郭亦文，耿林霄，胡 勇，高 林，鄭 西

大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)及其體系架構(gòu)

郭亦文1，耿林霄1，胡 勇2，高 林1，鄭 西2

（1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司，江西 上饒 334000）

本文通過(guò)分析智能優(yōu)化控制技術(shù)的發(fā)展及其實(shí)施現(xiàn)狀，提出大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的構(gòu)想，指出該平臺(tái)需要具備標(biāo)準(zhǔn)的智能控制技術(shù)實(shí)施規(guī)范、可靠的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、多模塊協(xié)作共享、靈活的擴(kuò)展能力、合理的硬件擴(kuò)展設(shè)備成本、良好的升級(jí)基礎(chǔ)等特點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合智能電廠系統(tǒng)架構(gòu)模型，提出大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的體系架構(gòu)。該體系架構(gòu)分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)通信鏈路、智能控制以及智能監(jiān)控5個(gè)層級(jí)，并對(duì)各層級(jí)的功能進(jìn)行了詳細(xì)分析。該一體化平臺(tái)對(duì)于推進(jìn)發(fā)電機(jī)組智能化建設(shè)具有重要意義。

智能發(fā)電；智能控制技術(shù)；大數(shù)據(jù)；一體化平臺(tái)；體系架構(gòu)

隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)的飛速進(jìn)步，大數(shù)據(jù)與人工智能等依賴大量數(shù)據(jù)與計(jì)算的新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到快速發(fā)展[1]。受限于分散控制系統(tǒng)（DCS）的封閉性等原因，發(fā)電機(jī)組的智能化建設(shè)依然落后于工業(yè)過(guò)程控制新技術(shù)的進(jìn)展[2]。由于缺乏統(tǒng)一、安全、規(guī)范的智能控制實(shí)施平臺(tái)，導(dǎo)致現(xiàn)有的先進(jìn)控制技術(shù)不得不采用獨(dú)立外掛控制器的方式，控制器質(zhì)量及實(shí)施水平較低。不同的智能控制技術(shù)實(shí)施方式不但導(dǎo)致各控制回路無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作，而且造成資源浪費(fèi)，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的不確定風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)以及維護(hù)成本。因此，發(fā)電行業(yè)亟待推出一套完整、規(guī)范的大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)，使之能涵蓋未來(lái)人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景，以滿足未來(lái)多元化的智能控制需求[3]。

基于此，本文通過(guò)分析智能控制技術(shù)的發(fā)展及升級(jí)需求，綜合對(duì)比當(dāng)前智能控制技術(shù)的實(shí)施現(xiàn)狀，以智能電廠系統(tǒng)架構(gòu)模型為框架，結(jié)合一體化平臺(tái)的特性，提出了大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的體系架構(gòu)。

1 大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)

1.1 智能優(yōu)化控制技術(shù)

在煤質(zhì)頻繁波動(dòng)、運(yùn)行負(fù)荷偏低以及需要大幅度升降負(fù)荷的工況下，為了提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率，進(jìn)一步挖掘機(jī)組非額定工況下的節(jié)能減排潛力，一些以模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、多目標(biāo)非線性預(yù)測(cè)控制、狀態(tài)觀測(cè)器等算法為核心的智能優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[4]。

以智能協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)為代表，智能燃燒優(yōu)化控制技術(shù)、智能吹灰優(yōu)化控制技術(shù)、智能脫硝控制技術(shù)以及智能壁溫超溫預(yù)警技術(shù)等新型智能控制技術(shù)在近兩年得到大規(guī)模應(yīng)用，其投資小、靈活性高、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)也受到發(fā)電行業(yè)的普遍好評(píng)[5]。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展日漸成熟，煤質(zhì)在線智能校正技術(shù)、風(fēng)煤水智能協(xié)同優(yōu)化技術(shù)等依賴大數(shù)據(jù)分析的前沿性技術(shù)課題的研發(fā)工作也迫在眉睫[6]。實(shí)現(xiàn)當(dāng)前智能控制技術(shù)的多元化整合，并在整合基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與平臺(tái)多方位擴(kuò)展的需求，已成為目前發(fā)電機(jī)組智能優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)用及升級(jí)改造所面臨的問(wèn)題[7]。

