吳國巧 宋慧娟 張子沛

上海欣能信息科技發(fā)展有限公司

基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)架構研究

吳國巧 宋慧娟 張子沛

上海欣能信息科技發(fā)展有限公司

探討了大數(shù)據(jù)技術在電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)的應用。首先對目前智能運檢的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，提出建設基于大數(shù)據(jù)的智能運檢管控系統(tǒng)構架設想，并進行初步的設計分析。隨后針對具體微應用，對應用構架進行了詳盡的分析與設計。介紹了多系統(tǒng)融合構架，并且對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成做了詳細分析。最后對基于大數(shù)據(jù)的智能運檢管控系統(tǒng)的應用前景進行了展望。

大數(shù)據(jù)；運檢管控；系統(tǒng)

隨著時代變遷，“互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”等新興詞匯融入到生活、工作等各方面。電力行業(yè)也順勢而行，在《智能運檢白皮書》的指導下，結合運檢管控中心建設背景，通過智能運檢的探索與實踐，將逐步推進運檢管理模式的變革，有效提高運檢效率效益，實現(xiàn)設備狀態(tài)管控力與運檢管理穿透力的全面提升。

由于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)涉及業(yè)務眾多，專業(yè)程度強，長期以來各業(yè)務部門建設了諸多信息系統(tǒng)，為工作提供數(shù)據(jù)支撐。但各業(yè)務數(shù)據(jù)相對孤立，服務對象也較為狹窄，較難跨專業(yè)進行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通?；诠芸叵到y(tǒng)建設要求，梳理現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，結合大數(shù)據(jù)分析技術，建設一套綜合性管控系統(tǒng)已提上議程[1]。本文將針對基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)架構進行研究，為系統(tǒng)建設提供參考。

1 基于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構的研究

1.1 現(xiàn)狀分析

電力系統(tǒng)業(yè)務涉及運檢、調度、營銷、基建、財務等諸多領域。運檢類業(yè)務數(shù)據(jù)主要以設備生產(chǎn)臺帳為基礎，涵蓋設備日常巡視記錄、缺陷修復記錄、試驗記錄等，并以系統(tǒng)流程輔助日常生產(chǎn)業(yè)務流程開展運檢類工作。調度類業(yè)務數(shù)據(jù)主要由電網(wǎng)接線圖出發(fā)，將電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)、開關遙測信號、開關變位信號等通過系統(tǒng)進行綜合展示，為電網(wǎng)調度工作開展帶來便捷。營銷類數(shù)據(jù)主要有電量信息，用戶供電地址等信息。基建類數(shù)據(jù)主要有工程相關信息。財務類數(shù)據(jù)主要有資產(chǎn)價值信息。不同種類的數(shù)據(jù)，不同專業(yè)的分析，不同程度的理解，造就了不同的專業(yè)系統(tǒng)應用。

目前電力運檢專業(yè)生產(chǎn)指揮方式以分散指揮為主，缺乏有效的智能化支撐手段。現(xiàn)場生產(chǎn)信息以人工收集為主，且信息分散于多個孤立系統(tǒng)，生產(chǎn)指揮人員無法通過統(tǒng)一的平臺整體把握電網(wǎng)運行工況、運檢業(yè)務及資源情況，嚴重影響生產(chǎn)指揮效率及科學性。

例如：某電力設備發(fā)生故障，相關協(xié)調處理人員需要通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)對臺帳詳細物理參數(shù)進行查看，了解歷史巡視、缺陷、故障等記錄；調度人員要了解設備當前運行情況，需通過調度自動化系統(tǒng)查看當前設備運行方式，并結合接線圖做出影響范圍分析判斷；現(xiàn)場作業(yè)指揮人員需通過統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺接入的攝像頭進行監(jiān)控，相關指揮與作業(yè)現(xiàn)場交互仍以電話、短信等傳統(tǒng)通訊手段為主。如當發(fā)生較多復雜故障情況或在人員配置不足的情況下，也能參照上述方法進行故障定位排查，但會極大影響處置速度。

圖1 電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)總體架構

1.2 系統(tǒng)總體架構設計

為解決數(shù)據(jù)孤立、系統(tǒng)間互聯(lián)互通等難點，并結合運檢管控中心建設背景，以“全面、融合、精細、智能”為核心指導思想，基于生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設一套運用大數(shù)據(jù)存儲、分析、處理的電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)，其構架圖見圖1 。它集成了調度自動化系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)，以及故障監(jiān)測、搶修監(jiān)測、線損管理、統(tǒng)一視頻等業(yè)務系統(tǒng)。主要通過跨專業(yè)、多系統(tǒng)融合，全面掌握公司范圍內(nèi)電網(wǎng)設備信息、運行數(shù)據(jù)、故障信息、搶修信息和線損數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)異常狀態(tài)預警和提前響應。

