紀方旭 何堯璽 李雪松 曾戌運 楊奕帆

摘 要：針對大型清潔能源基地新能源場站在全生命周期業(yè)務(wù)管控的需求，基于物聯(lián)感知、大數(shù)據(jù)分析、AI診斷、三維可視化、智能圖像識別等先進技術(shù)，研究并提出了可涵蓋新能源場站—區(qū)域集控—公司總部的數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)藍圖和架構(gòu)體系。通過規(guī)劃項目前期管理、工程建設(shè)管理、生產(chǎn)運營管理、業(yè)務(wù)支撐保障等四大領(lǐng)域的功能應(yīng)用以及數(shù)字化平臺基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)任務(wù)，為新能源發(fā)電企業(yè)提供可借鑒的數(shù)字化解決方案。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；全生命周期；數(shù)字化規(guī)劃

中圖分類號：TM71? 文獻標志碼：A

0 引 言

近年來，國內(nèi)積極響應(yīng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的倡議，推動可再生能源替代行動的實施計劃，加快推進清潔能源大基地建設(shè)[1]。2023年3月，國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推進能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》，提出推動形成能源智能調(diào)控體系，推動數(shù)字化、智慧化技術(shù)在新能源行業(yè)全覆蓋應(yīng)用[2]。工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合印發(fā)《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2025年）》，提出智能光伏系統(tǒng)要實現(xiàn)自感知、自診斷、自維護、自調(diào)控等技術(shù)和管理目標[3-4]。這些政策為新能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了重要的政策支持和指導。

當前，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展日新月異，各新能源發(fā)電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及建設(shè)處在不同階段，在基礎(chǔ)設(shè)施支撐、系統(tǒng)功能架構(gòu)、數(shù)據(jù)管理應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全防護、新技術(shù)融合創(chuàng)新以及信息化運營保障等諸多方面都不同程度地存在一些問題，亟待優(yōu)化提升。為加強數(shù)字化頂層設(shè)計，統(tǒng)籌場站—區(qū)域—總部各層級的數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)，消除數(shù)字化系統(tǒng)架構(gòu)差異，避免數(shù)字化業(yè)務(wù)功能重疊、數(shù)據(jù)多源重復、數(shù)據(jù)標準不一致等問題，越來越多的新能源企業(yè)開始意識到數(shù)字化建設(shè)的重要性，并積極開展企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及建設(shè)工作，以提升生產(chǎn)效率、降低運營成本、優(yōu)化管理模式[5-6]。

1 規(guī)劃藍圖

基于新能源建設(shè)和運營管理業(yè)務(wù)需求，提出企業(yè)新能源數(shù)字化的建設(shè)藍圖、總體架構(gòu)和功能應(yīng)用，助力新能源場站的標準化建設(shè)、智能化運維和一體化管理?；谌芷跀?shù)字化管控平臺和信息化基礎(chǔ)設(shè)施，圍繞項目前期管理、建設(shè)期管理、運營期管理、業(yè)務(wù)保障支撐四大核心領(lǐng)域進行規(guī)劃建設(shè)，以實現(xiàn)多場景的數(shù)字化管理。業(yè)務(wù)藍圖如圖1所示。

1.1 項目前期管理

工程項目前期以科學規(guī)劃設(shè)計、全過程數(shù)字化管控為目標，通過建設(shè)市場開發(fā)項目管理、投資造價管理、投資經(jīng)營性評估等系統(tǒng)，為項目的開發(fā)投資決策提供科學依據(jù)。通過對現(xiàn)場踏勘管理、項目管理信息、業(yè)務(wù)流程管理、項目風險、投資造價編制、投資經(jīng)濟性評估等資料文件進行數(shù)字化歸集，構(gòu)建全生命周期的資料庫。

1.2 工程建設(shè)管理

工程建設(shè)期聚焦于提升工程管理效率，通過建設(shè)工程控制臺、質(zhì)量管理、進度管理、安全任務(wù)管理、技術(shù)管理和綜合管理等功能，實現(xiàn)工程項目總體態(tài)勢的監(jiān)控、處置以及工程全要素的管理。其中，工程控制臺功能實現(xiàn)項目信息、人員、項目進度、安全檢查統(tǒng)計、質(zhì)量檢查統(tǒng)計及重要公告展示等；進度管理功能幫助公司監(jiān)控各個項目的工程目標與進度，及時發(fā)現(xiàn)所屬項目的進度風險點；質(zhì)量管理功能實現(xiàn)對工程質(zhì)量進行輔助診斷、流程驗收及質(zhì)檢管理；安全任務(wù)管理功能實現(xiàn)對日常安全任務(wù)問題單的閉環(huán)管理，推動安全問題的快速解決；技術(shù)管理功能實現(xiàn)對各專業(yè)技術(shù)監(jiān)督、技術(shù)支持和技術(shù)文檔資料的管控。