1.2 智能優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)施現(xiàn)狀

當(dāng)前發(fā)電機(jī)組智能控制系統(tǒng)主要以DCS為控制核心，以智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)、擴(kuò)展智能變送器以及智能優(yōu)化算法庫(kù)等資源為輔助[8]。在此智能化建設(shè)原則的基礎(chǔ)上，各智能優(yōu)化控制技術(shù)普遍采用外掛可編程控制器（PLC）的控制方式，該控制方式承擔(dān)數(shù)據(jù)處理和智能計(jì)算功能，并將智能結(jié)果通過(guò)Modbus/OPC/總線等通信方式送入DCS直至執(zhí)行器，以此實(shí)施智能控制。

在智能控制技術(shù)開(kāi)展初期，由于該技術(shù)普遍不被接受，因此項(xiàng)目實(shí)施數(shù)量較少，主要以獨(dú)立控制器的方式開(kāi)展。隨著電力行業(yè)智能化升級(jí)改造工作的逐步深入，利用智能控制技術(shù)提高發(fā)電機(jī)組的綜合效率逐漸成為行業(yè)的普遍共識(shí)[9-10]。目前，智能控制技術(shù)常以打包的方式開(kāi)展，同一機(jī)組多項(xiàng)智能控制技術(shù)同時(shí)實(shí)施已成為常態(tài)。在智能控制技術(shù)項(xiàng)目全面開(kāi)展的同時(shí)，一些在獨(dú)立項(xiàng)目應(yīng)用中被隱藏的技術(shù)阻礙也逐漸顯露，譬如：重復(fù)性的硬件設(shè)備導(dǎo)致項(xiàng)目執(zhí)行成本偏高；不同控制器之間難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同共享導(dǎo)致項(xiàng)目執(zhí)行效率較低；控制器的通信配置受限于機(jī)組停機(jī)時(shí)間，導(dǎo)致項(xiàng)目執(zhí)行周期較長(zhǎng)；不同項(xiàng)目的實(shí)施規(guī)范不同導(dǎo)致機(jī)組的安全風(fēng)險(xiǎn)增加[11-12]。

因此，為了能在更好地整合智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高智能控制技術(shù)的實(shí)施效率，亟需一套涵蓋通信、計(jì)算、管理和監(jiān)督的一體化平臺(tái)。該平臺(tái)應(yīng)具有適合智能電站應(yīng)用場(chǎng)合的平臺(tái)架構(gòu)，為智能控制技術(shù)的應(yīng)用提供成熟、穩(wěn)定的實(shí)施環(huán)境。

1.3 大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)特點(diǎn)

1）標(biāo)準(zhǔn)的智能控制技術(shù)實(shí)施規(guī)范 作為發(fā)電機(jī)組智能化建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施載體，大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)應(yīng)具備統(tǒng)一的智能控制技術(shù)實(shí)施規(guī)范。該規(guī)范應(yīng)從技術(shù)前期實(shí)施、中期調(diào)試、后期維護(hù)以及未來(lái)擴(kuò)展4個(gè)方面做統(tǒng)一規(guī)劃，以提高項(xiàng)目的施工管理效率，統(tǒng)一規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）可靠的數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)，其可靠性將直接影響智能控制技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。在成熟、穩(wěn)定的通信協(xié)議（Modbus/OPC/總線等）基礎(chǔ)上，可靠的數(shù)據(jù)采集技術(shù)不但應(yīng)包含完備的安全防護(hù)措施和合理的通信指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，也應(yīng)包含高效的事故預(yù)處理方案等，這將為大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的實(shí)施、推廣及升級(jí)改造工作提供扎實(shí)的技術(shù)保障。

3）多模塊協(xié)作共享 為完成多元化智能控制項(xiàng)目的技術(shù)整合工作，大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)應(yīng)該為各類型控制技術(shù)提供具備獨(dú)立運(yùn)算能力的核心處理控制器?？刂破鲬?yīng)采用并聯(lián)的硬件結(jié)構(gòu)布置方式，彼此間相互獨(dú)立互不干擾。以并聯(lián)式硬件結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)應(yīng)在控制中間層設(shè)置共享網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該層網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)交互橋梁，不但能實(shí)現(xiàn)多控制器多模塊之間的信息交匯共享，也能為平臺(tái)的控制級(jí)及監(jiān)控級(jí)提供一個(gè)有效的通信鏈接途徑。