架構設計滿足總部及網(wǎng)省二級部署要求，部署在總部的應用系統(tǒng)，與網(wǎng)省通過縱向數(shù)據(jù)交換平臺、數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)縱向貫通，支撐總部上層應用功能。部署在網(wǎng)省側應用系統(tǒng)，與用采、OMS（智能調度管理系統(tǒng)）等其他業(yè)務系統(tǒng)集成，支撐標準應用功能及網(wǎng)省制化應用功能。

架構側重于解決運檢大數(shù)據(jù)存儲、計算問題，采用關系數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)融合技術，構建運檢相關大數(shù)據(jù)采集、存儲、計算、分析的智能運檢庫，管控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)技術路線研發(fā)、部署，快速完成系統(tǒng)的構建，支撐運檢管控業(yè)務。同時考慮到網(wǎng)省應用需求的個性化特征，結合目前微應用、微服務的技術發(fā)展趨勢和主體路線要求，采用微應用技術實現(xiàn)具有彈性擴展能力的系統(tǒng)架構。

基于大數(shù)據(jù)設計理念，構建智能運檢云，提升信息匯集能力。基于云存儲和國網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，全面融合結構化數(shù)據(jù)、視頻、圖像、文本等多源電網(wǎng)運檢數(shù)據(jù)；研究適用于故障診斷的模式識別、深度學習、知識獲取、智能搜索模型，進一步提升電網(wǎng)設備故障智能診斷與自動預警能力；研究高性能計算技術及并行計算模型，提升運檢業(yè)務數(shù)據(jù)挖掘效率。深入開展電網(wǎng)運檢數(shù)據(jù)分析應用及數(shù)據(jù)價值挖掘，全面提升電網(wǎng)運檢信息化、智能化水平。

建立標準統(tǒng)一的運檢業(yè)務支撐庫，提高各單位數(shù)據(jù)內(nèi)部共享能力。建立電網(wǎng)運檢多源數(shù)據(jù)采集技術標準，研究電網(wǎng)運檢多源數(shù)據(jù)快速接入、存儲技術，構建數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一、存儲高效、穩(wěn)定可靠的運檢業(yè)務支撐庫，創(chuàng)新數(shù)據(jù)橫向共享機制和技術支撐手段，實現(xiàn)運檢全局分析類應用開展和數(shù)據(jù)全網(wǎng)發(fā)布共享。

構建基于可彈性擴展的運檢業(yè)務支撐框架，開展“厚平臺+薄應用”系統(tǒng)架構設計?；趪W(wǎng)一體化業(yè)務應用微服務和微應用建設規(guī)范，構建規(guī)范化的應用服務框架，建立規(guī)范的微應用管理機制，支撐系統(tǒng)便捷、快速、穩(wěn)定擴展能力，推進智能運檢業(yè)務多方應用創(chuàng)新需求。

2 微應用架構設計

微應用是將單體的應用系統(tǒng)拆分成可獨立部署的多個小應用或服務，通過集群部署實現(xiàn)小應用之間的故障隔離、彈性擴容等，使得應用系統(tǒng)具有更強的擴展性、更高的穩(wěn)定性，是目前大型應用系統(tǒng)架構的發(fā)展方向之一。微應用架構設計如圖2所示。

此架構用于支撐業(yè)務應用微應用的發(fā)布、部署、監(jiān)控，對業(yè)務功能無侵入。在架構中，總部標準應用、省公司標準應用以及省公司個性化應用均以應用鏡像（Docker鏡像文件）方式通過應用倉庫發(fā)布。應用鏡像入庫、審批由應用管理員負責操作。

應用服務集群是運行Docker容器服務的一組服務器，應用鏡像由Docker容器加載運行。在一臺物理服務中可以同時運行多個應用容器，容器之間資源隔離，不會產(chǎn)生資源競爭，且故障隔離，一個應用容器崩潰不影響另一個容器。

圖2 彈性可擴展微應用架構

應用訪問代理組件實現(xiàn)對微應用的訪問聚合，將用戶對應用的訪問請求轉發(fā)到具體的微應用容器。通過訪問路徑Rewrite（重寫）技術，為用戶提供統(tǒng)一的頁面訪問入口。

