關於建設智慧水電企業的調研報告

關於建設智慧水電企業的調研報告

金沙公司金銀臺樞紐胡磊

近年來，國內水電行業都在開展智慧企業建設，推動傳統能源企業管理革命性變革，以“智能自主、人機協同”爲目標，在電站數字化、網絡化、智能化的基礎上，將大數據、人工智能等先進數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驗，構建“運行智能、巡檢智能、操作自主、人機協同”的全新水電生產組織形態與管理模式。如何在我司全面應用，實現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新技術成果和實踐經驗，取得良好的經濟效益和社會效益將是本文調研的主要方向。

一、智慧企業的概念

智慧企業是在企業數字化改造和智能化應用之後的新型管理模式和組織形態，是先進信息技術、工業技術和管理技術的深度融合。通過智慧企業建設不僅可以促進企業內部生產關係的轉型升級，完成與"互聯網+"社會生產力的和諧對接，還能進一步釋放企業員工的創新創效活力，爲企業提供可持續發展的源動力。

智慧水電站是在自動化的基礎上，利用物聯網的技術和設備監控技術，加強信息管理和服務；清楚掌握髮電流程、提高發電過程的可控性、減少人工干預、及時正確地採集發電過程數據，從而科學地制定發電計劃，構建高效節能、綠色環保、環境舒適的人性化工廠。智慧水電站把VR、大數據等運用到工業領域，方便監控現場、事故預報與診斷，實現了從數字化到智慧化的跨越，改變了以往的運行管理模式，實現了從人工決策到類機器決策的過程。

二、我國智慧水電建設的現狀及發展趨勢

2018 年 5 月 8 日至 9 日，在北京華北電力大學，聯合舉辦了2018 年智慧電廠（第一期）論壇。論壇得到廣大電力企業、科研院校和信息科技公司的積極響應，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、電規總院、西安熱工院，以及其他各電力集團公司科研院、電力設計院，華北電力大學、東南大學等都積極派人蔘會。通過兩天的報告交流，論壇取得豐碩成果。其中大唐南京發電廠、大唐泰州熱電公司、國電大渡河流域水電開發公司、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電和探索建設智慧電廠的實踐作了詳細的介紹。

2019年12月17日，由中國企業聯合會、中國企業家協會主辦的“2019中國智慧企業發展論壇”在浙江省德清國際會議中心舉辦。主題爲“智能自主 全面賦能”。國家能源集團大渡河流域水電開發有限公司黨委副書記、總經理塗揚舉出席，並代表智慧企業推進委員會發布《智慧水電企業建設指南》，從此拉開了智慧水電企業建設新篇章。

目前，大渡河水電公司通過探索物聯網、大數據和人工智能技術與流域梯級電站羣自主運行、遠方操作、智能巡檢等成套關鍵技術，建成了首個“自感知、自運行、自學習、自決策”的梯級電站羣。2020年10月08日，由中國水利發電工程學會和中國大壩工程學會聯合主辦的水庫大壩和水電站智能建造與運行學術交流會上，大渡河公司被授予梯級水電站羣智能運行創新實踐基地。

瀑布溝水電通過建立生產知識圖譜，藉助5G傳輸智能安全帽採集到的實時視頻，運用現實感知模型計算人員精準位置，姿態動作及環境風險。並結合安全管理業務流程和認知圖譜，實現人員、設備安全。藉助環境感知輔助降低操作人員的精神壓力，讓雲計算成爲生產過程中的智慧大腦，提升安全管理水平。

大崗山水電通過運維生產管理模型的建立，解決現行運維管理模式與智慧電廠建設的不平衡性，建立全面融合制度、機器、設備、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、導葉開度等數據進行建模，針對大量生產數據未得到有效利用、應急人員對機組運轉特性存在盲區、智慧發電控制策略有死區、設備狀態評估無前瞻等痛點進行水輪機運轉特性在線辨識。

大渡河水電通過整合大渡河公司水文、水工專業領域現有技術及數據資源，結合流域各區域的降雨地災預警需求特點，構建集多源氣象信息融合預報、降雨地災關聯預測、預警信息發佈功能爲一體的降雨地災預警模型。