4）靈活的擴(kuò)展能力 為了提高大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的擴(kuò)展能力，其硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)在并聯(lián)方式的基礎(chǔ)上涵蓋標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施接口及項(xiàng)目拓展端口，并針對(duì)這些接/端口設(shè)計(jì)一套完整的接口組態(tài)軟件，使得項(xiàng)目的擴(kuò)展不受機(jī)組運(yùn)行狀況及并行項(xiàng)目工程進(jìn)度的影響，滿足現(xiàn)有機(jī)組多方位的智能化建設(shè)需求。

5）合理的硬件擴(kuò)展設(shè)備成本 與靈活的拓展能力相結(jié)合，大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)應(yīng)在保障通信穩(wěn)定、計(jì)算高效的基礎(chǔ)上盡量剝除重復(fù)的硬件設(shè)備，使智能控制技術(shù)項(xiàng)目的硬件搭建過(guò)程冗余較少，插件或設(shè)備的重復(fù)利用率較高，確保智能控制技術(shù)項(xiàng)目合理的利潤(rùn)空間。

6）良好的升級(jí)基礎(chǔ) 由于大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)架構(gòu)必須能夠涵蓋未來(lái)人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等應(yīng)用場(chǎng)景，因此為了保證大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)未來(lái)技術(shù)升級(jí)改造的可持續(xù)性，平臺(tái)在滿足現(xiàn)有智能控制技術(shù)整合需求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)配備具有可擴(kuò)展能力的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器。該服務(wù)器應(yīng)能提供更高效的大數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)服務(wù)，使大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)能夠真正發(fā)揮一體化智能控制的優(yōu)勢(shì)與潛力。

綜上所述，大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)能夠在整合現(xiàn)有智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上滿足發(fā)電機(jī)組未來(lái)多元化的升級(jí)發(fā)展需求，將是提高發(fā)電機(jī)組乃至電力行業(yè)智能化升級(jí)改造進(jìn)程的有效手段。

2 平臺(tái)體系架構(gòu)

2.1 智能電廠系統(tǒng)體系架構(gòu)

以“工業(yè)4.0”架構(gòu)模型為基礎(chǔ)，參考中國(guó)智能制造系統(tǒng)架構(gòu)《中國(guó)制造2025》總體部署規(guī)劃[13]，智能電廠系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能電廠系統(tǒng)體系架構(gòu)

智能電廠系統(tǒng)體系架構(gòu)可分為生命周期、系統(tǒng)和智能功能3個(gè)層級(jí)[14]。生命周期層級(jí)包含電廠資產(chǎn)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試到維護(hù)、消亡等一系列過(guò)程。系統(tǒng)層級(jí)代表發(fā)電過(guò)程的結(jié)構(gòu)層級(jí)劃分，具體包括設(shè)備及電力系統(tǒng)層、監(jiān)控層、車間層、電廠層及互聯(lián)世界層，主要用來(lái)相對(duì)精準(zhǔn)地描述電廠的資產(chǎn)以及資產(chǎn)的組合體，因此與實(shí)際的物理電廠層級(jí)并無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。智能功能層級(jí)包含執(zhí)行、通信、信息、功能及業(yè)務(wù)共5層智能化要求。該層級(jí)覆蓋人工智能（AI）、信息、通信、技術(shù)（ICT）、MT等先進(jìn)技術(shù)，能夠使電廠的運(yùn)行和管理具有自決策、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等智能功能，具有較高的靈活性與魯棒性。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)發(fā)電機(jī)組都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步的信息化，但在智能電廠的建設(shè)過(guò)程中，智能功能層級(jí)的建設(shè)進(jìn)度卻較緩慢，尤其在通信、信息和功能3個(gè)領(lǐng)域仍然具有很大的進(jìn)步空間。

1）通信層即通過(guò)有線或無(wú)線媒介，實(shí)現(xiàn)電廠內(nèi)各資源之間全方位的集成與交互功能。由于該層級(jí)不但需要貫穿設(shè)備層、監(jiān)控層、控制系統(tǒng)層、車間層等不同的縱向?qū)用?，也需要橫跨感知、執(zhí)行、信息等多方位功能與業(yè)務(wù)，因此其連貫性、兼容性及穩(wěn)定性是該層級(jí)智能化建設(shè)的關(guān)鍵[15]。從當(dāng)前的智能化電廠實(shí)施現(xiàn)狀可以看出，現(xiàn)場(chǎng)絕大多數(shù)智能設(shè)備僅使用其常規(guī)功能，這造成了資源的浪費(fèi)，也影響了通信鏈路由下至上的完整性即連貫性，底層設(shè)備信息由于通信層阻礙缺乏有效的二次開(kāi)發(fā)和利用[16]。擴(kuò)展設(shè)備的通信實(shí)施規(guī)范與實(shí)施方式缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致通信層的兼容性及穩(wěn)定性受到極大影響，最終造成數(shù)字化通信層的建設(shè)工作無(wú)法貫穿始末。

