)施診斷決策
智慧設(shè)備設(shè)施診斷決策中心負(fù)責(zé)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析和診斷、狀態(tài)檢修、大壩管理、氣象及地質(zhì)災(zāi)害管理等，圍繞廠站設(shè)備設(shè)施與水庫(kù)大壩的狀態(tài)分析、健康診斷、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、壽命評(píng)估等內(nèi)容，通過(guò)對(duì)各設(shè)備設(shè)施的部件分解、深入剖析、理論分析等，構(gòu)建精確仿真模型，利用健康狀態(tài)診斷算法和壽命趨勢(shì)評(píng)估算法，判斷機(jī)組和庫(kù)壩的整體和部件的劣化程度，開展設(shè)備設(shè)施診斷評(píng)估工作。
4）智慧資源經(jīng)濟(jì)管理
智慧資源經(jīng)濟(jì)管理中心負(fù)責(zé)水資源、風(fēng)資源、光資源、化石能源等資源的優(yōu)化利用、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電量交易和營(yíng)銷支持等，實(shí)現(xiàn)：資源精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，通過(guò)水文水情測(cè)報(bào)、燃煤價(jià)格、風(fēng)資源預(yù)測(cè)、光資源預(yù)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)一次發(fā)電資源精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，更好指導(dǎo)發(fā)電調(diào)度計(jì)劃。
2.安全及可靠性
（1）構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系
遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的總體原則及等保要求，將網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)分區(qū)部署，并在所有分區(qū)邊界上設(shè)立電子安全防線，實(shí)現(xiàn)對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)的隔離和保護(hù)。
（2）增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸安全可靠性
一是通過(guò)租用專用電力、公網(wǎng)通信通道和自建光纜等，拓展完善現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)（監(jiān)控、生產(chǎn)、管理數(shù)據(jù)網(wǎng)，分別用于傳輸安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)業(yè)務(wù)），建立覆蓋廣西公司所有企業(yè)的通信網(wǎng)絡(luò)。
二是建設(shè)智能廠站通信網(wǎng)絡(luò)，廠站根據(jù)實(shí)際，采用5G和無(wú)線傳輸技術(shù)等，建設(shè)覆蓋廠內(nèi)辦公區(qū)、重點(diǎn)設(shè)備設(shè)施和主要生產(chǎn)工作區(qū)域的有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，支撐智能安防、智能信息、設(shè)備智慧維護(hù)、移動(dòng)辦公等智慧（智能）業(yè)務(wù)建設(shè)。
3. 其他亮點(diǎn)
（1）實(shí)現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”跨流域多能源大數(shù)據(jù)集控智慧集控中心的首次應(yīng)用，研制了智能一體化平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)，解決了多能源多平臺(tái)間信息交互、協(xié)同調(diào)度難題。
（2）發(fā)明了基于海量數(shù)據(jù)時(shí)空組合關(guān)聯(lián)特性的水電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)預(yù)清洗過(guò)濾方法，首創(chuàng)了一種基于協(xié)議流檢測(cè)和混合特征識(shí)別技術(shù)的混合流通信模式，建立了基于受控廠站全維度監(jiān)控海量數(shù)據(jù)（全采全送、全監(jiān)全控）的水火風(fēng)電五遙優(yōu)化控制系統(tǒng)，突破了多能源海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)信息交互難題。
（3）研制了跨流域短/中/長(zhǎng)期水文水情測(cè)報(bào)及優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，解決了無(wú)資料流域降雨量和少測(cè)點(diǎn)徑流來(lái)水預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確、山谷與山脊地貌情況下水文水情預(yù)測(cè)出現(xiàn)與真實(shí)情況嚴(yán)重不符的難題，實(shí)現(xiàn)了最大降雨量、洪峰狀態(tài)、水文水情的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
1. 多能源智慧氣象服務(wù)平臺(tái)研究與應(yīng)用
利用5G通信與氣象部門建立高質(zhì)量數(shù)據(jù)通道，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、WebGIS技術(shù)、AI技術(shù)、結(jié)合當(dāng)前智慧氣象預(yù)報(bào)技術(shù)，建立面向全公司系統(tǒng)的智慧氣象服務(wù)平臺(tái)，為公司的電力生產(chǎn)、設(shè)備檢修、市場(chǎng)營(yíng)銷等提供精細(xì)化氣象服務(wù)需求。
2.流域電站群智能發(fā)電調(diào)度研究與應(yīng)用
基于傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度理論，結(jié)合現(xiàn)代大數(shù)據(jù)處理、人工智能技術(shù)，研究集控10個(gè)水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法，形成負(fù)荷廠間、廠內(nèi)優(yōu)化分配方案，編制水庫(kù)調(diào)度和發(fā)電計(jì)劃；研發(fā)部署智能發(fā)電調(diào)度模型。
