基于全業務流程的電網企業全景管控平臺生產指揮體系構建

白文遠,孫 濤,張玉剛,牛歡歡,王 珂,王勝利,劉義德,蔣甘寧,劉 凱

(1.國網甘肅省電力公司,甘肅 蘭州 730030;2.國網甘肅省電力公司 超高壓公司,甘肅 蘭州 730070)

國網甘肅超高壓公司積極響應黨的二十大報告中關于碳達峰、碳中和能源革命的要求,在國家電網公司“一體四翼”高質量發展任務的指引下,致力于推動科技創新與管理創新的深度融合,以實現企業管理與運營的高效化、智能化、信息化和可持續發展。通過踐行智慧電網理念,公司利用先進技術和數據分析手段,實現對電網設備和供電系統的實時監測和運行優化,提高電網的安全性、可靠性和可持續性。

1 生產指揮體系總體建設思路

能源互聯網下的生產指揮體系是通過全業務流程全景管控平臺來實現生產業務的全方位可視化管理。通過對生產指揮體系進行優化,并加強指揮中心人才隊伍的建設和培養,提高大電網的安全性和穩定性。對生產組織、方式以及基層基礎現狀進行分析,并提出可行的變革建議,以提升生產效率和質量。通過大數據生態互聯的生產數據價值挖掘研究與應用,結合業務中臺和數據中臺,分析和挖掘潛在價值,從而指導設備更換、檢修,以及人員技能提升等活動。將安全生產指揮管理體系與輸電通道監控、變電站監控、新技術應用等相融合,構建一體化的安全生產組織體系,全面提升生產管理水平和安全性。

2 電網企業生產全景可視化研究與應用

電網企業生產全景可視化在電力輸配數字化建設中具有極大的重要性。電網一張圖平臺集成14套數據系統,實現對電網狀態、設備狀態、過程安全、應急指揮、作業人員智能管控、智能裝備管控和指標管控的綜合展示和應用。通過三維虛擬和SVG等技術構建生產管控平臺,提高決策建議的有效性和工作效率,同時還可以提高運維的決策性、工作效率和整體協調性,推動能源行業數字化轉型和提升整體運營水平。電網企業的全景管控平臺的架構如圖1所示。

圖1 電網企業全景管控平臺架構

2.1 圍繞電網一張圖展示電網狀態

電網可視化平臺是一種基于數據采集、分析和展示的工具,能夠幫助指揮人員更好地了解電網的運行情況,制定科學合理的決策和調度方案,提高電網的運行效果和經濟性。通過電網監測,指揮人員可以實時了解電網的運行狀態和參數數據,以便及時處理故障和優化調度。電網故障診斷通過收集和分析電網運行數據,定位和診斷故障,并提供修復策略。電網負荷管理通過監控、分析和優化負荷數據,實現負荷調度和能源供給策略優化。電網數據分析通過對歷史數據的可視化展示和深入分析,幫助指揮人員了解電網的運行趨勢和變化規律,為決策提供科學依據。

2.2 圍繞電網一張圖實現設備狀態監測

電網設備狀態監控具有多方面的重要作用。首先,它能夠確保電力供應的可靠性,及時發現問題并采取措施,防止停電和電力中斷。其次,它提高了能源利用效率,通過大數據分析技術優化電力生產和分配,降低能源浪費。此外,它對于城市基礎設施的可持續發展也至關重要,確保城市正常運行,為城市規劃和資源分配提供支持。電網設備狀態監控的技術創新使得監控系統具備更準確、及時和智能的監測能力。物聯網和傳感器技術的發展使得智能傳感器能夠實時監測設備的關鍵參數,并將數據傳輸到監控中心。大數據分析技術可以處理大規模的監測數據[1],檢測設備異常并預測可能的故障。云計算和邊緣計算技術為電網設備狀態監控提供了更大的靈活性。

2.3 圍繞作業現場展示過程安全管控

通過采集關鍵數據、傳輸至中央處理中心、實時監控和分析,可視化平臺能夠檢測潛在的帶電問題,并及時發出故障提示。同時,可視化界面直觀展示電網運行狀態和帶電風險變化,運維人員可以遠程控制設備,采取預防措施。通過這些措施,可以提高電網安全性和可靠性,為運維人員提供實時數據和操作界面,有效降低帶電風險。

2.4 圍繞預警和保電信息實現應急指揮管控

1) 應急事件識別與報警。生產全景可視化的應急事件識別與報警融合傳感技術、數據分析與機器學習、多模態數據融合、實時通信和可視化、無人機和衛星技術等創新,提高了電力系統的安全性和穩定性,減少了停電時間和損失[2]。這些技術的不斷發展將為電力行業的可持續發展提供有力支持。

