-1-一、項目概述1.立項背景智能化已經滲透到了經濟和社會發展的方方面面，能源、交通、醫療、公共安全、建筑、基礎設施等行業迎來了深刻的變革，社會的發展催生了智能化技術的快速應用，智能化技術的進步又推動了社會形態的演變。信息技術和互聯網已經成為推進企業發展、提升企業效益、提高協同效率的重要支撐。面對經濟發展模式轉型、產業模式變化、客戶需求變化、技術驅動業務模式變革的沖擊，企業需通過加強對外部環境、社會及企業自身的狀態感知，提高對企業管理的洞察力，通過體系、流程、人、技術等企業要素的有效變革和優化，提高企業應對外部風險能力，實現可持續發展，向智慧型企業轉型。應對互聯網、大數據、物聯網、云計算等信息領域新技術發展，推進重點行業智能轉型升級，提高資源利用效率，加快構建高效、清潔、低碳、循環的綠色工業體系。智慧能源企業概念由此產生。截至2019年9月底，全國光伏發電累計裝機19019萬千瓦，同比增長15%，新增1599萬千瓦。其中，集中式光伏發電裝機13149萬千瓦，同比增長11%，新增773萬千瓦；分布式光伏發電裝機5870萬千瓦，同比增長28%，新增826萬千瓦。2019年前三季度，全國光伏發電量1715億千瓦時，同比增長28%。棄光電量32.5億千瓦時，同比減少7.5億千瓦時；棄光率1.9%，同比下降1.0個百分點，實現棄光電量和棄光率“雙降”。光伏電站發電流程相對簡單，光伏場站廣闊、環境惡劣偏遠，設備眾多分散，運維工作量大，現場維護人員少，組件故障點的判斷定位困難；邊界長達10余公里，安防困難，光伏場站防火難度大，影響安全運行；生產管理系統未建立，兩票、設備管理、可靠性分析、智能報表等功能缺乏，生產現場智慧化應用少。因此，開展光伏電站智慧化建設，解決光伏電站實際生產中的問題，消缺隱性缺陷，增加發電效應，提高設備可靠性，提升光伏電站運維管理，實現電站精細化管理，是開展光伏電站智慧化建設項目發展趨勢。本項目采用“大數據、云計算、物聯網、移動互聯”技術理念，提供一體化平臺監控、智能設備診斷、劣化趨勢分析、組件積塵預警等功能；并通過建立動態三維虛擬電站和電子導航地圖，實現全方位、精準化人員、安防和設備定位；通過防山火監視系統，有效監測光伏場站消防隱患；通過智能設備監測手段，開展大數據分析，提供設備可靠性指標，實現預警預測與故障診斷，提升發電效益；通過建立符合電站實際少人值守的生產管理系統，減少繁雜日常管理工作，提高工作效率；有效分析現場實際應用，研發移動終端APP應用，實時管控電站安全生產狀況等，通過光伏電站智慧化項目建設，建立大唐集團公司和電力行業光伏能源行創新技術示范點。2.項目意義光伏電站人力資源有限。場站分布廣、設備眾多而分散，已建成的各生產控制系統功能有限、生產管理系統未建立等，給電站精細化管理帶來諸多困難。通過智慧化應用三維電站平臺和電子地圖，精準定位光伏場站設備、人員、安防和防火隱患等；建立智慧化一體管控平臺智慧應用多重高級功能，達到新能源企業精細化管理的要求。光伏電站控制簡單，設備眾多，各信息系統相對獨立，功能有限，高級應用功能缺乏，無法發揮信息化管控能力，無法實現智慧化應用。如：計算機監控系統智能報警功能有限，無法實現智能報警，需要人工查詢等。電站未建立生產管理系統，無法開展設備健康評價和可靠性分析，現有的分析手段有限，造成數據統計不精準、不規范，信息數據時效性差等困難，未部署智能兩票系統，現場作業無法實現標準化作業，存在安全風險等。