基于云计算的优化与数据挖掘软件和服务的电力系统信息集成及其整体优化策略,是建设基于云服务的统一信息平台,并在此基础上进行深层次数据挖掘,利用优化算法,实现管理优化和运行优化。本产品的推广应用将有助于实现电力系统集约化管理建设上的重点突破,同时,项目将建立科学的运营监测管理体制和运行机制,提升电厂与电力公司以及电力公司各部门之间的协同运作,持续提升经营管理水平和资产运营效率。
1.产品背景
云平台是近几年中的研究与建设热点,最有代表性的是2010年IBM推出的面向服务和应用集成的云技术解决方案。在我国,以浪潮和联想为代表的云平台已经取得了重大进展,在技术水平和云平台管理技术方面达到国际领先水平。然而,云平台最终是面向应用和服务的,目前,我国目前尚未发现面向电力行业的综合性服务平台,在面向电力领域提供基于云平台的信息处理与优化方面,本项目尚属首创。
集约化管理是现代企业集团提高效率与效益的基本取向,它能够将各种生产要素统一配置、统一管理,达到节约、高效的目的。电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。电力系统在各个环节和不同层次都具有相应的运行和管理系统。面对电力系统这个庞大的企业体系,要想实现集约化管理,没有一个可靠、统一、专业化的信息支撑平台是不可能的。目前由于信息化相对滞后,各级电力公司和发电厂还不能满足集约化管理的要求,还要解决以下几个方面的问题:
(1)各电力公司调度运行与设备运行相关业务各自独立,这给信息共享、优化调度、设备全寿命管理带来障碍,需要建立各级输变电设备运行集中监控与电网调度业务的信息共享平台,以便更好的进行电网运行调度的优化、设备使用管理的优化,设备维检修管理的优化,提高电网运行的经济效益,确保电网安全、经济、稳定运行。
(2)各电力公司和发电企业具有不同的历史遗留系统平台,这些系统数据结构、运行平台、对外接口各不相同,需要对异构平台进行整合,统一到SG-CIM/CIS模型上来,形成各种业务流与数据流,使之成为真正实用的信息化平台。
(3)在运行和管理上,目前缺乏有效的优化模型和方法,尽管在部分电力公司已经研制了相关的优化方案,但是在基于管理和生产的整体优化模型还比较缺乏。因此,建立各种业务的优化解决方案就显得尤其重要。
(4)数据的集成为从数据中发现大量未知的知识奠定了基础,然而,目前的情况是仅仅通过一些常规的分析以直观地获得数据的相关性,而没有采用以有效的算法从海量数据中发现未知的知识的手段。
基于以上方面,本公司提出了电力系统信息集成及其整体优化的策略,建设基于云服务的统一信息平台,并在此基础上进行深层次数据挖掘,利用优化算法,实现管理优化和运行优化。本产品的推广应用将有助于实现电力系统集约化管理建设上的重点突破,同时,项目将建立科学的运营监测管理体制和运行机制,提升电厂与电力公司以及电力公司各部门之间的协同运作,持续提升经营管理水平和资产运营效率。
2.产品功能与服务
产品主要包括:电力云平台、面向电力系统的整体数据挖掘与知识发现、利用Trust-Tech技术对管理与运行模型进行全局优化。
(1)电力云平台
利用现有的信息系统功能,汇总各类分析信息数据,建立对电力系统运营分析进行支撑的相关主题分析数据模型。
整合发电、输电、配电各个环节,建立电力系统信息集成平台,形成电力系统数据仓库。
(2)面向电力系统的整体数据挖掘与知识发现
利用数据挖掘技术、最优化技术、非线性系统建模技术等,研究一体化指标模型,构建企业运营指标与企业管理要素逻辑关系地动态模型。
在对集成到平台中的数据进行人工分析的基础上,设计适合电力系统的整体关联性分析系统,采用关联分析、决策树及聚类等方法,发现海量数据中的未知知识。并以集成的数据为基础,采用先进的建模与参数优化技术,进行多因素多变量建模,以达到众多的数据中寻求数据间的内在关系。通过建立的模型,发现对关心的指标的制约因素。从而形成综合管理与生产的整体优化模型。主要过程和目标见下图。
(3)利用Trust-Tech技术对管理与运行模型进行全局优化
基于信息整合与集成,将非线性系统建模技术应用于整个信息集成平台,使之成为相互关联的统一整体,并在此基础上进行整体优化。建设通用的优化平台,该平台具有统一格式的优化模型和初值,采用Trust-Tech技术,并按照统一格式输出优化结果。来自人资、规划、检修、运行、建设、营销、物资、财务等各方面的优化需求,通过模型和数据格式转换,输入到优化计算平台,经过逐层优化,得到满足要求的全局最优解,最后再将结果数据转换成电力企业通用的数据输出。具体的框架结构见下图。
产品服务主要包括:
(1)帮助客户建立优化和数据挖掘的数学模型,并建立与云平台的接口;
(2)通过云平台为客户提供高效、优质的实时最优化数据;
(3)帮助客户分析各项指标之间的内在关联,进行辅助决策支持。
3.发展前景