3）功能層包括電廠資產(chǎn)的全部邏輯、功能和服務(wù)，該層級(jí)從信息層獲取信息，并將決策執(zhí)行信息通過(guò)信息層傳遞給執(zhí)行器。智能功能層級(jí)的建設(shè)著重于功能層的智能化模塊設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，并將智能化模塊進(jìn)行整合，最終實(shí)現(xiàn)智能控制策略的應(yīng)用與發(fā)展。目前大多數(shù)發(fā)電機(jī)組的功能層僅為技術(shù)實(shí)施人員提供基礎(chǔ)的模塊開(kāi)發(fā)和組合環(huán)境，底層編程語(yǔ)言環(huán)境（C、C++、類C等）的缺失導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、廣義預(yù)測(cè)控制（GPC）等依賴于編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)的智能控制算法難以完成編譯及調(diào)試工作，這嚴(yán)重影響了智能控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)度。

因此，未來(lái)的發(fā)電機(jī)組智能化建設(shè)工作應(yīng)著力解決通信、信息和功能這三個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)，從而進(jìn)一步推進(jìn)智能電廠的升級(jí)改造進(jìn)程。

2.2 大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)體系架構(gòu)

圖2為大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)體系架構(gòu)，分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)通信鏈路、智能控制以及智能監(jiān)控5個(gè)層級(jí)。

圖2 大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)體系架構(gòu)

2.2.1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括總線智能執(zhí)行器、總線智能傳感器以及傳統(tǒng)I/O設(shè)備。該層能夠充分收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各類診斷信息，包含但不限于設(shè)備性能信息、設(shè)備健康信息以及設(shè)備維護(hù)信息等，為智能控制層提供執(zhí)行依據(jù)。

2.2.2控制系統(tǒng)層

控制系統(tǒng)層包括各大主流控制系統(tǒng)，是由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它綜合了計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制等4C技術(shù)，能夠?yàn)榇髷?shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)體系架構(gòu)的大數(shù)據(jù)通信鏈路層提供過(guò)程數(shù)據(jù)，并將智能控制層的控制指令下達(dá)至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，完成控制的實(shí)施過(guò)程。

2.2.3大數(shù)據(jù)通信鏈路層

在核設(shè)施的輻射防護(hù)上，起初認(rèn)為只要保護(hù)了人類，也就保護(hù)了其他物種。1976年，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)明確提出非人類物種的保護(hù)問(wèn)題，1990年國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)提出的在保護(hù)人類的同時(shí)還需要保護(hù)人類賴以生存和發(fā)展的其他生物的輻射防護(hù)觀點(diǎn)逐漸為人們所認(rèn)可。因此，從保護(hù)環(huán)境、維持生物多樣性的角度，需要評(píng)價(jià)核設(shè)施對(duì)于生物的輻射影響。國(guó)外在該方面進(jìn)行了較多的研究，并研發(fā)了專門(mén)軟件，得到了廣泛應(yīng)用。

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息不同的是，發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，其中一部分來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，另一部分來(lái)源于設(shè)備管理、物資管理等經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)類型涵蓋數(shù)字、文檔和圖片，采樣頻率周期也從秒級(jí)跨越至年級(jí)。這類來(lái)源分散、數(shù)據(jù)量大、相互關(guān)系復(fù)雜的數(shù)據(jù)構(gòu)成發(fā)電機(jī)組大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的底層基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)與智能電廠的特點(diǎn)，大數(shù)據(jù)通信鏈路層應(yīng)涵蓋高速通信控制站、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器以及大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)三大部分。