微應用架構目前主要采用高性能服務調用、服務發(fā)現(xiàn)與路由、服務注冊、基于容器技術的服務發(fā)布、服務治理、監(jiān)控、調度等主要組件構成。高性能服務調用實現(xiàn)獨立部署的應用或服務之間的高性能訪問，重點解決高性能通信和數(shù)據(jù)序列化，此組件采用Dubbo實現(xiàn)。服務發(fā)現(xiàn)與路由主要解決調用者如何發(fā)現(xiàn)服務，如何從多個可用服務中選擇適合服務，此組件采用Dubbo實現(xiàn)。服務注冊是微應用架構的核心組件之一，主要解決服務提供者發(fā)布服務信息、服務調用者查詢服務列表，一般采用去中心化技術實現(xiàn)注冊中心的高可用，此組件采用Dubbo+Zookeepr實現(xiàn)。基于容器的服務發(fā)布，是采用容器技術Docker提供微應用服務的快速部署。服務監(jiān)控對微應用容器運行狀態(tài)進行監(jiān)控，統(tǒng)計服務性能。調度中心基于預先定義的規(guī)則，結合監(jiān)控數(shù)據(jù)，對崩潰的容器自動重啟，在壓力過大時自動或手動擴容，在壓力恢復時自動或手動回收資源等。

2.1 多系統(tǒng)融合架構

系統(tǒng)集成組件需具有數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)感知、服務調用、異步數(shù)據(jù)同步等多種功能，以滿足不同集成場景的應用需求。

與運檢管控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫集成方式，通過部署HDP實時數(shù)據(jù)感知工具，捕獲數(shù)據(jù)變更情況，以業(yè)務事件方式發(fā)布到消息總線，由管控系統(tǒng)相關組件處理（CIM轉換與持久化、實時計算等）。

與調度管理系統(tǒng)的集成采用調度E文件交換技術，由管控系統(tǒng)定時查詢E文件，解析入庫，并發(fā)布相關的業(yè)務事件以驅動實時計算。

對于目前僅提供服務接口的業(yè)務系統(tǒng)，在對方流量、并發(fā)量等限制范圍內(nèi)，采用周期輪詢方式主動調用其接口獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)集成組件處理后可發(fā)布相應的業(yè)務事件驅動業(yè)務處理。

與外系統(tǒng)服務、數(shù)據(jù)集成主要采用以下集成框架。生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用實時數(shù)據(jù)感知同步；第三方服務目前僅提供服務調用、文件共享等接口方式，由管控系統(tǒng)集成組件定時輪詢對方接口或文件。

總部在查看網(wǎng)省相關明細數(shù)據(jù)或生產(chǎn)管理系統(tǒng)明細數(shù)據(jù)時采用頁面穿透集成方式，將省級系統(tǒng)中明細頁面嵌入總部頁面?？偛抗芸叵到y(tǒng)采用與生產(chǎn)管理系統(tǒng)現(xiàn)有頁面穿透相同的機制實現(xiàn)與網(wǎng)省管控系統(tǒng)、網(wǎng)省生產(chǎn)管理系統(tǒng)的頁面集成。

總部管控系統(tǒng)與網(wǎng)省管控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)上報與下發(fā)采用縱向同步工具?？v向同步針對關系數(shù)據(jù)庫主要采用觸發(fā)器、時間戳檢查等機制發(fā)現(xiàn)變更數(shù)據(jù)，基于同步模型定時將變更數(shù)據(jù)通過消息總線發(fā)送到目標端，目標端接收數(shù)據(jù)后完成數(shù)據(jù)更新?？v向同步也支持文件等類型數(shù)據(jù)的同步。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成路線

（1）管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

基于大數(shù)據(jù)的管控系統(tǒng)，打通了總部與網(wǎng)省數(shù)據(jù)的交流通道。實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的準實時雙向流通?？偛抗芸叵到y(tǒng)能夠將總部的生產(chǎn)指令、應急搶修記錄等數(shù)據(jù)下發(fā)給網(wǎng)省公司指導網(wǎng)省公司的生產(chǎn)工作，網(wǎng)省公司將設備的臺帳信息、運檢類業(yè)務數(shù)據(jù)、故障、搶修等數(shù)據(jù)定期按時上報給總部，進行生產(chǎn)情況信息的匯報。大大提高了總部與網(wǎng)省的數(shù)據(jù)交互效率，提高了工作效率。

（2）生產(chǎn)類數(shù)據(jù)集成

運檢管控的業(yè)務數(shù)據(jù)，包括設備臺帳、運行記錄、巡視、缺陷、檢修等多類數(shù)據(jù)是運檢業(yè)務的核心數(shù)據(jù)，是進行運檢業(yè)務信息化的重要成果，為智能運檢提供了必要的數(shù)據(jù)支撐。管控系統(tǒng)實現(xiàn)了業(yè)務數(shù)據(jù)的實時捕獲，并且在實時感知后異步驅動相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)的更新，并且通過頁面集成技術展示生產(chǎn)業(yè)務數(shù)據(jù)明細，為相關業(yè)務人員進行數(shù)據(jù)查看提供了極大的方便。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)的實時更新，為業(yè)務決策提供了強有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。調度類數(shù)據(jù)集成，運檢管控平臺中集成了國調、省調的“三交四直”等重要調度數(shù)據(jù)。當電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過管控系統(tǒng)，能夠快速定位故障設備，判定設備的影響范圍。并且能夠及時通知附近的搶修隊進行故障搶修工作，大大提高故障的平均修復時間。