大唐亭子口水電採用5G水下機器人搭載清淤和巡檢作業設備，可以在不排水的條件下，替代人工水下作業，降低了成本提高了效率。

諸如此類的給設備賦能、將大數據、物聯網等應用至水電生產、管理中的案例比比皆是。目前我國智慧水電建設開展的熱火朝天，智慧水電的建設日漸成熟，大渡河水電、大唐、華能、華電等水電企業已走在智慧企業建設道路的前端，推動智慧水電企業建設也將成爲社會進步的必然趨勢。

三、我司在智慧水電企業建設中的現狀

從嘉陵江流域水電企業目前情況來看，電廠的運行管理仍然在沿用傳統的運營管理模式，電廠仍未能形成廠級的統一數據平臺，實時數據與相關管理數據無論在存儲管理還是應用方面都是割裂的。運行大多仍根據定值曲線自動調整，未進行優化，檢修方面也仍在沿用定檢定修。設備巡檢工作採用人工巡視+工業電視巡視。水情調度採用人工預測，主觀判斷爲主。從冷端優化、運行優化類到故障早期預警、設備可靠性評價等檢修類應用仍處於分散應用狀態。金沙公司初探了“聯合調度”，提出了建設嘉陵江流域集控中心，其它大多數電站仍依靠提升自動化程度或信息化程度的形式推進，仍未能與實際生產相結合，距離實現智慧企業相距甚遠。

四、傳統生產運行中的不足

傳統的水電生產運行採用人工巡視，多班組值班制度，檢修方面沿用每年定檢定修，管理採用多人分工管理模式，還是以水爲天、靠水吃飯的調度模式，這些傳統的水電運營已無法滿足社會進步的要求，在實際生產中也體現出了多方面的不足，例如：

1、傳統的檢修工作缺乏針對性，導致檢修並不徹底，安全隱患無法全面排除，還可能會反覆停機、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、傳統的巡視工作，主要採用人工巡視，每天有3次固定路線和多次臨時機動巡檢任務。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、巡檢範圍與頻率等因素，在一定程度上影響巡檢質量。人工巡視也只能看到設備外表，來主觀的判斷設備運行狀況。對設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等。

3、傳統的班組值班、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、傳統的水情調度，依靠收集上游電站放水計劃進行粗狂式調度，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。在降低耗水率，增加發電效益上略顯不足。

五、建設智慧水電企業的優勢

智慧水電企業，以“智能自主、人機協同”爲目標，在電站數字化、網絡化、智能化的基礎上，將大數據、人工智能等先進數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驗，構建“運行智能、巡檢智能、操作自主、人機協同”的全新電力生產組織形態與管理模式。

面對傳統水電生產的不足，智慧水電企業的建設能解決傳統水電生產運行中的諸多問題，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，轉變了以往的多人分工班值管理方式，實現了無人值守管理，降低人力資源的投入，簡化了運行管理內容，提高了工作效率。

2、採用“無人機+巡檢機器人+工業電視”相結合的模式，輔以智能傳感器系統，實現在廠房各區域精準可靠地移動、跟蹤、定位，並根據探測的可見光、紅外光及氣體、聲音、振動、溫溼度來識別和分析異動故障。機器人智能巡迴取代傳統水電站人員走動式巡迴，由機器人完成一系列自動化定向操作，完成對生產現場數據的採集、傳輸、分析及結果處理等全過程，減少人員工作量，大大提高工作效率和工作質量。

3、全面實現無人值班（少人值守）管理，強化現場智慧安全管理。採用智能鑰匙等管理手段，實現現場權限管理精細化，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、實現智慧檢修：以狀態監測、故障診斷、智能決策爲要素，由數據中心、算法中心、應用中心和服務管理系統等構成。數據中心對設備狀態數據進行實時採集，形成設備特定狀態的變化曲線，提供判定參數。算法中心對數據中心提供的數據進行比較挖掘和處理，對設備各個狀態作出狀態評判，及時作出趨勢預警，實現風險自動識別。應用中心根據算法中心的預警，對故障點進行精準定位定性，結合趨勢變化，提出檢修策略，有效避免設備過修或漏修。服務支持系統依託精益檢修標準體系，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水平。

