跨流域綜合能源大數據智慧運營服務平臺——面向生產經營全業務全流程的數字化解決方案
引言：
跨流域綜合能源利用在高速發展過程中面臨諸多挑戰。棄水棄風事件造成了大量優質可再生能源損失。傳統信息化平臺存在大量“信息孤島”，系統各自孤立、獨立運行，無法實現統一的數據交互。數據處理方面，大規模廠站接入后海量實時數據無法進行高效處理。越來越多的能源電力企業面臨著不同流域、不同地區、不同種類的電力生產廠站統一集中管理問題。建設跨流域多能源大數據智慧型集控，已成為當前能源電力企業實現數字化、網絡化、智能化的必然選擇。
一、項目概況
本案例研究建立了“互聯網+”水火風智慧一體化關鍵技術及運營平臺，構建了基于工業互聯網的水火風電源智能多系統聯動、智能化應急指揮等智能系統模塊，首創了跨流域多能源海量數據交互方法等新技術和跨流域短/中/長期水文水情測報新方法，研制了跨流域多能源聯合優化調度系統，實現了國內外最大規模跨流域多能源大數據智慧集控。
1. 項目背景
水電和風電分別是當今世界最主要的和增速最快的可再生能源，我國水電和風電總裝機均居世界第一，近年出現的棄水棄風事件造成了大量優質可再生能源的損失，不符合我國節能環保的要求，隨著電力改革的推進以及發電技術的發展，越來越多的能源電力企業面臨著不同流域、不同地區、不同種類的電力生產廠站統一集中管理問題。
2. 項目簡介
本案例的實施，一是為了能提高能源利用率，避免水火風電廠單獨建立遠控中心，節約電力生產成本，創造更大的經濟效益；二是為了減少CO2、SO2、NOX排放，實現流域防洪、節能（減棄）、供水、航運、壓咸補淡等綜合效益；三是為了解決跨流域多能源企業自動化系統和信息化系統各自孤立、管控困難、智能決策水平差等問題，實現生產經營數據的匯聚共享和挖掘應用、實現電廠生產管理和智慧運營模式的創新。
3. 項目目標
（1）通過研究水火風智慧一體化關鍵技術，實現工程化應用；
（2）解決跨流域多能源企業自動化系統和信息化系統各自孤立、管控困難、智能決策水平差等問題；
（3）實現Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區數據的匯聚和實時共享，實現大數據的充分挖掘和應用；
（4）實現流域雨情、水情精準預測預報和水能資源的充分利用；
（5）實現跨流域多能源的智能化應用；
（6）實現電廠生產管理和智慧運營模式的創新；
（7）實現資源的優化配置，創造經濟和社會綜合效益。
二、項目實施概況
本案例的關鍵技術，已在大唐集團廣西區域近1200萬千瓦裝機的9個流域17條河流的41座水電廠、1座火電廠和9座風電場進行了推廣應用，也已應用于其他區域公司中。
1. 項目總體架構及主要內容
（1）總體框架
以實現人工智能與人腦智慧的有機融合互補，達到企業資產、數據、人的最優組合，使企業具備自適應、自學習、自趨優、自恢復、自組織、自演進能力為目的，基于智慧化最優化理念，依據上述智慧企業理論設計思路，在滿足電力二次系統安全防護要求的基礎上，構建以一體化管控平臺為總體框架的多能源、跨區域、綜合性智慧企業生態系統。
（2）主要內容及功能
本案例設備系統采用分區的體系結構，基于一體化管控平臺，在滿足電力監控系統安全防護規定的前提下，開發部署相關應用組件（功能模塊），完成廠站主要生產經營數據的匯聚共享和挖掘應用，實現發電管理、水情水調、生產調度、應急指揮、安全監管、工業電視、設備分析診斷和聯合優化調度等功能。
1）智慧安全應急管控
智慧安全應急管控中心負責安全生產管控、安全監督管理、應急救援指揮、網絡信息安全等，實現：人員行為、作業過程安全管控，全面接入智慧廠站的智能兩票、電子圍欄、智能防誤觸等系統信息，實現廠站人員行為及安全狀況的全面掌握和實時監控。
2）智慧發電運行控制
智慧發電運行控制中心負責運行狀況監視、工況調整、設備狀態改變、巡回檢查、應急處置、安全生產管理、技術培訓支撐等，實現：智能監盤，基于現有集控和廠站計算機監控系統，進行必要的升級完善，整合廠站監控數據，制定符合智能集中監視和控制的邏輯判斷，開發部署高級功能組件（模塊），實現智能報警、智能診斷、智能處置、智能保護、智能控制、智能操作等，滿足“集控運行、無人值班（少人值守）”要求。
3）智慧設備設施診斷決策
智慧設備設施診斷決策中心負責設備設施狀態監測、趨勢分析和診斷、狀態檢修、大壩管理、氣象及地質災害管理等，圍繞廠站設備設施與水庫大壩的狀態分析、健康診斷、趨勢預測、壽命評估等內容，通過對各設備設施的部件分解、深入剖析、理論分析等，構建精確仿真模型，利用健康狀態診斷算法和壽命趨勢評估算法，判斷機組和庫壩的整體和部件的劣化程度，開展設備設施診斷評估工作。
4）智慧資源經濟管理
智慧資源經濟管理中心負責水資源、風資源、光資源、化石能源等資源的優化利用、經濟運行、電量交易和營銷支持等，實現：資源精準預測，通過水文水情測報、燃煤價格、風資源預測、光資源預測等，實現一次發電資源精準預測，更好指導發電調度計劃。
2.安全及可靠性
（1）構建完善的網絡安全防護體系