通過建立智慧化應用平臺，實現設備智能管理，安全生產過程有效管控，生產管理精細化，解決電廠生產實際問題，開展設備健康評價和可靠性分析，促進管理提升和效益提升。實現邊界安全管控，是光伏電站面臨的重要問題。近年來光伏電站火災事故頻發，光伏場站山火、電氣設備故障和雷電引發是主要原因，同時給光伏電站運行帶來極大危害，如何控制光伏電站火災事故，提前實現火災預警是光伏電站重要的安全課題。通過建立烏圖美仁光伏電站邊界應力防護網或電子防護網，在重要區域部署無死角全天候智能攝像頭，并通過聯動電子地圖，實現報警和抓拍功能，保證電站邊界安全。光伏組件眾多，容易形成組件和組串隱性缺陷，通訊數據量約10萬點以上，電站已建成的計算機監控系統難以進行量化分析和定位，必須依靠大數據分析進行精準判斷，確定組串故障并精準定位，實現隱性故障及時消除。光伏電站已建成的系統有計算機監控系統、AGC/AVC、SVG控制、風功率預測、視頻監控、點巡檢系統、消防系統等，各系統采用不同的廠家建設，沒有完全實現數據融合和系統交叉共享使用，各系統相對獨立，功能單一，與電站實際需求存在差異性較大。如計算機監控無法實現設備異常智能報警，無法定位光伏串組故障點；各系統無法實現聯動，采用人工報表等等，影響電站實際運維工作，無法實現智慧化應用要求。二、平臺架構及功能1.平臺技術架構系統總體架構建筑在層次模型之上，系統采用先進的SOA架構思想,系統通過SOA技術提供了標準的數據訪問和控制接口，為外部業務系統及業務部門的數據共享和訪問提供了簡便、易用的接口。系統總體架構如下圖所示：平臺主要組成部分功能描述如下：數據資源層：光伏等各種電源類型生產實時數據，以及相關的外部數據。邊緣計算層：主要由硬件設備構成，通常部署在設備現場對數據資源層的各種數據源進行數據收集，以減少網絡傳輸數據量為目的，將海量邊緣設備采集或產生的數據進行部分或者全部計算的預處理操作，過濾無用數據、降低傳輸帶寬，在能耗、邊緣設備計算延時與傳輸數據量等指標之間尋找最優平衡。基礎設施層(Iaas)：通過負責對物理資源、虛擬化資源進行統一的管理和調度，包括如云計算、云存儲、云安全、虛擬化技術、網絡硬件資源等，對每個基礎資源單位的生命周期管理能力和各資源的管理調度能力，形成一個可統一管理、靈活分配調度、動態遷移、計費度量的基礎服務設施資源池，實現Iaas服務的可管、可控，向用戶及各層提供自動化的基礎設施服務。平臺層(Paas)：為應用平臺提供構件、交互、管理能力，包括流程、權限認證、交互服務、消息、任務、規則、配置、日志管理，為應用平臺提供模塊和應用的倉庫管理能力，可方便管理現場部署的應用及模塊，有利于進行實施人員對現場部署的應用有總體的掌握。應用層(Saas)：應用層分為火電特色應用、火水風光伏綜合應用兩塊：全面集成智慧光伏生產實時數據、功率預測、氣象信息、實時預警、商務智能、實時決策等輿情方面的指標數據，對數據進行深度挖掘分析。表現層：以多種形式服務于各類型用戶，包括移動終端、MaxHub、大屏、PC端等。2.平臺應用2.1數據采集平臺建立集中統一的數據采集管理平臺，采集光伏電站計算機監控系統、AGC、AVC、功率預測、保信子站等信息平臺數據。該采集平臺具有如下特性：支持多種網絡協議：目前已經支持TCP、UDP、RS232、RS485。