2) 應急資源調配與協調。應急資源調配與協調是電力行業應急指揮管控的重要組成部分[3]。通過大數據驅動的資源分析、實時資源監測和追蹤、協同工具和平臺、自動化決策支持以及跨部門協同和共享等創新技術,可以提高資源調配的準確性和效率,降低運維成本。這些技術使得電力系統能夠更智能地應對復雜多變的應急情況[4],保障其穩定和可靠運行。

3) 應急指揮與通信。生產全景可視化的應急指揮與通信中,實時通信技術的突破、人工智能輔助決策、虛擬現實和增強現實應用、指揮中心智能化以及加密和網絡安全是關鍵要素,它們共同提升了應急指揮的智能性、高效性和可靠性。

4) 應急預案管理與執行?；谏a全景可視化系統的應急預案管理與執行,通過數據驅動的風險評估和預測、智能化的預案管理平臺、實時監控與反饋以及持續優化與靈活調整等創新應用,提高了電力系統的應急響應能力[5],保障了電力系統的穩定運行和安全供電。

2.5 圍繞電網一張圖實現人員管理

可視化平臺是電網管理中重要的之一,通過實時設備與人員管控、任務派發與進度監控和多平臺協同工作等功能,可以提高電網運維管理的效率和質量。室內定位技術和移動通信技術可以結合使用,實現室內人員定位與調度;電網工單管理系統可以管理和跟蹤電網工單的整個生命周期,提高電網運維工作的效率和質量;電網人員監控系統可以實時監測和管理電網運維人員工作狀態的系統,提供更加安全和高效的電網運維管理。通過可視化平臺的多方面功能應用,可以實現對電網的全面管控,保障電網的穩定運行和安全性。

2.6 電網一張圖實現智能裝備管理和指標管控

可視化平臺在電網裝備的智能巡檢與維護中起到了關鍵作用,通過智能巡檢與維護、預測性維修與故障預警、設備遠程與遠程操作、關鍵指標監控與管控、數據分析與優化決策五個方面的應用,提高了電網的穩定性和安全性。智能巡檢利用人工智能和物聯網技術實現了電網裝備的自動化巡檢和遠程維護,大大提高了效率和準確度。預測性維修與故障預警通過建立預測模型,提前發現潛在故障并采取維修措施,減少停機時間和運維成本。設備遠程與遠程操作實現了對裝備的遠程控制和診斷,提高了管理效率和響應速度。關鍵指標監控與管控通過監測關鍵指標,及時發現異常情況并采取措施,保障電網的安全穩定運行。數據分析與優化決策通過對數據的分析,提供決策支持,優化設備管理和運營?？梢暬脚_的應用在電網裝備的智能巡檢與維護中起到了至關重要的作用,提高了電網的可靠性和安全性。

2.7 圍繞電網一張圖實現全方位管控

通過構建全景可視化生產管控平臺,利用電網一張圖集成多個系統數據,可以實現以下方面的功能和效益:

電網狀態監測:通過綜合展示發電量、重要斷面、重過載、重要用戶等電網數據,助力雙碳目標實現,提供決策支持和指導。

設備狀態監測:全方位展示設備故障、隱患、缺陷、重點設備監控、設備健康狀態、異常信息,提供綜合決策建議,幫助優化設備運維和維修計劃。

過程安全管控:展示作業現場的電網風險、作業風險、運檢計劃、電網狀態、設備狀態、帶點檢測、典型違章案例等信息,提供實時的安全管控支持。

應急指揮管控:綜合展示災損、人員、物資、裝備、車輛、民生用電保障等實時情況,輔助資源調配、遠程會商和處置建議的提出[6]。

作業人員智能管控:通過展示班組管轄范圍、作業人員技能水平、現場作業情況等信息,支持人員定位與調度,提升協同作業效率。

智能裝備管控:實現異常情況下巡檢任務的一鍵派發,并利用無人機、機器人等智能裝備進行自主巡檢并實時回傳指揮中心,提高設備管理效率。

指標管控:實時監控電能質量、無功電壓、供電可靠性等關鍵指標,及時發現異常情況并采取相應措施。

通過三維虛擬、SVG等技術構建全景可視化生產管控平臺,將多個系統數據融合在一張圖上,實現數據的互聯互通,推動能源行業的數字化轉型和整體運營水平的提升。該平臺不僅可以提高決策建議的有效性和工作效率,還可以提高運維的決策性、工作效率和整體協調性。

