智慧燃气电厂一体化大数据平台技术研究

张瑞鹏

（大唐佛山热电有限责任公司，广东 佛山 528500）

0 引言

近年来，以计算机技术为工具的信息革命已经渗透到每个行业与领域，同时为智慧燃气电厂管理转型提供了支撑与契机，能源发展早已趋向清洁化、智能化与信息化。在提高燃气电厂经济效益和提供智能服务的社会需求下，智慧燃气电厂应运而生。在保证智慧燃气电厂正常运行的条件下，如何降低建设成本、提高智能化管理水平是智慧燃气电厂建设的重要内容，因此对智慧燃气电厂大数据平台关键技术展开研究意义重大。

1 智慧燃气电厂一体化大数据平台概述

1.1 智慧燃气电厂一体化大数据平台的数据来源

随着智慧燃气电厂管理技术的不断更新与完善，智慧燃气电厂在实际运行和管理过程中会产生一系列与之相关的数据，这些数据是构建智慧燃气电厂的数据来源。概括来说，智慧燃气电厂在实际运行和管理过程中所产生的数据主要分为生产数据与管理数据两类。生产数据主要指各种设备在生产时被赋有的原始数据和实际生产过程中产生的数据，如仪器设备的基本参数、设备在运行过程中产生的异常数据等，该部分数据是构建智慧燃气电厂的重要数据来源之一。管理数据是连接多个行业的重要组成部分，不仅能够第一时间掌握本系统各设备的基本运行状况，提高生产效率，同时也是实现与其他领域交叉融合的重要数据支撑，能够为智慧燃气电厂确定科学的基本运行模式和上层决策提供相关依据。

1.2 智慧燃气电厂一体化大数据平台的架构

智慧燃气电厂的数据来源渠道众多、信息复杂，为了更好地进行数据信息挖掘和处理，笔者结合前人的研究设计了智慧燃气电厂一体化大数据平台架构，具体如图1 所示。

图1 智慧燃气电厂一体化大数据平台架构

在该平台中，智慧燃气电厂所产生的数据经过数据预处理及清洗等步骤，为后续作准备。在数据处理的过程中，分层分环节进行，不仅能提高效率，同时能减少成本，主要传输层包括以下方面。

1.2.1 数据采集层

该层主要完成数据的采集，包括在全部过程中所需要的实时数据、在实际运行过程中所需要的数据及产生的数据，这是所有数据分析的来源。该层在采集数据的过程中，会依据不同的数据来源将其所采集的数据存储在与之对应的存储单元中，这种方式不仅能实现最小的存储空间，减少资源浪费，同时还能够实现数据查询，提高查询效率。

1.2.2 数据传输处理层

该层主要完成从数据的采集到数据的传输，在传输过程中需要甄别数据的有效性、完整性等，同时对数据进行多重验证和核对。在这一过程中通常使用的数据处理方法有数据分类、数据归并及数据计算等。数据分类是把具有某种共同属性或特征的数据整合在一起，通过其类别的属性或特征对数据进行区别。数据归并是一种将所得数据按照不同属性进行划分并进行归类的方法。数据归并的方式不同，主要有遍历归并、排序归并、分组归并、聚合归并及分页归并等。数据计算是数学、统计学和信息科学多学科交叉融合的应用方法，需要掌握信息科学和统计学的基本理论、方法与技能。此外，常见的方法还有对数转换、平方根转换、平方根反正弦转换、平方转换及倒数转换等。

1.2.3 数据存储层

该层主要完成所有采集和处理后的数据的保存与管理，不仅方便各种数据访问与共享，同时提高了数据保存的持久性与有效性，即使经过较长时间，数据依旧可直接管理。数据存储的本质是将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。数据流反映了系统中流动的数据，表现出动态数据的特征。数据存储反映系统中静止的数据，表现出静态数据的特征。常见的存储方式有如下几种：第一种为直接附加存储（Direct-Attached Storage，DAS）方式，是指将外部设备直接放在服务器总线上的一种方式，同时数据存储设备是整个服务器结构的一部分。第二种为网络数据存储（Network Attached Storage，NAS）方式，这是一种采用独立于服务器的单独为网络数据存储所开发的服务器设备，单独形成一个网络，因此这些数据不再是服务器的附属。第三种是网络空间存储方式，这是一种以光纤通道为基础的存储方式，通过将ANSI 和 I/O 设备接口建立在一个标准的接口上，实现多种高级协议的传送。

1.2.4 业务处理层

该层主要完成各个模块之间数据的处理，并按照要求将处理的数据上传至数据中心。将前面所得的数据在该层处理，能满足不同业务的实际需要，同时以此为基础部署下一步计划。

1.3 智慧燃气电厂一体化大数据平台的功能

智慧燃气电厂通过建立一体化数据平台，可形成一套完整的发现问题、分析问题和解决问题的管理机制。智慧燃气电厂一体化大数据平台的功能主要体现在两个方面：其一为拥有系统设备运行过程中的所有基础数据；其二为对所有的基础数据进行甄别和分析处理，作出科学合理的判断，在对所有基础数据分析的基础上，为智慧燃气电厂各项决策提供相关理论数据和分析支撑，实现高质量管理。

