國電南京自動化股份有限公司 高 翔

針對現(xiàn)有配網(wǎng)相關信息系統(tǒng)運行中存在的問題，構(gòu)建了一套配網(wǎng)一體化監(jiān)控平臺。該平臺采集已有配電自動化系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，將各系統(tǒng)分散的數(shù)據(jù)整合至統(tǒng)一的配網(wǎng)模型中?；谖⒎占軜?gòu)實現(xiàn)了一套各業(yè)務功能可靈活擴展的上層應用，用戶可在平臺上查看配網(wǎng)運行實時數(shù)據(jù)、關鍵指標，并進行統(tǒng)計分析，從而進一步提高配網(wǎng)運維管理水平。

隨著配網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各供電公司已經(jīng)完成了配電自動化系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)建設，這些系統(tǒng)已經(jīng)成為配網(wǎng)生產(chǎn)運行的重要工具，使配網(wǎng)運行的可靠性和安全生產(chǎn)水平得到了極大的提高，但在系統(tǒng)實際使用過程還存在如下問題：

（1）信息孤島：各系統(tǒng)獨立部署，數(shù)據(jù)關聯(lián)性較小，信息共享度和利用率低。各系統(tǒng)采用的信息模型不同、系統(tǒng)間大多采用兩兩特定接口交換數(shù)據(jù)，無法形成全域的基于公共信息和統(tǒng)一對象標識的數(shù)據(jù)利用。

（2）缺乏全局數(shù)據(jù)分析手段：大量信息分別存儲在不同的應用系統(tǒng)中，在進行運行、調(diào)度的綜合指標分析時難以獲取完整的基礎數(shù)據(jù)。另一方面，數(shù)據(jù)處理與分析能力不足，對現(xiàn)有配網(wǎng)運行數(shù)據(jù)利用率低。

針對這些問題，結(jié)合實際工作需求，提出基于微服務架構(gòu)的配網(wǎng)一體化監(jiān)控平臺，使之具備融合貫通各應用系統(tǒng)的支撐能力，提供高完整性、低冗余度、高質(zhì)量的全局數(shù)據(jù)分析服務，提升已有信息化應用系統(tǒng)的實用價值。

1 技術(shù)應用

1.1 微服務架構(gòu)

微服務架構(gòu)是一種架構(gòu)風格和設計模式，最早在2014年由Martin Fowler和James Lewis共同提出，提倡將應用分割成一系列細小的服務，每個服務專注于單一業(yè)務功能，運行在獨立的進程中，服務之間邊界清晰，采用輕量級通信機制（如HTTP/REST）相互溝通、配合來實現(xiàn)完整的應用，滿足業(yè)務和用戶的需求。

應用微服務架構(gòu)可以將業(yè)務系統(tǒng)徹底的組件化、服務化，微服務專注于業(yè)務邏輯，服務功能簡單，邊界清晰，復雜度低，接口明確，利于應用開發(fā)、部署。

同時，各服務獨立擴展，自由伸縮，可以根據(jù)實際業(yè)務需求，實時動態(tài)調(diào)整每個服務的部署規(guī)模，快速啟用同一個服務的不同實例以滿足突發(fā)流量或計算量，并且每個服務有明確的邊界，不受編程語言與數(shù)據(jù)庫的制約。

1.2 Spring Cloud

Spring Cloud 構(gòu)建于Spring Boot之上，為最常見的分布式系統(tǒng)模式提供了一種簡單且易于接受的編程模型，其包含了一系列框架，擁有功能完善的、輕量級的微服務實現(xiàn)組件，例如服務發(fā)現(xiàn)治理組件EureKa、服務網(wǎng)關Zuul、服務配置Spring Config、負載均衡Ribbon等，基于這些框架和組件，開發(fā)人員可以快速構(gòu)建有彈性的、可靠的、協(xié)調(diào)的應用程序，并應用于生產(chǎn)中。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 微服務技術(shù)實現(xiàn)

圖1 微服務架構(gòu)設計

基于Spring Cloud構(gòu)建一套微服務架構(gòu)(見圖1)。服務網(wǎng)關采用Spring Cloud Gataway實現(xiàn)，主要負責接收外部請求，并轉(zhuǎn)發(fā)到后端對應的服務上去。服務注冊、配置中心采用Nacos實現(xiàn)，主要負責服務動態(tài)發(fā)現(xiàn)、服務配置和管理，各服務啟動時自動向Nacos注冊，調(diào)用時通過查詢服務注冊表查找可用服務實例，并在關閉時注銷，同時各服務內(nèi)部運行配置文件也由Nacos集中管理，配置的修改歷史記錄可追蹤。服務調(diào)用采用Spring Cloud Feign實現(xiàn)，主要負責定義和實現(xiàn)依賴服務接口的調(diào)用。在服務開發(fā)中，只需要創(chuàng)建一個接口并用注解方式配置它，即可完成服務提供方的接口綁定，簡化了開發(fā)量。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設計

根據(jù)系統(tǒng)整體架構(gòu)（圖3），配網(wǎng)一體化監(jiān)控平臺一共分為4層，分別為：

（1）數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要負責通過對接標準接口來采集配網(wǎng)主站系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)等相關系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式傳輸至數(shù)據(jù)整合層。