经过近几年的努力,国内主要的发电公司和电网公司在信息化建设方面都取得了长足的进步,大量业务系统投入运行。这些信息系统加强了信息管理手段,提高了公司管理水平。随着电力体制改革的不断深入,在电力行业完成组织机构重组和区域重新划分之后,“厂网分开、竞价上网”的经营模式将逐渐变为现实。电力企业为了赢得合理的经济效益和社会效益,迫切需要一个既能集成、优化原有各应用系统,又能满足当前和未来挑战性需求的综合实时的信息集成平台。
随着信息集成平台的建设,海量的数据从不同平台、不同通道传送到数据仓库中,如何从这些信息中发掘出对生产、管理和决策最有价值的信息,进而利用这些信息促进生产和管理是非常重要的。国外的部分大型企业先行一步,启动了基于业务数据分析的信息项目,用于指导企业管理层的决策、方便企业的管理者了解企业运营状况。还有的单位成立了专门部门,提供专门场地,全面负责数据的抽取、指标的监测、分析和展示。但根据权威调查机构GARTNER的分析结果,大部分信息分析项目的实时效果都差强人意,分析报告得不到认可,部门职能得不到有效开展。归纳其原因,一是数据质量无法保证,二是缺少一体化运营指标模型的概念和思路。因此,基于数据挖掘技术的一体化指标体系建模和数据质量评估是解决以上问题的基础。而最优化算法和非线性系统建模则是数据挖掘技术的实现手段。
本公司产品将对原有软件平台进行更深层次的研究和开发。充分发挥高校在数据挖掘、非线性系统建模和优化技术方面的技术优势,和企业在生产、管理、市场方面的资源优势,更进一步整合发电、输电、配电系统的信息,开发出更能适应电力行业需求的、解决实际问题的信息集成平台及其高级应用软件。该项目将为实现以上目标提供有力的技术手段和保障,并进一步加强已有应用系统的应用深度和广度。
目前我国在国家电网公司属下有26个电力公司。预计在未来的几年中,集约化管理和信息化建设将在电力行业中逐步推广,国家电网公司将在全国范围内筹建运营监测(控)中心,以及各大发电企业的信息集成平台都属于该领域的内容。本项目产品的开发成功,能够更好地满足电力行业对外部环境、综合绩效、运营状况、核心资源和关键流程的综合监控。因此,本项目产品具有广阔的应用前景。
该产品借助2012年山东省自主创新专项项目“基于云平台的电力系统信息集成及其整体优化关键技术研究与应用”取得的技术成果,预计在1年内能够形成成熟的网络应用。以该产品为出发点,可以衍生出其他行业的信息集成与分析云平台,年产值达到2000万元。
4.产品优势
(1)Trust-Tech优化技术世界领先,有很多成功应用的案例;
(2)本产品结合2012年山东省自主创新专项项目“基于云平台的电力系统信息集成及其整体优化关键技术研究与应用”的实施,能够有很好的应用案例和应用平台,有助于研发和服务队伍的建设;
5.现有成果附录
专利:
1 Dynamical Method for obtaining Global Optimal Solution of General Nonlinear Programming Problems,国际发明专利,授权号US7,050,953B2
2 Dynamical Method for obtaining Global Optimal Solution of General Nonlinear Programming Problems,国际发明专利,授权号US7,277,832B2
3 分布式实时电压无功优化控制方法,发明专利,授权号200610044008.3
著作权:
1 校园网信息管理系统V1.0 2010SR033659
2 高校信息集成平台软件V1.0 2010SR032712
奖励:
1 基于国产数据库的系列软件开发及应用示范,山东省科技进步奖,一等奖
2 基于关联规则的相关性分析在供应链管理中的应用,山东省研究生创新成果奖,三等奖
3 分布式并行最优潮流电网分区方法,山东省机械工业科技进步奖,三等奖
4 互联电力系统分布式并行优化的研究,山东高等学校优秀科研成果奖,三等奖
5 美国总统青年研究人才奖(美国)
6 康奈尔大学杰出教育奖(美国)
7 电力系统杰出工作团队奖(美国)
论文:
电力系统运行优化:
1 程新功,厉吉文,曹立霞等,基于电网分区的多目标分布式并行无功优化研究,中国电机工程学报,2003.23(10):109-113(EI)
2 程新功,厉吉文,曹立霞等,电力系统最优潮流的分布并行算法,电力系统自动化,2003.27(24):23-27(EI)
3 曹立霞,厉吉文,程新功等,基于多Agent技术的分布式电压无功优化控制系统,电网技术,2004,28(7):30-33(EI)
4 ZHANG Jingliang, CHENG, Xingong; ZONG, Xiju,Mixed Programming Using MATLAB and C# based on COM and Its Application on Reactive Power Optimization, The IEEE International Conference on Energy and Environment (ICEE 2011)(EI), 2011.1
