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电力及电网数字化转型,需要哪些核心条件?

推广 · 2021-12-03 10:12 · 稿源: 厂商投稿

近年来国家提出了“碳高峰”“碳中和”的发展规划,既是碳排放大户、又关乎民生的电力及电网行业,成为了降本增效的排头兵。

结合电力及电网行业的复杂性,在这个领域尽快实现数字化转型,是对降低碳排放最具成效的升级模式,这也牵涉出一个问题:电力及电网的数字化转型应该如何进行,其中的难点和痛点都有哪些?今天就以一个美信科技赋能某电力企业的数字化转型为例,剖析一二。

电力及电网数字化:实现碳中和的钥匙

2020 年 12 月召开的中央经济工作会议以及 2021 年 3 月两会期间的政府工作报告,都把做好碳达峰、碳中和工作列为了重点任务,力求在 2030 年实现碳达峰、 2060 年实现碳中和。

目前,提出碳中和的多是欧美发达国家,其中大多已经实现了碳达峰;从碳达峰跨越到碳中和,预计尚且有 40 年到 70 年的窗口期。欧美发达国家的经济建设大多已经与碳排放脱钩,而我国目前尚且处于发展阶段,碳排放远未达到发展周期内的峰值。想要在更短的时间实现碳达峰、碳中和的战略目标,任务不可谓不艰巨。

基于能源结构的特殊性,我国电力80%产生于火电;电力行业的碳排放量,在能源行业中占比达到41%。“双碳”目标的下达,无疑将电力行业推到了风口浪尖上。

电力行业的特殊性在于,电能的产、销往往是不间断的,需要精准的生产与调度策划以及完备的故障预案,才能避免无谓的碳排放和资源耗费。电力行业面临着前所未有的大变革,超高压、大容量、智能化成为了电力系统即将叩开的时代大门。这也对电力设备的运维提出了苛刻的挑战:通过监控准确、及时发现并处理电力设备的异常,同时对设备进行全生命周期的实时监控,在新时代的电力生产之中成为了基本要求。

电力系统如不快速实现智能化生产管理,势必成为碳中和大业的阿克琉斯之踵。

信号塔

近期,美信科技基于极富竞争力的技术优势,在电力行业又下一城,帮助某电力企业深度赋能,为其搭建了省级一体化运行指挥平台,对分列三个地区的各个子网络的设备和二次系统运行工况实现全面感知、提供故障快速处置信息,提升了其综合分析能力及自动化运维能力。

这个过程中,该企业面临的技术挑战在电力行业中也较为典型:

挑战一:设备资产状态无法实时感知,影响IT优化管理

该企业设备资产信息在调控云进行统一管理。但其调度云里的信息,仅涵盖资产设备的类型、配置等静态信息,及设备资产流程管理信息;缺乏相应的手段了解设备实时运行的状态。

在电力电网数字化建设、设备智能化管理中,这是业内常见的一大顽疾:在传统监测模式下,最需要监控的设备状态信息往往是缺失的。由于设备智能化程度参差不齐,设备信息编码缺乏统一的载体,致使设备巡检、缺陷、故障等信息无法归集到资产管理中。虽然设备上云,但资产监管也停留在字面上,而无法对设备实现线上故障的预警及告警。

挑战二:故障无法快速定位,故障处理速度缓慢

电力电网的自动化运维是精密的系统工程,对其稳定性、系统资源的要求相当高,故障从异常报错到被决策者定位,其中的影响因素较多。简单列举如下:网络环境如何?网络报文是否正常?系统资源、数据库是否有瓶颈?……

复杂系统多重因素叠加,其不确定性可能导致故障定位失效,复杂性更是容易拖慢效率。由于电力行业的特殊性,对故障的避免和排除效率具有更高的要求。

挑战三:网络环境复杂,难以从全局视角实现统一监管,影响领导决策

该企业市调中心要管理三个地调中心,每个地调中心有一区、二区、三区和变电站,其中一二区和三区存在物理隔离;一区存在主网和配网;变电站也划分 1 区和 2 区,并且也存在物理隔离,这就导致了网络环境的错综复杂。这种情况在电力及电网的部署之中并不罕见,电力及电网设施往往需要占据一定的土地面积,并且对设施周围环境有相应的要求,故而多为分散部署;即便出现问题,也需要专人专程进行维护。若要实现一体化运行指挥,需要进行跨地区、跨网络的信息交互。传统的组网架构对跨地区、跨网络的任务只能进行分散管理,难以从全局视角进行统一监管。

挑战四:国产化升级,监控需求复杂化

在信创大背景下,该企业也在进行国产化替代升级,广泛运用国产数据库、服务器、操作系统、虚拟设备,已应用了凝思操作系统、浪潮/曙光服务器、h3c/华为网络设备以及深信服/启明星辰的安全设备等各类型、各品牌国产化设备。不过问题也同时存在:当前的国产设备缺乏有效的统一监控解决方案;凭借单设备的优良性能,对全局效率的提升帮助不大。

挑战五:缺乏底层设备状态和告警数据,可视化系统无法实现真正的管理功能

电网部署了三维可视化系统,实现机房、机柜、设备资产、机柜配线等多维度可视化,但没有底层设备的实时状态数据,仅可用于展现汇报结果,无法达到真正的管理效果。对于电力行业来说,可视化是数字化升级的一个方向之一。设备虚拟视图可以帮助工程师快速定位故障位置,节省宝贵的故障排除时间。然而这与虚拟资产状态的实时监控一样,需要利用监控系统采集设备的实时运行状态,并结合数据库中的历史数据比对,才能发现异常并发出告警。