5、實現智慧調度：傳統的水電站以水爲天、靠水吃飯，這也是幾代水電人難以突破的行業技術瓶頸。在創新技術的支撐下，智慧電站可以採用流域多源數據融合分析技術，建立了高精度水情預測預報及電力調控體系，構建基於降雨、徑流、大氣環流指數時空場的多因子集，創建大數據驅動的高精度水情氣象耦合洪水概率預報技術，結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，基於多層控制模型簇的梯級電站實時負荷自動分配的方法，建立自適應複雜洪水情勢的流域泄洪閘門智能調控系統，實現流域調度由單機直調向多電站“一鍵調”的轉變，實現嘉陵江流域全年負荷調節零干預。通過調節攔蓄洪水，成功應對汛情，調蓄大洪水，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、智能調度決策支持、經濟調度控制等先進研究成果的應用，實現增效目的。

六、我司應當如何開展智慧水電企業建設

智慧水電企業建設主要實現業務量化、統一平臺、集成集中、智能協同四部分。一、業務量化：通過科學設定標準、量化工作任務，實現精益化企業管理；運用智能設備和物聯網技術，實時採集、傳輸、處理各類信息數據，實現對企業各種要素的動態感知。二、統一平臺：運用無邊界網絡技術、雲計算技術、移動互聯技術，創建員工協同工作、數據實時交換、信息實時處理的信息化基礎平臺。三、集成集中：通過整體規劃、系統整合、數據集中、集成運行等策略，消除業務系統分類建設、條塊分割、數據孤島的現象，構築企業級統一服務平臺。四、智能協同：在相關數據、平臺、應用的支撐下，實現人、系統、設備之間的高效協作；在人工智能和大數據技術的支持下，實現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、更經濟、更環保、更先進、更高效是智慧水電發展的必然需求，雲計算、大數據、物聯網、人工智能、移動互聯、5G應用等技術賦能電力企業，智慧水電建設必然離不開這些技術，其中物聯網構建人機交互的新環境，特別是移動邊緣計算。

從信息化建設的角度來說，水電站的智慧水電平臺重點是要以設備的智能巡檢，故障精準定位排查，系統協同聯動來確定主要目標，以自動化控制爲基本點，以數據的共融共通爲核心點，依託大數據分析或者是智能化分析等技術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，要從水電站的生產過程、業務流程、物理對象、環境條件等方面進行數字化處理，然後將水電站的生產經營的各個環節業務進行量化，通過構建數據中心以及高速的傳輸網絡來完成海量數據的互聯互通，這些都是構建的物理環境，進一步在物理環境上要達到多維分析、態勢感知、趨勢預測、遠程控制、風險預警等集成的統一平臺，再將其與雲端的智能電廠平臺對接，實現監測、數據、運檢、調度、算法等於一體，實現雲端的智能協同。

（二）、智慧水電平臺框架組成

可以將智慧水電平臺劃分爲三個層級，包括雲端智能協同層，數據集成層以及水電站物理層。

雲端智能協同層應當是一個綜合分析平臺，要集成數據、算法、監控、運檢、調度等功能，並通過接口兼容集中管控的管理大屏、移動設備、數字化門戶等。它是一個典型的雲服務架構層，包括資源層、中間層、共享服務層以及接口層，資源層包括物理資源和虛擬資源池，屬於底層，主要包括各種硬件設備，如計算機、網絡、服務器、數據庫等，物理資源層之上還有虛擬資源池，用虛擬化技術將硬件當中存儲的資源匯聚的一個虛擬的資源池當中即雲端，中間層爲系統開發和測試提供接口，共享服務層主要提供應用軟件，接口層則主要提供不同權限用戶訪問雲端的接口。

數據集成層，核心是數據庫，它屬於雲服務架構當中的虛擬資源層，統轄地圖數據、安全數據、檢修數據、設備數據、運行數據、水文檢測數據等等，實現方法也比較簡單，可以採取網格技術來實現數據集成。在數據集成上描述模型提供聚合形式，這個模型是一個數據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係進行定義，然後預測模型利用已知的關係推測出更多的描述信息。在數據的集成當中相互關聯的數據庫實際上可以很容易被歸納在一起，創建一個單一的虛擬數據庫，或者稱爲異構數據庫系統，而實際上每個數據庫在加入異構數據庫系統之前本身就擁有自己的數據庫管理系統。這種數據庫方案並不需要改變原來的數據結構，可以使數據整合方案更簡單經濟。而該技術下的關鍵是中間件層，中間件層和每一個後臺數據庫用其自帶的接口連接，將分佈的數據庫映射爲一種統一的虛擬數據庫模型，應用就可以利用該虛擬數據庫去訪問需要的信息。