2 智慧燃气电厂一体化大数据平台中的关键技术

2.1 多源异构数据整合与存储技术

智慧燃气电厂一体化大数据平台对多源异构数据应具有良好的处理能力。智能燃气电厂管理系统所产生的数据异常庞大，且数据本身具有复杂和多样等特点，在存储过程中需要满足如下基本要求。首先，可同时高效率运用实时和过往的数据，作为决定与决策的参考，甚至可以帮助企业得到不同系统中的数据，并发现其中存在的信息。其次，利用时间序列的友好数据结构，使其结构性能远优于传统系统，查询时可利用大数据技术提高效率，加快系统的读写。最后，采取直接获取数据的方式，可直接融合一个企业的全部数据进行打包处理，减少因明确再生时间信号所需要的数据量。

2.2 数据修正与补充技术

该平台采用时间序列模型获取各种状态的时间信息，将获得的信息进行数据判断，若属于异常信息，则会直接被丢掉；若属于设备的基本组成信息，则会被存储起来。智慧燃气电厂在实际运行的过程中会产生各种结构类型的数据，这些数据之间存在不同程度的冗余和重复现象，利用数据修正与补充技术不仅能够判断数据的有效性，同时还能实现数据的简化。经过检查判断，数据的有效性大大提高。相较于传统的噪声点删除的数据丢弃方式，该技术是在经过多重条件复合判断后做出的“客观”处理方式，亦可通过网络结构计算方式增强数据的有效性。

2.3 噪声点缺失修正技术

一体化大数据平台采用时间序列模型识别各状态量的时间序列，在此过程中检测出数据的异常模式，同时判断异常数据是能提取设备故障信息的“有用数据”，还是可被清洗的“无用数据”。如果获得的是由设备异常产生的数据，用时间序列噪声点缺失修正技术即可将其拟合。在对数据进行清洗时，可根据时间序列中的异常值种类选择适合的修正公式，从而达到修正噪声点数据和填补缺失值的目的。相较于传统的修复机制，这种方法不带有噪声点和缺失值的数据，因此从根本上避免了时间序列中有用信息的丢失，更能有效反映原始时间序列的动态变化。

2.4 数据智能预警与监管技术

安全管理是智慧燃气电厂管理的基础保障，其具有明确的规定与规范。智慧燃气电厂是在大数据基础上设置全自动管理系统，对实际运行过程中的每个环节进行监督。此外，智慧燃气电厂根据数据信息状态可智能判断设备是否处于正常状态，当处于非正常状态时，智能系统会依据参数信息发出预警，提醒工作人员检查设备状态，及时发现问题并作出正确操作。与传统数据分析技术相比，智能预警技术能够在渐变性故障发生之前、劣化趋势达到一定标准时及时报警，并提供该异常的具体变化趋势和相关异常参数情况，供故障预警与分析。

3 智慧燃气电厂一体化大数据平台的应用

3.1 大数据信息的主要数据来源

智慧燃气电厂在生产经营过程中会产生海量的数据，一体化大数据平台作为处理数据的关键平台，其数据来源主要是生产数据和智慧燃气电厂管理数据。其中，生产数据是指机组设备在生产过程中所产生的各种数据，具有较高的参考价值，其可以细分为有用数据、无用数据、消耗数据及其他数据。

3.2 依据平台实现大数据分层

智慧燃气电厂的数据来源广、数据结构复杂及数据量大，直接存储不仅不能发挥预期作用，同时还占用存储空间，因此要将大量数据清洗后，挖掘内部信息。在对每个数据环节的数据质量进行监控后，对其进行预处理，最终获得筛选后的数据并导入。经过数据库整理后，获得最终数据。

3.3 达到智能预警效果

当系统出现异常情况时，一体化大数据平台可通过大数据分析所获得的数据情况，同时结合实际运行状态发出智能预警信号，由于已经保存了数据记录，所以平台能够实现全过程的预测。此外，可根据设备发生异常情况的频率对经常发生异常情况的仪器设备进行重点排查和检测，同时及时更换，做到实时监测与系统正常运行相互促进。

4 结语

智能燃气电厂一体化大数据平台对于实现智慧燃气电厂智能管理具有非常重要的意义，不仅能够显著提高智慧燃气电厂的实际运行效率，同时还能够降低企业成本、提高企业效益，更重要的是能促进行业发展。文章在前人研究的基础上，首先阐述了一体化大数据平台的基本理论，其次系统分析了在构建一体化大数据平台过程中可能需要的关键技术，最后研究了智慧燃气电厂一体化大数据平台的应用，希望能够加快我国智慧燃气电厂的建设进程，从而提高工作质量，并将一体化大数据平台广泛运用到实际中，以充分发挥其价值。