遵循“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的總體原則及等保要求，將網絡資產分區部署，并在所有分區邊界上設立電子安全防線，實現對核心網絡資產的隔離和保護。
（2）增強數據傳輸安全可靠性
一是通過租用專用電力、公網通信通道和自建光纜等，拓展完善現有數據網（監控、生產、管理數據網，分別用于傳輸安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區業務），建立覆蓋廣西公司所有企業的通信網絡。
二是建設智能廠站通信網絡，廠站根據實際，采用5G和無線傳輸技術等，建設覆蓋廠內辦公區、重點設備設施和主要生產工作區域的有線、無線網絡，支撐智能安防、智能信息、設備智慧維護、移動辦公等智慧（智能）業務建設。
3. 其他亮點
（1）實現了“互聯網+”跨流域多能源大數據集控智慧集控中心的首次應用，研制了智能一體化平臺關鍵技術，解決了多能源多平臺間信息交互、協同調度難題。
（2）發明了基于海量數據時空組合關聯特性的水電站生產數據預清洗過濾方法，首創了一種基于協議流檢測和混合特征識別技術的混合流通信模式，建立了基于受控廠站全維度監控海量數據（全采全送、全監全控）的水火風電五遙優化控制系統，突破了多能源海量數據實時信息交互難題。
（3）研制了跨流域短/中/長期水文水情測報及優化調度系統，解決了無資料流域降雨量和少測點徑流來水預測不準確、山谷與山脊地貌情況下水文水情預測出現與真實情況嚴重不符的難題，實現了最大降雨量、洪峰狀態、水文水情的精準預測。
三、下一步實施計劃
1. 多能源智慧氣象服務平臺研究與應用
利用5G通信與氣象部門建立高質量數據通道，通過大數據分析、WebGIS技術、AI技術、結合當前智慧氣象預報技術，建立面向全公司系統的智慧氣象服務平臺，為公司的電力生產、設備檢修、市場營銷等提供精細化氣象服務需求。
2.流域電站群智能發電調度研究與應用
基于傳統優化調度理論，結合現代大數據處理、人工智能技術，研究集控10個水電站水庫優化調度方法，形成負荷廠間、廠內優化分配方案，編制水庫調度和發電計劃；研發部署智能發電調度模型。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
創新點一：“互聯網+”跨流域多能源大數據一體化平臺關鍵技術研究及智慧
集控中心示范
研制了智能一體化平臺及關鍵技術，首次實現了多能源企業水、電調、應急指揮等多系統的整合；集中監視、控制和管理9個流域17條河流總裝機近1200萬kW的51座水、火、風電廠，實現了國內外最大規模跨流域水火風多能源智慧集控中心的建設與示范。
支撐成果為授權實用新型專利1項、軟件著作權2項、編制國家標準2項（已報批）。
創新點二：基于“互聯網+”的多能源智能系統模塊創新研發與應用
實現了I、II、III區數據貫穿和實時共享；完成了智能安全監管、狀態監測與診斷等系統建設，實現最大規模多系統智能聯動控制；首創了跨流域多能源應急指揮平臺；實現并建立了跨流域集控多層級協同的調度與控制模式。
支撐成果為授權實用新型專利2項、編制國家標準3項（已報批）、發表核心期刊論文3篇 。
創新點三：混合通信規約及數據模型融合的多能源海量數據交互方法創新與實踐
發明了基于海量數據時空組合關聯特性的水電站生產數據預清洗過濾方法并首次應用；首創了一種基于協議流檢測和混合特征識別技術的混合流通信模式并首次應用；建立了最大規模的基于受控廠站全維度監控海量數據（全采全送、全監全控）的水火風電五遙優化控制系統。
支撐成果為授權發明專利1項、實用新型專利1項、發表核心期刊論文2篇 。
創新點四：跨流域短/中/長期水文水情測報方法創新與實踐
發明一種大落差巖溶地貌下基于八點法的高精度等值線自動提取方法；首創了一種基于洪峰流量達標頻次的無資料流域最大降雨量預測方法；研制了短/中/長期跨流域水文水情測報及優化調度系統。
支撐成果為授權發明專利1項、實用新型專利1項。
創新點五：跨流域水火風聯合優化調度創新與實踐。
研制開發跨流域經濟調度控制模塊（EDC），建設并實現了跨流域多能源智能經濟調度與控制等高級應用功能；開發了水火風互濟及發電權交易模糊智能決策模塊并首次成功應用。
支撐成果為授權軟件著作權1項，基于研究成果，公司精準預測、精確調度，2018年完成水火交易電量約13億kWh，公司火電企業市場化電量區域第一，交易電量預控偏差小于5%，實現了最大交易電量和“零違約”，取得了顯著成效。
2. 實施效果
（1）經濟效益：年均新增電量約10億千瓦時；同時，該技術的應用，公司在水電、火電、風電方面節省了建設獨立集控中心的費用，節約電力生產成本數千萬元。
（2）社會效益：近5年節省標準煤約179萬噸，減少二氧化碳排放約445萬噸，減少二氧化硫排放約17萬噸，多減少氮氧化物排放約8.5萬噸，提高了節能減排和生態環境效益；同時，該技術發揮庫群調節，減少梯級水庫群沿岸因洪水給人民生命財產造成損失。
聲明
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