3 能源互聯網下的生產體系變革的分析

3.1 生產管理體系變革

1) 生產組織變革。電力企業的管理體系應包括人員管理、架構管理、制度管理、機制管理和要求管理等方面。優化調整組織結構是核心,要根據流程梳理設立部門,確保部門與一級流程對應。責任分配應減少職能缺失和重復,權力分配要與責任相匹配。通過管理體系系統化建設,構建敏捷高效的企業管控體系,促進數字化轉型和戰略融合,支撐發展戰略實施。輸電運檢機構和變電運檢機構改革旨在通過數字化技術和組織架構調整,推動電力行業向智能化、網格化的運維模式轉變。在輸電方面,生產指揮中心和網格化管理取代傳統的供電公司和運檢中心,實現全景可視化監測和智能巡檢任務[7]。變電運檢機構,生產指揮中心成為輔助決策和數據支持中心,一線人員轉型為具備分析和解決問題能力的核心技能人才。通過數字化技術的應用,電力系統得到更有效、智能的監控和維護,提高了可靠性和穩定性。

2) 班組管理建設改革。電力企業班組建設改革包括班組人才隊伍建設、班組建設精細化流程管理和班組文化建設三個方面,通過這些措施可以提升班組的能力和素質,實現班組的高效運行和發展。培育市場化產業人才梯隊,一是創建內部“人才池”,建強電網企業家隊伍。著眼于未來更長時期培育世界一流企業的需要,對市場化單位企業家隊伍建設進行戰略謀劃和超前部署,確保企業領軍人才有序更替。二是創建職工“H”型成長通道,建強復合型專家隊伍。參考華為、阿里、騰訊等先進企業內部職業發展模式,建立適應市場化單位發展需要的管理職級和技術職級的“H”型雙通道機制。班組建設精細化流程管理,需采取科學的管理思維指導,以具體操作和實施形式對班務任務進行精細化流程管理,整合基礎管理、安全管理、質量管理和績效管理等業務,通過流程化和表格化管理,規范和指導每位員工負責的工作。

3.2 生產方式變革

1) 業務數智化轉型是適應能源革命和數字革命的趨勢,具體包括推進電網業務數字化轉型和建設輸電專業智能巡檢系統、變電智能巡檢系統以及變電集控站等。在電網業務數字化轉型方面,可以建立數據共享平臺、推進數據可視化、加強網絡安全保護和培養數字化人才,以提升生產、經營和服務水平。在輸電專業智能巡檢系統建設方面,通過物聯網平臺和無人機技術實現航線智能規劃和遠程自動駕駛,全面監測輸電線路并提高安全運行能力。在變電智能巡檢系統和變電集控站建設方面,利用數字技術實現數據全采集和遠程監控,強化運維平臺、智能操作功能和巡視點位優化配置,實現全局感知、風險可視和操作可達的數字孿生變電站。這些措施將推動電網業務轉型升級,提高電力設備的性能和效率,降低成本和風險,促進電力行業的可持續發展。

2) 安全管控方式變革。安全管控方式變革主要包括安全風險管控、消防安全管理和電網設備運維檢修三個領域的數字化、智能化管理變革。通過大數據和人工智能技術的應用,可以預估和管理系統安全穩定運行的威脅因素,提高安全管理效率和效果。通過物聯網技術和消防安全綜合管理系統的建設,實現對消防專業管理和重點場所的全面、實時監測?？梢暬故局行牟捎眯乱淮S可視化技術,展示數據處理中心、主動預警中心的分析結果,實現智能電網設備運行全過程監控的可視化展示。和傳統可視化技術相比,通過對多業務功能關聯規則的挖掘,實現了多數據、多業務、多功能的綜合可視化展示,有效提升了電網設備數據統計、運行狀態監控水平。電網設備智能運維,通過數字孿生電網和三維建模,對電網設備的外觀、復雜機械結構進行仿真顯示,并集成監測數據,實現對設備位置分布、類型、運行環境和運行狀態的監控。該系統能夠實時告警設備運行異常,提供詳細信息查詢,幫助管理者直觀掌握設備運行狀態,及時發現安全隱患[8]。

4 大數據生態互聯的生產數據價值挖掘

4.1 數據采集和挖掘

數據采集,是發現電力系統運行問題的關鍵一步,電力系統的可靠穩定運行對于保障電力供應至關重要,而數據采集與監測是調度系統的關鍵組成部分。傳統的巡檢方式難以準確發現設備問題,不利于電網的穩定運行。為了解決這一問題,電力網絡需要智能化升級?；跇I務中臺和數據中臺的架構,可以建立感知設備運行情況監測與分析服務,實時采集設備數據并提供可視化展示。通過大數據、物聯網和人工智能等先進技術手段,實現自動化監控和數據采集,并提高數據的準確性和及時性。這樣可以全面掌握電網的實際運行情況,幫助作業人員精準找出故障點并進行運維,提高電網的穩定性和運行效率。