上述五点挑战,也是电力行业在数字化转型中存在的普遍痛点。

监控易打造一体化运行指挥平台

针对该电网公司的诉求和挑战,美信科技用监控易为其构建一体化运行指挥平台。与该企业传统监控系统相比,监控易具有以下方面的优势:

架构:一体化、可拓展化的基石

针对该企业的设备特点,美信科技为其搭建了总体由数据对接-监控层-采集层组成的三层物理架构;按照管理框架设计了市-地-分区的三层部署架构。

在物理层面,采集层采集到的各种来源的数据,汇总到监控层;监控层将采集到的数据与历史数据或标准值对比,输出告警和可视化视图,方便人工介入对故障进行排除或预处理。

在管理层面,监控易的分布式架构支持多场景部署模式,三层部署架构既保证了跨地区、跨网络的统一管理,也支持部署架构的横向、垂直拓展,这也有助于该企业进行更为精细化的数据采集以及业务的扩张。在即将到来的物联网时代,传统的网络构型已经不能满足日益增加的细分应用场景,网络呈现多种部署模式将会是常态,面向物联网开发的分布式架构运维管理平台——监控易,可以更灵活地构建相应的组网模式。

性能:大规模监控的底层保障

监控易凭借自研的Big River时序数据库,对监控大规模设备在效率上占绝对优势,这相对电力电网应用的传统监控体系有颠覆性的提升。比如,传统监控软件单点监控最高到 3000 台设备就会运行缓慢、性能下降,而监控易一台服务器能轻松监控上万台设备并保持长期稳定运行;传统监控软件仅能实现分钟级轮询,监控易可以实现秒级轮询;传统监控软件存储历史数据过多会影响性能,监控易可存储海量数据却不受影响。

电网这类产业设备精密,产生的实时数据体量庞大,数据存储与运算能力会成为数字化的瓶颈。Big River时序数据库专为大规模设备监控打造,使一体化监控运维不再受制于数据库性能。

告警系统:精准降低人工成本

相较于电力行业传统监控的告警系统,监控易的告警系统对电力产业人工成本的高效利用有了质的影响:

1、多端快速告警:告警可通过短信、APP、微信、邮件等多种端口发送,工程师无需时刻盯着监控系统,最快告警时间可达到 5 秒;

2、灵活的告警策略:不同对象的告警,可发送给不同管理员;

3、提供抑制告警泛滥的设置,避免大量重复告警,为运维人员提供精准告警信息;

4、完善的告警依赖逻辑,如上级系统告警后,下级系统便不再重复告警。

链路可视化:全局管控的“地图”

监控易可自动发现网络中的拓扑结构,并生成可视化链路视图;依托高效、多线程的算法,对全网设备进行实时轮询和状态展示刷新,并定位故障。

国产设备统一监控:解决国产硬件之间“水土不服”

监控易可对所有支持IPMI协议的服务器硬件进行监控,支持主流的国产、国外服务器,解决了国产硬件缺乏统一监控方案的问题,为企业IT设备国产替代创造了契机。

通过监控易,该电力企业的诉求完全实现:调度云中的设备资产与设备实时状态对接,可在调度云对设备进行统一监控管理;网络故障通过可视化链路视图快速定位;跨区域、跨网络业务得以一体化监控;国产化硬件获得有效的统一解决方案。

“数字化+国产替代”双升级,缺的是“统筹者”

目前,对于电力行业而言,数字化、智能化转型的命题,既令人向往,又需万分谨慎。

由于电能难于储存,电力几乎是所有能源产业之中最为追求产-销平衡的一个。除了合理的生产调度决策,对电力设备的稳定性、对数据监控的精确性要求近乎严苛。横亘在数字化转型面前的阻碍,又以设备的监控与巡检为甚。

业内较为突出的问题,有设备智能化程度偏低(缺乏监控标识)、监控系统不能结合历史数据对比实现自动告警(缺乏专用数据库)、设备/网络之间信息共享不足(缺乏统一监控标识导致的信息壁垒)、设备信息种类多样难于整合(难以纳入设备资产管理)等等。这些制约着电力行业的数字化转型。

一旦这些问题解决,将极大地为电力企业赋能。只零散地抓住其中一个或几个问题解决,对全局或毫无帮助,甚至起到反效果。如单纯引入新设备,这与打破新旧设备之间信息壁垒的初衷可能相互矛盾。

在国家“信创”大潮下,各种国产替代产品有了长足的发展,其中的“阵痛”也逐渐暴露出来。信创大军们各显神通,市场却太过于“年轻”。国产软、硬件缺乏统一的标准,最终导致的结果可能是——匆忙之下国产替代导致生态不兼容。这在电力行业、在该企业身上有较为明显的体现。

监控易最终得以为该电力企业成功打造省级电力一体化运行指挥中心,核心在于担任了“统筹者”的角色。监控易遵循“平台化”“被集成”的解决方案思路,这种思路很容易从监控易产品中体现出来:如分布式架构平台具备了良好的拓展性、监测数据先写入缓存再入库减小了写入压力、 64 位寻址提升了数据读取效率、低代码开发环境使开发人员能够以更大的自由度进行定制……

这对于大规模设备监控和将国产设备纳入生态都是极为友好的。在“双碳”目标和信创大潮下,电力产业进行“数字化+国产替代化”转型,最需要的,恰恰正是这样的“统筹者”思路。

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