1）高速通信控制站 高速通信控制站包括大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、硬件通信設(shè)備/工具以及配套的防護(hù)軟件三大部分。大數(shù)據(jù)采集技術(shù)針對(duì)多元化的大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，應(yīng)分為離線數(shù)據(jù)的批量采集技術(shù)以及在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集技術(shù)。不同負(fù)荷段的機(jī)組配風(fēng)狀況、環(huán)保出口NO含量時(shí)均值等批量離散數(shù)據(jù)可依靠Pentaho Kettle這類開(kāi)源ETL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而機(jī)組實(shí)際負(fù)荷、分離器出口壓力等在線數(shù)據(jù)則主要依靠硬件通信設(shè)備完成實(shí)時(shí)傳輸過(guò)程。這些硬件設(shè)備囊括傳統(tǒng)的I/O插件，也包含EtherNet、Modbus、PLC集成CPU等高速通信設(shè)備。為了保證大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)在大數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的安全性及規(guī)范性，高速通信控制站的配套防護(hù)軟件應(yīng)該包括完備的功能體系，即具備故障預(yù)警功能、故障診斷功能、預(yù)防通信阻塞功能以及裝置切換保護(hù)功能等。在安全防護(hù)措施完備的基礎(chǔ)上，智能控制站針對(duì)通信質(zhì)量也應(yīng)具備合理的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，包含但不限于通信質(zhì)量查驗(yàn)功能、通信時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能以及通信穩(wěn)定性估算功能等。高速通信控制站作為大數(shù)據(jù)通信鏈路層的底層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能夠?yàn)橹悄芸刂茖犹峁╅L(zhǎng)期有效的數(shù)據(jù)支撐。

2）大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器 作為大數(shù)據(jù)通信鏈路層級(jí)的中間結(jié)構(gòu)層，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器主要滿足大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)對(duì)于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及處理需求。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)不同，發(fā)電機(jī)組的大數(shù)據(jù)類型涉及廣泛，圖片、音/視頻以及地理信息等各類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)已成為需要存儲(chǔ)和處理的海量數(shù)據(jù)的重要組成部分。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)（面向結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）的存儲(chǔ)容量、處理能力以及擴(kuò)展能力無(wú)法滿足當(dāng)前存儲(chǔ)要求的前提下，基于NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式存儲(chǔ)方式很好地解決這些問(wèn)題。該方式采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，充分利用多臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器分擔(dān)存儲(chǔ)任務(wù)，利用位置服務(wù)器定位存儲(chǔ)信息，不但提高了系統(tǒng)的可靠性，也提高了存儲(chǔ)效率。存儲(chǔ)類型既包含以Hbase數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的列存儲(chǔ)，也包含以Dynamo系統(tǒng)為基礎(chǔ)的鍵值對(duì)存儲(chǔ)以及以HDFS文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)的分布式文件存儲(chǔ)等，可以滿足多元化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。為適應(yīng)這種分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，發(fā)電機(jī)組大數(shù)據(jù)處理服務(wù)器可以選擇相對(duì)廉價(jià)的型號(hào)以降低硬件投入成本，通過(guò)構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)處理計(jì)算系統(tǒng)作為整體解決方案，其處理場(chǎng)景可以按照批處理、流處理和內(nèi)存計(jì)算三類模式分別選取Map Reduce、Storm和Spark三類成熟的軟件，用以高效地完成海量大數(shù)據(jù)的處理工作，為大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)未來(lái)的升級(jí)改造工作提供良好的技術(shù)支撐。

3）大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò) 大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)作為連接通信鏈路層和智能控制層的橋梁，承擔(dān)著智能數(shù)據(jù)交互的功能。作為大數(shù)據(jù)通信鏈路層的最上層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)采用令牌與主從輪詢相結(jié)合的存取方式為智能控制層的設(shè)備提供數(shù)據(jù)支持。智能設(shè)備擁有均等的數(shù)據(jù)共享權(quán)，如果遇到特殊需求，實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)也可以設(shè)置優(yōu)先級(jí)，以滿足工程項(xiàng)目的實(shí)際需求。不同類型的智能控制設(shè)備可以利用大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)作共享，如智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可利用智能燃燒配風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化數(shù)據(jù)完成風(fēng)煤的合理配比控制，智能噴氨脫硝控制也可以參考智能燃燒器擺角數(shù)據(jù)提高NO排放控制精度。擴(kuò)展設(shè)備也可以充分利用該網(wǎng)絡(luò)避免與同級(jí)設(shè)備或控制系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行直接的通信連接，進(jìn)而能夠大規(guī)模簡(jiǎn)化拓展項(xiàng)目的實(shí)施流程，縮短實(shí)施周期。