1.3 生產(chǎn)運營管理

在生產(chǎn)運營階段，重點圍繞如何實現(xiàn)電站的“無人化”管理，分別建設(shè)新能源集控系統(tǒng)和智慧生產(chǎn)運營管理平臺。新能源集控系統(tǒng)支撐生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行監(jiān)視、遠程調(diào)度控制和故障告警，實現(xiàn)對場站的遠程監(jiān)視、集中控制，為場站的無人化提供基礎(chǔ)條件。智慧生產(chǎn)運營平臺業(yè)務(wù)分為運營業(yè)務(wù)和運維業(yè)務(wù)，運營業(yè)務(wù)以數(shù)字孿生等技術(shù)為依托，實現(xiàn)場站的三維可視化看板，基于多維數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析平臺，實現(xiàn)對場站運行的總體態(tài)勢監(jiān)控和關(guān)鍵對標指標、績效考核指標、發(fā)電計劃指標、發(fā)電量指標、發(fā)電效率指標、運營考核指標的分析呈現(xiàn)，輔助運營管理人員進行管理決策；運維業(yè)務(wù)則實現(xiàn)新能源場站的生產(chǎn)管理、智能診斷、智能裝備巡檢等核心業(yè)務(wù)功能，達到無人值班、少人值守的目標。

1.4 業(yè)務(wù)保障

保障業(yè)務(wù)主要包括智能安防、智能消防、智能物資和安全管理等。智能安防、消防系統(tǒng)通過高清視頻監(jiān)控、AI、傳感、無人機等技術(shù)，提升新能源大基地安全等級，提高安保效率，降低安保成本，保障新能源場站安全運行。智能物資管控系統(tǒng)實現(xiàn)對物資的統(tǒng)一編碼及區(qū)域物資的聯(lián)儲聯(lián)備。安全管理系統(tǒng)對新能源場站建設(shè)及運營階段提供綜合人員、設(shè)備、環(huán)境等全方位的安全保障和對自然災(zāi)害的監(jiān)測預警。通過統(tǒng)一規(guī)劃，為新能源場站的安防、消防、物資倉儲和安全監(jiān)測提供全生命周期一體化業(yè)務(wù)保障。

2 架構(gòu)設(shè)計

2.1 業(yè)務(wù)架構(gòu)

按照業(yè)務(wù)規(guī)劃的總體思路，業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)從項目前期到運行期的全場景業(yè)務(wù)覆蓋、運營流程作業(yè)的全過程管理、管理過程全自動化和支撐運營決策過程的全可視化。通過對主要發(fā)電集團新能源公司數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)情況的調(diào)研和行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢分析，結(jié)合公司各部門及場站新能源業(yè)務(wù)管控需求，業(yè)務(wù)架構(gòu)主要圍繞項目前期管理業(yè)務(wù)、工程建設(shè)業(yè)務(wù)、生產(chǎn)運營業(yè)務(wù)、全生命周期保障業(yè)務(wù)四個領(lǐng)域進行規(guī)劃設(shè)計。業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

2.2 應(yīng)用架構(gòu)

新能源信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用圍繞項目前期管理、工程建設(shè)管理、生產(chǎn)運營管理等四大領(lǐng)域進行平臺應(yīng)用體系及功能建設(shè)。業(yè)務(wù)應(yīng)用功能按照縱向管控、決策支撐、橫向協(xié)同、高效運營等目標進行設(shè)計，保障企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)共建共享、智能互聯(lián)。應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

新能源信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用功能建設(shè)的任務(wù)，一是面向新能源企業(yè)項目前期新能源場站投資造價編制和規(guī)劃設(shè)計人員，對能源市場開發(fā)項目綜合分析和科學規(guī)劃設(shè)計，并對前期的資料進行數(shù)字化歸集管理。二是面向工程項目管理相關(guān)人員，對新能源場站建設(shè)過程中的質(zhì)量、進度、安全、物資、人員、車輛等全要素進行高效管控。三是面向運營期相關(guān)人員實現(xiàn)新能源場站運行可視化監(jiān)視、調(diào)度控制、故障告警、智能診斷、智能裝備巡檢、運營綜合指標分析等功能，為新能源場站的安全高效運營提供數(shù)字化手段。四是智能安防、智能消防、智能物資、安全管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，為業(yè)務(wù)支撐提供保障。