水電站物理層主要是依託物聯網技術在水電站佈置各種智能化前端設備，包括傳感器、監控視頻終端、自動化控制裝備等等，通過這些設備以及網絡來實現水電站水工建築、水利機械設備、發電設備、輸配電設備等的智慧互聯。

2、智慧水電平臺建設思考

智慧水電系統平臺符合我國城市大腦和大數據戰略佈局和整體規劃要求，實現對水電站的基礎信息管理，實現生態流量的實時監測與分析；整合行業信息資源，整合水電站基礎信息、現場圖片、基礎地理、地形數據、遙感數據、全景圖等，實現多源、多維、多態水電數據支撐；利用移動端和手機APP 實現對電站信息的動態反饋。

從技術層面來說，現階段有很多技術可以實現智慧水電平臺的建設，目前已經有很多成功的案例，比如麗水市投運的智慧水電系統平臺，該系統主要包括數據支撐平臺、智慧水電信息系統、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了大屏幕切換顯示，實現了狀態監控、視頻監控、水位監控等大屏幕顯示。實現了電氣主接線、狀態監控界面、報警光字牌、視頻監控畫面、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。實現了水電站安全雲巡檢、水庫大壩安全雲巡檢，手機終端查看巡檢記錄、巡檢報告、設備異常情況等。

可以看到數據已經成爲水電站管理當中非常重要的資產，未來智慧水電必定會大量依靠專業數據中心來進行管理，電廠職工角色必定要逐步轉向大數據開發、維護與應用，而大數據的應用最關鍵的是給管理和決策做支撐，因此要實現數據採集的統一性和標準化，打通水電站各業務子系統、應用子系統，形成數據的網絡集成，爲不同場景提供所需數據，從實時以及歷史數據當中進行可視化的大數據分析，其中關鍵點是數據挖掘，數據挖掘是數據分析的基礎，爲了推動智能化分析，可以使用機器學習的方法，現階段機器學習有很多種實現方法，比如自適應增強方法。採用全數據鏈閉環反饋自適應模式，對水電系統的核心要素、重點目標、線上線下位置、狀態、數據、關聯、分析等數據進行全面挖掘分析和智能化分析應用。

七、我司建設智慧水電存在的問題

1、智慧水電投資建設方向及預期效益評估。在港投集團層面上，關於在智慧電廠怎麼投資，在哪個電站投資以及預期的投資回報是什麼的決策，仍然缺乏這種類型的評估。

2、如何爲港投集團和嘉陵江流域打造智慧電站。在單個發電廠中建設智慧水電項目會影響較少的歷史數據樣本，單獨的設計和設計差異以及模型選擇的差異。準確實現數據驅動型業務的智能場景非常困難。依靠現有的數據平臺無法實現，需要更大數據樣本的支持。

3、在港航公司及港投集團層面，智慧電廠的建設不能成爲新的數據島。爲了進行規範化，集約化的管控，建設智慧電站項目，必須做好管理和數據共享。

八、結語

智慧企業的探索和實踐，需要從系統科學理論的角度，面對這一複雜系統，充分運用雲數據、物聯網、移動終端、智能化設備等信息技術，實現對企業資源要素及其運行的數字化採集，構築企業數據資產和知識庫，打造企業神經系統和智能中樞，實現企業多個層次的自我閉環、自動決策和自我演進。智慧企業是一個持續優化、主動演進的過程，就如人的智慧永無止境一樣，智慧企業既是一種未來形態，也是一個過程，在演進過程中隨時呈現出多種組織形態、管理模式和能力成熟度。

創新不止步，改革再前行。金沙公司將不忘初心、牢記使命，全面落實集團公司總體發展戰略，願意做智慧電廠建設的引領者、實踐者、推動者，爲傳統企業注入轉型升級、提質增效的新動能，爲集團公司建設具有競爭力的一流水電企業作出更大貢獻。