支持多種實時數據庫：目前已經支持X-DB、麥杰、eDNA、PI、PlantConnect、iHistory、INSQL、Agilor等實時數據庫。支持多種關系型數據庫：目前已經支持Oracle、Sybase、SQLServer、DB2等大型關系型數據庫管理系統，同時也支持MSDE、ACCESS等桌面型數據庫系統。支持多種DCS、PLC控制系統以及輔網控制系統：目前已經支持的有：ABB、和利時、日立、Foxboro、新華、104規約、101規約、Moudbus、CDT、OPC、DDE等。故障管理：記錄系統所有故障信息，并提醒管理員進行相應處理。對于網絡中斷故障，當網絡恢復時，系統可自行恢復；對于系統進程死機的故障，系統也會自動重啟。跨越單向物理裝置隔離：當需要直接從電場控制網采集數據時，采集系統往往面臨著需要跨越單向物理隔離裝置的問題，我們將采用多臺采集機，實現實時數據的多級“接力傳輸”。2.2三維可視化平臺運用智能的三維精準建模技術和開放的數據集成技術建立三維智能虛擬現實模型，以基礎設備、生產過程、生產管理數字化為基礎，搭建可視化智慧光伏電站設備綜合管控與優化系統管理平臺，制定設備和工藝數據資產收集、整理、移交、存儲、利用規范，集成分散在各應用系統中的設計、設備、生產、質量、安全、環保等業務數據，在工程基礎資料、生產、設備、安全和培訓五大方面提供數據查詢和各種三維虛擬應用支持，實現三維智能模型與生產、運營、經營業務融合，提升管理業務的直觀性、準確性、智能性和協同性，實現管理和決策業務的可管、可視。2.3大數據分析平臺大數據平臺是一套覆蓋大數據采集、存儲、清洗、挖掘建模、分析、聯機查詢等于一體的一站式平臺。采用先進的大數據和機器學習技術，內置多種海量數據存儲方案、數據處理方法和分析挖掘算法；支持結構化數據、半結構化數據和非結構化數據的采集、存儲、分析挖掘、檢索；提供統一的數據服務訪問機制。平臺采用圖形化、流程化的方式進行大數據挖掘工作。數據價值的挖掘過程采用全可視化操作，使用者只需用鼠標把各種分析組件拖拽過來組裝成一個個分析流程，然后點擊“運行”即可獲得隱藏在深處的大數據“價值”。有了該平臺，使用者既不需要懂大數據技術細節也不需要懂編程技術，僅通過簡單的拖拽和組裝就能快速的構建出大數據分析挖掘模型，并對模型進行有效評估。2.4應用支撐平臺系統遵循SOA架構體系，基于統一的ICT基礎設施，以統一門戶管理、統一流程管理、統一數據管理、統一運維管理、統一安全管理五個統一為核心，構建一體化應用支撐平臺。各類業務功能以此為基礎開展建設或功能完善。通過支撐平臺和橫向服務總線集成各系統功能模塊/業務子系統，通過縱向服務總線實現與上、下級相關業務系統的互聯。3.應用場景光伏電站智慧化應用是以智能設備、服務器、網絡設備等硬件支撐系統為基礎，建立電廠數據倉庫，開展大數據分析，建立生產和運行優化系統；利用三維可視化技術，實現設備可視化診斷分析和動態壽命管理；通過智能感知技術，實現互聯網+的安全管理系統；結合離在線多維度診斷技術，點巡檢數據，實現健康指標分析和劣化趨勢分析，開展可預知狀態檢修技改；增強巡檢工作的高效性、安全性和可靠性，從而提升光伏電站整體運維效率，降低運維成本；通過在線指標統計和分析，為企業管理者提供輔助決策。智能預警與故障診斷整體解決方案，是針對光伏組織、匯流箱、逆變器、箱變等設備，采用人工智能、模式識別和先進的大數據挖掘技術，基于企業設備實時/歷史運行數據，分析設備參數間的關聯關系，實現設備運行狀態的在線監測、故障預警、診斷分析并進行快速定位，有效。