2.3 技術(shù)架構(gòu)

按照業(yè)務(wù)及配套基礎(chǔ)設(shè)施需求，規(guī)劃建立“1+4+N”的新能源數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，“1”為1個統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，“4”為4個業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，“N”為各應(yīng)用體系包含的若干應(yīng)用。總體技術(shù)架構(gòu)如圖4所示。

通過一體化的數(shù)據(jù)底座和集約化的平臺架構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)聯(lián)動和統(tǒng)籌管理。平臺提供統(tǒng)一、開放的標準接口，以支持多系統(tǒng)接入和擴展新的應(yīng)用。數(shù)字平臺主要包括以下功能組件：

（1）物聯(lián)網(wǎng)平臺。負責各子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、告警收集及相關(guān)控制指令下發(fā)，支撐對末端設(shè)備的可視化運營，實時掌控設(shè)備狀態(tài)。

（2）視頻監(jiān)控平臺。通過視頻云平臺視圖資源共享及智能圖像處理技術(shù)，提供豐富的智能算法，提升視頻圖像處理效率及業(yè)務(wù)協(xié)同能力。

（3）大數(shù)據(jù)平臺。通過對新能源場站相關(guān)數(shù)據(jù)的整合，向下提供全部子系統(tǒng)和其他平臺的數(shù)據(jù)集成接口，向上提供數(shù)據(jù)服務(wù)、計算能力接口給應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）三維可視化平臺。對新能源場站空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。

（5）人工智能平臺。對生產(chǎn)區(qū)場站監(jiān)控數(shù)據(jù)以及管理區(qū)智能巡檢設(shè)備（如無人機、巡檢機器人、清掃機器人、攝像機、智能穿戴設(shè)備等）采集視頻圖像數(shù)據(jù)進行智能分析，識別設(shè)備缺陷，有助于設(shè)備預測性維護。

2.4 數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)架構(gòu)主要對場站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分層管理方案進行規(guī)劃，目標是實現(xiàn)公司數(shù)據(jù)的規(guī)范性、一致性、準確性和完整性，同時解決信息集成共享和資源的重復利用問題，并在此基礎(chǔ)上，充分挖掘數(shù)據(jù)的價值，有效支持業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理和經(jīng)營決策分析?？傮w數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖5所示。

數(shù)據(jù)架構(gòu)包含數(shù)據(jù)源、采集交換層、存儲處理層、計算分析層、訪問使用層。數(shù)據(jù)來源于公司內(nèi)外部，從空間維度看，主要產(chǎn)生于新能源場站、區(qū)域集控、總部管理部門；從時間維度看，主要產(chǎn)生于項目的工程建設(shè)期和生產(chǎn)運維期。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，采用實時和非實時兩種采集策略，在采集手段上分為拉取、推送和虛擬連接三種方式。

通過數(shù)據(jù)的采集進入數(shù)據(jù)倉庫，或通過數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)共享需求。對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型，使用不同的數(shù)據(jù)存儲和處理策略形成混合式架構(gòu)，使用可擴展的分布式存儲方式進行實時在線、批量數(shù)據(jù)處理計算與轉(zhuǎn)換，同時提供多種類型的數(shù)據(jù)服務(wù)，供業(yè)務(wù)人員開展嘗試性數(shù)據(jù)分析挖掘。

采用多種分析工具和手段構(gòu)建統(tǒng)一的分析服務(wù)能力，實現(xiàn)查詢、分析、挖掘、預測等數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，并可以形成特定的數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)用于智能決策、趨勢分析等應(yīng)用場景。所有數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的結(jié)果，在統(tǒng)一架構(gòu)下為公司內(nèi)外部各個層級、各種類別的用戶提供多種業(yè)務(wù)支撐。