数据挖掘:
5 Data Warehouse Design for Chinese Intelligent Question Answering System Based on Data Mining. IEEE Computer Society ICICIC 2007 318-322
6 The Development and Application of Quick Search Engine Based on Special Fields. IEEE Computer Society WKDD 2008: 254-259
7 Research on correlative techniques of building specific topic lexicon. International Journal of Computer Theory and Engineering, Vol.1, NO.4,pp.394-3972009.7.25
8 Application of Data Mining Method Based on Rough Set Theory in Cement Decomposing Furnace. The Second International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation(ICICTA09), 2009.10.10
9 Research on the Building Method of Domain Lexicon Combining Association Rules and Improved TF*IDF. World Congress on Engineering and Computer Science 2010 Vol I,473-479, October 20-22, 2010, San Francisco, USA
Trust-Tech:
10 Hsiao-Dong Chiang and Jaewook Lee, "A Dynamical Trajectory-based Hybrid Method for Computing High-quality Optimal Solutions: Method and Theory" (A Chapter of the IEEE Press Book) Modern Heuristic Optimization Techniques : Theory and application to Power Systems, IEEE Press Book, 2007.
11 Jaewook Lee and Hsiao-Dong Chiang, “A dynamical trajectory-based methodology for systematically computing multiple optimal solutions of general nonlinear programming problems” IEEE Transactions on Automatic Control (Regular paper), Vol. 49, Issue 6, pp. 888-899, June 2004.
12 Chandan K. Reddy, Hsiao-Dong Chiang and Bala Rajaratnam,“TRUST-TECH based Expectation Maximization for Learning Finite Mixture Models” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, November 2007.
13 Bin Wang and Hsiao-Dong Chiang, "ELITE: Ensemble of Optimal Input-Pruned Neural Networks Using TRUST-TECH" IEEE Transactions on Neural Networks, 22, pp. 96-109, 2011.
统一信息模型
14 许凯宁,程新功,刘新峰等。基于CIM设计的电力系统状态估计模型。电力系统控制与保护。2009,37(24):123-128(EI,指导研究生发表)
15 Xu kai-ning,Cheng Xin-gong,Xu Xi-ji,Chong Yan-shi,Model Design of Electric System State Estimation Based on CIM. Wuhan,2009(EI,指导研究生发表)