2.2.4智能控制層

智能控制層包括但不限于智能控制器、工控服務(wù)器以及拓展控制器等設(shè)備。該層作為大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的核心處理器層，承擔(dān)了大多數(shù)的智能算法處理工作。智能控制層的設(shè)計(jì)不但可以允許拓展設(shè)備隨時(shí)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施接口及項(xiàng)目拓展端口接入智能控制層，與同級(jí)設(shè)備共同利用大數(shù)據(jù)通信鏈路層的實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，也可以剝除拓展設(shè)備的底層通信插件設(shè)備，使拓展項(xiàng)目的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化至具備組網(wǎng)接口的核心控制器，降低了項(xiàng)目成本。這一特性可為大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的靈活性擴(kuò)展能力提供有效的技術(shù)支撐，也可為平臺(tái)未來(lái)的技術(shù)升級(jí)改造提供優(yōu)良的底層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2.2.5智能監(jiān)控層

智能監(jiān)控層即指智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的執(zhí)行效能，并為發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供在線故障診斷以及狀態(tài)檢修指導(dǎo)。該層能夠充分利用控制平臺(tái)的高速通信控制站對(duì)SIS、MIS、物資管理、檢修管理等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析各類型設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)與性能試驗(yàn)指標(biāo)，結(jié)合設(shè)備實(shí)際變化趨勢(shì)，對(duì)機(jī)組環(huán)保設(shè)施和高耗能設(shè)備進(jìn)行性能評(píng)估與預(yù)測(cè)。并在此基礎(chǔ)上計(jì)算機(jī)組的優(yōu)化空間以及節(jié)能減排潛力[17]，以及一些綜合設(shè)備管理系統(tǒng)中的超溫報(bào)警、超壓報(bào)警、超速報(bào)警及跳閘報(bào)警等數(shù)據(jù)，也能夠?qū)﹃P(guān)鍵運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行可靠性和安全性動(dòng)態(tài)評(píng)估，從而減小機(jī)組爆管、結(jié)渣以及環(huán)保指數(shù)超標(biāo)等現(xiàn)象的發(fā)生，為今后評(píng)估機(jī)組調(diào)峰能力以及開(kāi)展相關(guān)節(jié)能技術(shù)提供有效依據(jù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

為了加快電力行業(yè)的智能化升級(jí)改造進(jìn)程，本文對(duì)大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)及其體系架構(gòu)進(jìn)行了解析。參考當(dāng)前智能技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)施方式，對(duì)大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)的特性進(jìn)行了界定。以智能電廠系統(tǒng)體系架構(gòu)為基礎(chǔ)，并充分結(jié)合大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)特性，對(duì)該平臺(tái)的體系架構(gòu)進(jìn)行了分級(jí)闡述，以推進(jìn)智能控制技術(shù)在電力行業(yè)中的推廣應(yīng)用，對(duì)于構(gòu)建綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重大意義。

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Big data intelligent control integration platform and its architecture

GUO Yiwen1, GENG Linxiao1, HU Yong2, GAO Lin1, ZHENG Xi2

(1. Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China; 2. Guodian Huangjinbu Power Plant Co., Ltd., Shangrao 334000, China)

Through analyzing the development and implementation status of intelligent optimization control technology, this paper puts forward the conception of big data intelligent control integrated platform. It points out that this platform needs to have the characteristics of standard intelligent control technology implementation specification, reliable data acquisition technology, multi-module cooperative sharing, flexible expansion ability, reasonable hardware expansion equipment cost and good upgrade foundation. Moreover, combining with the architecture model of smart power plant, it proposes the architecture of intelligent integrated control platform based on big data, which is divided into five levels including field equipment, control system, big data communication link, intelligent control and intelligent monitoring. Each level's function is investigated in detail. This platform has great significance for improving the intelligent construction process of power plants.

smart power generation, intelligent optimization technology, big data, integrated control platform, system architecture

TM621

A

10.19666/j.rlfd.201907142

2019-07-05

郭亦文(1990—)，女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闊峁ぷ詣?dòng)化技術(shù)，guoyiwen@tpri.com.cn。

郭亦文, 耿林霄, 胡勇, 等. 大數(shù)據(jù)智能控制一體化平臺(tái)及其體系架構(gòu)[J]. 熱力發(fā)電, 2019, 48(9): 22-27. GUO Yiwen, GENG Linxiao, HU Yong, et al. Big data intelligent control integration platform and its architecture[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(9): 22-27.

（責(zé)任編輯 杜亞勤）