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
創(chuàng)新點(diǎn)一：“互聯(lián)網(wǎng)+”跨流域多能源大數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究及智慧
集控中心示范
研制了智能一體化平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了多能源企業(yè)水、電調(diào)、應(yīng)急指揮等多系統(tǒng)的整合；集中監(jiān)視、控制和管理9個(gè)流域17條河流總裝機(jī)近1200萬(wàn)kW的51座水、火、風(fēng)電廠，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)外最大規(guī)模跨流域水火風(fēng)多能源智慧集控中心的建設(shè)與示范。
支撐成果為授權(quán)實(shí)用新型專利1項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)、編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)（已報(bào)批）。
創(chuàng)新點(diǎn)二：基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的多能源智能系統(tǒng)模塊創(chuàng)新研發(fā)與應(yīng)用
實(shí)現(xiàn)了I、II、III區(qū)數(shù)據(jù)貫穿和實(shí)時(shí)共享；完成了智能安全監(jiān)管、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷等系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)最大規(guī)模多系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)控制；首創(chuàng)了跨流域多能源應(yīng)急指揮平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)并建立了跨流域集控多層級(jí)協(xié)同的調(diào)度與控制模式。
支撐成果為授權(quán)實(shí)用新型專利2項(xiàng)、編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)（已報(bào)批）、發(fā)表核心期刊論文3篇 。
創(chuàng)新點(diǎn)三：混合通信規(guī)約及數(shù)據(jù)模型融合的多能源海量數(shù)據(jù)交互方法創(chuàng)新與實(shí)踐
發(fā)明了基于海量數(shù)據(jù)時(shí)空組合關(guān)聯(lián)特性的水電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)預(yù)清洗過(guò)濾方法并首次應(yīng)用；首創(chuàng)了一種基于協(xié)議流檢測(cè)和混合特征識(shí)別技術(shù)的混合流通信模式并首次應(yīng)用；建立了最大規(guī)模的基于受控廠站全維度監(jiān)控海量數(shù)據(jù)（全采全送、全監(jiān)全控）的水火風(fēng)電五遙優(yōu)化控制系統(tǒng)。
支撐成果為授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)、實(shí)用新型專利1項(xiàng)、發(fā)表核心期刊論文2篇 。
創(chuàng)新點(diǎn)四：跨流域短/中/長(zhǎng)期水文水情測(cè)報(bào)方法創(chuàng)新與實(shí)踐
發(fā)明一種大落差巖溶地貌下基于八點(diǎn)法的高精度等值線自動(dòng)提取方法；首創(chuàng)了一種基于洪峰流量達(dá)標(biāo)頻次的無(wú)資料流域最大降雨量預(yù)測(cè)方法；研制了短/中/長(zhǎng)期跨流域水文水情測(cè)報(bào)及優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。
支撐成果為授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)、實(shí)用新型專利1項(xiàng)。
創(chuàng)新點(diǎn)五：跨流域水火風(fēng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度創(chuàng)新與實(shí)踐。
研制開發(fā)跨流域經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制模塊（EDC），建設(shè)并實(shí)現(xiàn)了跨流域多能源智能經(jīng)濟(jì)調(diào)度與控制等高級(jí)應(yīng)用功能；開發(fā)了水火風(fēng)互濟(jì)及發(fā)電權(quán)交易模糊智能決策模塊并首次成功應(yīng)用。
支撐成果為授權(quán)軟件著作權(quán)1項(xiàng)，基于研究成果，公司精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、精確調(diào)度，2018年完成水火交易電量約13億kWh，公司火電企業(yè)市場(chǎng)化電量區(qū)域第一，交易電量預(yù)控偏差小于5%，實(shí)現(xiàn)了最大交易電量和“零違約”，取得了顯著成效。
2. 實(shí)施效果
（1）經(jīng)濟(jì)效益：年均新增電量約10億千瓦時(shí)；同時(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用，公司在水電、火電、風(fēng)電方面節(jié)省了建設(shè)獨(dú)立集控中心的費(fèi)用，節(jié)約電力生產(chǎn)成本數(shù)千萬(wàn)元。
（2）社會(huì)效益：近5年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約179萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放約445萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放約17萬(wàn)噸，多減少氮氧化物排放約8.5萬(wàn)噸，提高了節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)境效益；同時(shí)，該技術(shù)發(fā)揮庫(kù)群調(diào)節(jié)，減少梯級(jí)水庫(kù)群沿岸因洪水給人民生命財(cái)產(chǎn)造成損失。
聲明
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