數(shù)據(jù)采集類型包括配置數(shù)據(jù)（配網(wǎng)圖模信息、設備臺賬信息)、運行數(shù)據(jù)（變電站運行數(shù)據(jù)、配變運行數(shù)據(jù)、10KV線路開關運行數(shù)據(jù)）和檢修數(shù)據(jù)（檢修計劃、故障工單登信息），配置數(shù)據(jù)和檢修數(shù)據(jù)以文件或關系數(shù)據(jù)庫形式存儲，采用定時讀取解析方式進行采集，運行數(shù)據(jù)主要通過IEC104、MODBUS等實時數(shù)據(jù)接口進行采集。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程

（2）數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層對從各系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，進行數(shù)據(jù)校驗（見圖2）。針對配網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)，進行全景模型數(shù)據(jù)校驗，SVG公共圖形數(shù)據(jù)校驗，保證配網(wǎng)模型統(tǒng)一。針對配網(wǎng)運行與檢修海量數(shù)據(jù)中不完整數(shù)據(jù)參照其他系統(tǒng)進行估算填充，對無法處理的臟數(shù)據(jù)進行過濾，保證數(shù)據(jù)高度準確。對于其他異常的數(shù)據(jù)，進行異常記錄待人工核對，最終按照預先定義好的數(shù)據(jù)倉庫模型，將數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)倉庫中去。

（3）數(shù)據(jù)整合層

數(shù)據(jù)整合層主要將處理過的數(shù)據(jù)按類型分別存入實時數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫基于Redis實現(xiàn)，主要進行實時斷面數(shù)據(jù)存儲和檢索，歷史數(shù)據(jù)庫基于時序數(shù)據(jù)庫Influxdb實現(xiàn)，主要對快速變化的歷史數(shù)據(jù)進行壓縮、存儲和檢索，關系型數(shù)據(jù)庫基于Mysql實現(xiàn)，主要對配網(wǎng)模型等配置數(shù)據(jù)、檢修計劃等檔案數(shù)據(jù)進行存儲和檢索。

（4）應用層

應用層基于微服務實現(xiàn)，分為基礎服務與應用服務兩部分。

基礎服務歸納出公用的基礎功能，包括電網(wǎng)模型服務、地理圖形服務、用戶服務、拓撲分析服務，為上層應用服務提供基礎能力支撐。

應用服務對供電公司用戶的配網(wǎng)運維需求進行細化拆分，形成獨立的服務。每個服務只關注一個業(yè)務功能，服務間能夠松散耦合。其中，核心服務有：電網(wǎng)負荷監(jiān)控、線路負載監(jiān)控、電壓合格率監(jiān)控、配變負載告警等。

這些服務通過API進行相互調(diào)用，并由配置中心進行統(tǒng)一管理、調(diào)度。Web前端頁面與手機APP調(diào)用這些服務，獲取數(shù)據(jù)以及計算結(jié)果進行展示。

2.3 主要功能實現(xiàn)

（1）運行指標監(jiān)控：

全景監(jiān)控配網(wǎng)10kV線路及設備的實時運行情況，提供電網(wǎng)現(xiàn)狀和配電設備運行狀態(tài)信息的查詢?yōu)g覽功能，實時推送故障跳閘、重過載、啟停、母線電壓越限、配變低電壓、三相不平衡等異常運行情況。

（2）指標計算：

提供指標配置功能，用戶可配置指標統(tǒng)計間隔、指標計算公式、指標數(shù)據(jù)源，系統(tǒng)按照上述配置項自動加載相關數(shù)據(jù)進行計算并得出指標值。系統(tǒng)已實現(xiàn)包括終端在線率、遙控使用率、配變重過載比例、線路重過載比例、停電時長、電壓合格率、供電可靠率等指標項的實時計算與展現(xiàn)，供運維人員比對分析。

（3）運維管理：

圖3 系統(tǒng)整體架構(gòu)

對系統(tǒng)各類設備臺賬進行統(tǒng)計分析，結(jié)合缺陷、檢修、搶修等工單數(shù)據(jù)，提供諸如設備故障率統(tǒng)計、設備運行狀態(tài)統(tǒng)計、設備在線時長統(tǒng)計等功能。根據(jù)需線路/站點、設備大類、設備類型、登記班組、發(fā)現(xiàn)時間、消缺時間等條件進行缺陷數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計。同時可根據(jù)設備類型、生產(chǎn)廠家、缺陷性質(zhì)、線路/站點、所述地區(qū)、登記班組、檢修班組等不同維度按照各類條件進行分類統(tǒng)計。

結(jié)束語：本項目充分利用現(xiàn)有配網(wǎng)自動化系統(tǒng)體系資源，通過數(shù)據(jù)清洗的方式將各系統(tǒng)信息連接起來，建立覆蓋配網(wǎng)運行、運維等信息的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)微服務架構(gòu)思想，將業(yè)務功能拆分獨立的服務，各服務間相互調(diào)用、組合，形成按需擴展的上層應用功能。通過可視化展現(xiàn)等多種手段，實現(xiàn)對配網(wǎng)實時運營數(shù)據(jù)的監(jiān)測與監(jiān)管，以更全面、更直觀、更智能的方式對配網(wǎng)運行各環(huán)節(jié)、各系統(tǒng)進行管控與展示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享集成利用，最終提高運行管理人員對配網(wǎng)運營的掌控和決策能力。