系統支持運維人員遠程系統等實時數據，為生產管理人員提供電站各生產系統實時信息，供信息分析人員使用。基于組串的大數據分析監測，及時發現故障，自行告警分析，直接對其邏輯及實際現場位置定位，減少運維人員現場排查及分析問題時間，極大地提高了電站運維效率。同時，系統將相關數據遠傳分公司監管平臺，實現集團對下屬電站生產狀態的實時掌控，以及各系統的無縫銜接，消除數據孤島。結合解決方案中智能安全管理、三維虛擬電站、智慧運營等其他智能模塊，可全面提高光伏電站發電效率。虛擬電站形成與物理電站1：1真實還原的數字雙胞胎電站，全面監視、實時反饋，圖形化展示電站運行狀態；企業領導和運行人員在廠區外也能實時了解生產運行及設備故障情況（光功率、組串、逆變器、箱變實時數據、故障等）；現場巡檢、操作人員正確感知周圍環境，并在系統的引導下進行設備巡檢和操作，最大限度實現安全生產；同時通過故障診斷中心對設備在線診斷、故障預警、事故預報和故障診斷，及時對設備進行必須的檢修。智慧光伏將使發電廠運行水平及設備管理水平上升到一個新的階段。三、技術難點與關鍵問題1.實現設備故障精準預警與診斷，提高光資源利用率和發電效益光伏電站設備分散、組件眾多，實時通訊數據量約10萬點。因光伏電站監控系統主要功能是控制監視，無法實現智能報警診斷和精準定位，僅依靠運行人員發現諸多光伏發電設備組件困難，一定程度上影響消缺及時率和發電效應，同時光伏場站面積廣大，精準定位查找故障異常點困難，利用電子地圖導航和智能報警診斷功能，對設備缺陷進行診斷并推出處理方案，實現迅速消缺，提高資源利用率和發電效益。2.開展設備健康指標和劣化趨勢分析，實現設備健康穩定運行光伏電站已建成的計算機監控系統系統并不具備精細化分析的能力，如何對眾多設備實現健康指標和劣化趨勢分析，僅僅依靠人工手段遠遠不足。建立智慧化一體平臺，利用大數據開展設備分析，是光伏電站智慧應用的重要手段，通過設備的運行的歷史數據、關聯系統的數據分析，對眾多設備進行量化指標分析，精準掌握光伏電站眾多設備的健康運行狀態和趨勢變化，及時進行維護和檢修工作，保證設備安全運行，提高發電效應，是光伏電站智慧化應用的關鍵技術。3.部署場區域防火預警、邊界防護和兩票系統，夯實企業本質安全近年來光伏電站火災事故頻發，光伏場站山火、電氣設備故障和雷電是引發火災主要原因，給光伏電站運行帶來極大危害，如何控制光伏電站火災事故，防患于未然是光伏電站最大安全主題。占地面積大，邊界長且復雜，場站內道路交錯，僅依靠人員被動布防。采用人工開票方式，無法適應新形勢下兩票執行要求。建立光伏場站內區域防火監測系統，全天候監測火源和電氣設備異常高溫，有效保障電站消防安全，建立應力電子圍欄和重點部位部署移動監測攝像頭，實現邊界安全主動防護和移動目標探測。建立符合大唐集團公司的智能兩票系統，實現現場標準化兩票作業和三講一落實。夯實企業本質安全。4.建立智慧光伏一體化生產管理系統，提高生產管理水平現有的生產管理系統，無法實現設備管理、技術管理、值班管理、缺陷管理和安全管理等應用。主要依靠人工紙質版本執行。業務無法實現標準化，數據溯源困難，管理水平提高難度大。通過構建智慧光伏一體化生產管理系統，實現功能定制，相關業務之間信息共享和協調，有效解決各業務間的壁壘、優化業務流程，提高業務效率。