（3）其他業(yè)務類數(shù)據(jù)

管控系統(tǒng)中還集成了輸變電狀態(tài)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、一體化數(shù)據(jù)通、電能質量數(shù)據(jù)等各類業(yè)務數(shù)據(jù)。通過管控系統(tǒng)能夠實時顯示電網(wǎng)安全運行狀況。如果哪個點出現(xiàn)不正常情況，管控系統(tǒng)通過自動報警功能，迅速顯示那個點發(fā)生問題的原因，是負荷過載，電壓過低還是設備故障？業(yè)務人員就能有針對性地快速處理，排查故障時間從過去幾個小時縮短到如今以分鐘計。

2.3 優(yōu)勢特點

采用大數(shù)據(jù)平臺構建智能運檢庫大數(shù)據(jù)存儲、計算功能，并與關系數(shù)據(jù)庫有機融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向互通。與一體化平臺（現(xiàn)有系統(tǒng)）各組件緊密集成，實現(xiàn)用戶權限、統(tǒng)一文件存儲、數(shù)據(jù)交換等基礎功能。

以生產(chǎn)管理系統(tǒng)為主要數(shù)據(jù)來源，為減輕生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)庫壓力，采用數(shù)據(jù)同步技術對生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)庫實時同步，形成生產(chǎn)管理系統(tǒng)鏡像庫。管控系統(tǒng)直接訪問生產(chǎn)管理系統(tǒng)鏡像庫，不對現(xiàn)有系統(tǒng)造成更多負擔。

為保證數(shù)據(jù)集成的實時性、有效性，管控系統(tǒng)直接與相關業(yè)務系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成時優(yōu)先采用異步集成技術實現(xiàn)系統(tǒng)間的松耦合，由管控系統(tǒng)集成開源的MuleESB服務總線，相關系統(tǒng)的服務接口及管控系統(tǒng)的集成服務均配置在總線上，由部署在總線上的適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉換等功能。管控系統(tǒng)服務數(shù)據(jù)格式采用CIM交換模型。

智能運檢庫向上層管控應用提供基于模型、封裝的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口，屏蔽不同存儲機制的數(shù)據(jù)訪問差異。面向接口的實現(xiàn)方式，當?shù)讓哟鎯C制發(fā)生變化時，不影響上層應用功能。

網(wǎng)省系統(tǒng)將各類計算、分析結果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換平臺上報總部系統(tǒng)，由總部系統(tǒng)實現(xiàn)二次統(tǒng)計、展現(xiàn)?？偛抗芸叵到y(tǒng)與網(wǎng)省管控系統(tǒng)通過頁面集成，在總部系統(tǒng)中嵌入網(wǎng)省數(shù)據(jù)明細頁面。

3 結語及展望

電網(wǎng)運檢智能管控系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)平臺融合不同業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析處理加工，將雷電、山火、覆冰、氣象等外圍信息接入平臺，并通過大數(shù)據(jù)提供的計算及分析處理將相關信息結果展示在地理圖上，對電網(wǎng)運行設備安全運行提供保障。將匯總的各類運檢、調度、營銷、基建等信息通過平臺告知相關電力人員，輔助其進行決策，制定安全保障方案，進行指導，對施工作業(yè)過程實現(xiàn)動態(tài)管控。為電力行業(yè)今后朝著智能化、專業(yè)化、精細化、集約化方向發(fā)展，打下堅實基礎，進一步推動智能電網(wǎng)的發(fā)展建設。

[1] 李敏,李煒,程明.電網(wǎng)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺在運檢管理中的研究及應用[J].數(shù)字技術與應用,2016,11:67-68.

Study on Electrical Power Network Operation Inspection Management Control System Architecture Based on Big Data

Wu Guoqiao, Song Huijuan, Zhang Zipei
Shanghai Xinneng Information Science Technology Development Co.,Ltd

The article discusses big data technology application in electrical power network operation inspection management control system. First focused on intelligent operation inspection development conditions through analysis, the author puts forward imagination of electrical power network operation inspection management control system architecture based on big data then carries out preliminary design analysis. Second focused on detailed micro application, the author carries out detailed analysis and design of application architecture. The article introduces multi-system integrated architecture and analyzes system data integration. Finally the author thinks about prospect of intelligent electrical power network operation inspection management control system application based on big data.

Big Data, Operation Inspection Management Control, System

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.10.008

吳國巧：（1982-），女，本科，研究方向為電力行業(yè)應用系統(tǒng)實施、運維咨詢技術服務；

宋慧娟：（1986-），女，本科，工程師，研究方向為電力行業(yè)應用系統(tǒng)實施、運維咨詢技術服務。