建設(shè)期中會產(chǎn)生設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)、BIM數(shù)字化模型數(shù)據(jù)、圖紙數(shù)據(jù)、基建檔案數(shù)據(jù)、合同管理數(shù)據(jù)等，需要通過對這些數(shù)據(jù)進行治理，規(guī)范數(shù)據(jù)管理標準，從公司層面統(tǒng)一設(shè)備和物資編碼體系，實現(xiàn)從建設(shè)期到運維期的數(shù)據(jù)遷移和數(shù)據(jù)全生命周期管理。加強建設(shè)期與運維期的數(shù)據(jù)集成關(guān)聯(lián)，為運維期的設(shè)備維護檢修提供數(shù)據(jù)分析與決策支撐。

2.5 集成架構(gòu)

按照“少人無人化運營管理”的建設(shè)理念，在區(qū)域側(cè)建設(shè)區(qū)域集控一體化管理平臺，實現(xiàn)對各個新能源場站的統(tǒng)一運營管理，將場站側(cè)各獨立的設(shè)備和業(yè)務(wù)子系統(tǒng)集成至區(qū)域側(cè)，通過一體化平臺拉通數(shù)據(jù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)接口標準化，各系統(tǒng)間信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。集成架構(gòu)如圖6所示。

新能源區(qū)域集控一體化管理平臺實現(xiàn)三個層級的集成。一是場站側(cè)生產(chǎn)區(qū)和管理區(qū)的集成，如實現(xiàn)基于管理區(qū)氣象系統(tǒng)的功率預測。二是區(qū)域側(cè)新能源集控中心和管理區(qū)智慧生產(chǎn)運營管理平臺的集成，實現(xiàn)區(qū)域側(cè)整體運營數(shù)據(jù)的打通。三是區(qū)域側(cè)和場站側(cè)的跨區(qū)域集成，實現(xiàn)在區(qū)域集控中心對新能源場站的運行監(jiān)控和集控集維。

2.6 網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)設(shè)計以“安全第一、預防為主、管理與技術(shù)并重、綜合防范”為方針，以“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向加密”為原則，滿足電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護體系（等保2.0）的“縱深防御、集中管控”要求，構(gòu)建集識別、防護、檢測、響應(yīng)于一體的防護能力。網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)如圖7所示。

區(qū)域集控側(cè)與新能源場站安全一區(qū)之間的數(shù)據(jù)通信線路為電力專線。安全二區(qū)之間為電力專線或運營商專線，配置縱向加密及防火墻設(shè)備保護數(shù)據(jù)傳輸安全。區(qū)域集控側(cè)與新能源場站管理信息大區(qū)（安全三區(qū)）之間的數(shù)據(jù)通信線路為運營商專線/互聯(lián)網(wǎng)專線，采用防火墻、VPN專線等方式保證邊界與數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

3 結(jié)束語

通過產(chǎn)業(yè)政策洞察、行業(yè)調(diào)研剖析及業(yè)務(wù)需求分析，對新能源發(fā)電企業(yè)全生命周期數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)進行了深入研究，提出了可涵蓋新能源場站—區(qū)域集控—公司總部的數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)藍圖和業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、集成架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)。規(guī)劃的項目前期管理、工程建設(shè)期管理、生產(chǎn)運營期管理和業(yè)務(wù)支撐保障等四大業(yè)務(wù)體系及功能應(yīng)用等建設(shè)方案，對國內(nèi)新能源企業(yè)數(shù)字化建設(shè)具有較強的指導意義，有助于提高企業(yè)生產(chǎn)運營管理水平和場站運維效率、降低運營成本和安全管理風險，促進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

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A New Energy Digital System and Its Functional Application Planning Based on the Whole Life Cycle

JI Fangxu 1，HE Yaoxi 1，LI Xuesong2，ZENG Xuyun1，YANG Yifan1

（1. China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；2. Southwest Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，China Power Engineering Consulting Group，Chengdu 610056，China）

Abstract：To meet the operational needs throughout the entire life cycle of large-scale clean energy bases，we propose a comprehensive digital system blueprint and architecture encompassing new energy stations，regional centralized control，and corporate headquarters by employing advanced technologies such as IOT sensing，big data analysis，AI diagnosis，three-dimensional visualization，and intelligent image recognition. Functional applications are developed across four major domains：planning pre-production management，engineering construction management，production and operation management，and business support. Together with the construction of the digital platform infrastructure，these research findings provide digital solutions for new energy power generation enterprises.

Key words：new energy generation；the whole life cycle；digital planning

基金項目：長電新能有限責任公司項目（4223020049）

作者簡介：紀方旭，男，工程師，博士，主要研究方向為新能源業(yè)務(wù)數(shù)字化運營管理體系。E-mail：ji_fangxu@ctg.com.cn