提高公司的生產管理水平，實現管理標準化。項目的創新點1.平臺的創新性采用全新的平臺化和一體化構架，實現跨平臺多系統應用。采用靈活的架構設計、開放的系統平臺、具備良好擴展性能，實現統一平臺維護，解決多系統形成的數據孤島問題。系統具備高可靠性以及維護的便捷性，主要優點如下：（1）采用新型工業互聯網平臺，提高網絡可靠性能系統采用先進的分層分布式網絡結構，充分利用“云計算”、“大數據”、“物聯網”“移動應用”等先進技術設計系統架構及物理部署架構。大數據軟件、云存儲和云計算均支持節點彈性擴展以便于后續規模擴張和性能升級，多節點間支持數據的冗余；體系架構采用高性能集群分布式架構的大數據處理系統，數據處理性能隨節點數量的增加而線性增加，支持多節點的自動負載均衡及故障轉移；系統采用先進的大數據存儲技術，采集存儲各業務板塊的全部數據，系統支持數據重發，對于波形等數據，在網絡堵塞的情況下，能夠利用空閑時間進行傳輸，有效提高數據傳輸的可靠性。（2）標準性原則智慧化應用采用統一標準平臺，采用標準、成熟、開放的數據模型及網絡協議進行數據訪問、存儲、計算及傳輸，便于第三方能夠基于數據應用的基礎上進行軟件開發，提高各系統之間的信息共享和協同互動能力，采用標準接口和標準開發一體化模式。（3）一體化的數據采集平臺配套智能數據采集裝置，實現了廣泛接入、邊緣計算及智能變頻采集等功能，能夠與不同型號、不同生產廠家的設備實現對接，真正以大數據的思想和架構應對海量工業數據采集場景。大數據分析模型，提供數據服務功能平臺提供了大量功能，如數據存儲、查詢、統計、分析、挖掘等功能，平臺已統一的數據服務向外提供這些功能。平臺內置了Java、C++、C#等語言的編程接口，公開了分布式存儲系統的訪問接口，方便第三方系統直接獲取服務支持。支持用戶自行設計服務，可以根據已有數據資源和用戶的服務需求自行搭建/裝配出信息服務。并對服務配置信息和參數的設置管理，并經過相關業務審批后，對外發布調用接口，供用戶使用，實現集團數據的互聯互通，信息共享的要求，使平臺的建設將有效幫助集團更好地實現數據管理以及基于數據的分析應用。平臺提供的服務都需要通過服務授權后用戶才能使用，在服務調用過程中，平臺自動進行身份認證。技術的創新性（1）實現智能化安防，減少火災隱患等安全事故通過雙光譜紅外成像識別系統，運用多種智能分析技術，對實時視頻流和錄像回放視頻流進行逐幀分析，自動過濾無用的視頻圖像，主動對明火、煙氣、溫度異常部位進行報警，保障人員或設備的安全，減少不必要的損失。（2）開展大數據分析，減少設備安全事故采用大數據分析技術、人工智能技術、在線建模技術、專家系統等，建立工藝子系統按多個工況條件的穩定工況模型，實時監測光伏組件的運行狀態，提取有效的特征參量，建立衡量設備和系統運行狀態的基準，給出故障的評判標準，將光伏設備運行數據與基準值實時在線對比，提供越限預警、故障主因診斷、劣化趨勢、誤操作等報警提示信息，并通過對生產數據的速率、偏差、劣化、關聯等計算，獲取早期故障征兆，形成設備和系統運行異常的預警機制，實時推送給生產運行及管理人員，提供生產預警及事故預報，科學控制與維護機組，實現安全、可靠運行。相當于在設備運行周期中實時掌控其狀態，做到合理的檢修安排。（3）隱性故障精準定位，及時消除設備隱患光伏電站眾多發電設備，隱性故障不可避免存在，因為區域和分散結構特點，難