數據挖掘是一種通過對海量數據進行建模和分析,發現數據間關聯性、趨勢和概括知識等信息的技術。它在電力系統中具有重要意義,因為電網數據的質量直接影響著電力系統的運行和規劃決策。利用數據挖掘技術,可以對電網歷史數據和設備狀態信息進行全面分析和準確預測,從而指導電力企業做出正確的決策。同時,在時間維度上,通過時間序列分析可以預測隱患的發生;在空間維度上,通過地理信息系統技術可以對隱患的分布規律進行分析;多維度分析可以深入了解不同類型隱患的特點和演化規律。通過數據挖掘技術的應用,電力企業可以獲得有助于管理決策的知識,提高業務管控能力和運營效率。

4.2 利用軟件處理數據,提供決策方案

通過Prometheus和Kubernetes的組合應用可以實現電網管理系統的實時數據監控、警報通知、資源管理與調度、容器化應用程序管理、故障排查與性能優化等功能。Prometheus作為一種監控和警報系統,可以對電網監測數據進行實時監控,并根據設定的指標和規則發出警報。它具有高度的可擴展性和靈活性,并能快速適應電網管理系統的變化。同時,Prometheus還具備強大的數據存儲和查詢功能,能長期存儲監測數據并供管理者查詢。而Kubernetes作為一個容器化應用程序管理平臺,可以自動化部署、擴展和管理容器化應用程序,實現資源的自動分配和需求調整。它提供高可用性和容錯性,能夠快速恢復應用程序的穩定性,并支持多個任務或作業的同時運行和資源分配。此外,Kubernetes還具備網絡管理和安全性等功能,保護應用程序和數據的安全,并提供服務發現和負載均衡機制。綜上所述,Prometheus和Kubernetes的應用可以提升電網管理系統的實時監測能力、資源管理效率和故障處理速度,增強系統的可靠性和效率,為電網管理提供全面的監測、分析和應急支持。

5 新型生產指揮體系的實際應用

以甘肅白銀公司為例,通過積累海量歷史數據以及設備狀態信息,從時間維度和空間維度上對電網數據進行全方面的挖掘,利用深度學習訓練好的模型處理歷史數據,經過數字孿生技術對電網數據進行推演,可獲得未來的數據走向。根據數據的走向可提前判斷特定的時間段或區域內電網可能出現的問題,實現超前智慧預警。白銀公司應該檢索數據庫,找到需要檢修設備的位置,然后進行數據庫的解析,找出電網運行的薄弱環節并預測可能停電的范圍,如果發生停電事故將會損失負荷的大小,得出相關的風險信息,進行電網停電風險評估確定風險等級,并得出電網的風險管控措施,即電力調度部門針對不同的情況采取不同的維護措施。通過分析可以準確得出預警信息,電網運行方式人員可以根據所給的信息,在檢修設備前采取相應措施,將設備檢修時電網發生故障的概率降到最低,從而提高電網運行的安全性與可靠性。

當甘肅白銀公司發生應急情況時,比如自然災害、設備故障等,各部門立即啟動應急響應機制?？梢酝ㄟ^全景可視技術共享實時信息和數據,以便更好地協同應對應急情況。根據應急情況的分析和研判,系統可以提供物資需求的提示和建議,包括所需物資的種類和數量。全景可視系統能夠實時監控和記錄甘肅國網各個庫房的物資存儲情況,能夠迅速定位所需物資的位置和庫存數量。并且根據物資需求和庫存情況,全景可視系統的智能算法可以計算出最佳的跨區調配方案,以實現物資的快速調配和分配。通過全景可視化技術,白銀公司能夠更加高效地應對應急情況,提供準確的物資需求信息和庫存位置,支持跨區域物資調配,從而提高應急響應的能力和效率。全景可視化技術還可以對白銀公司的人員和設備進行管理?？梢詫崟r跟蹤和監控人員的位置、工作狀態和任務進度。設備管理可以將設備的狀態、維護記錄和故障信息等以可視化的方式展示出來。通過實時監測設備的運行狀況和維護需求,可以及時發現和處理設備故障,提高設備的可靠性和運行效率。

6 結語

第一,提出可行變革建議,推進生產組織變革、審查方式變革、安全管控方式變革,積極探索生產指揮中心建設,推動生產關系與生產力相互促進、協調發展,為新型安全生產體系的構建奠定堅實基礎。

第二,構建數據集成規范、建設生產主題數據倉庫和構建數據分析模型,開展生產數據多維度綜合分析和設備狀態評估預測,實現設備全壽命健康管理。

第三,統籌推進安全管控、設備管控、消防管控、應急管控等業務統一指揮,主動適應構建大安全大應急格局,實現省市兩級指揮中心實體化運轉,實行指揮長負責制,整合資源要素,強化業務協同,推動常態應急,構建省市縣三級一體化安全生產組織體系。

第四,推動全業務、全環節數字化轉型,深入挖掘數據資源價值,利用數字化促進生產提質、經營提效、服務提升,以數據要素的放大、疊加、倍增效應助力企業轉型發展。