林晨鷺

（福建永福電力設計股份有限公司，福建 福州 350108）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展建設，電力數(shù)據(jù)的來源、規(guī)模及種類不斷擴充，調控基礎數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、一二次設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)/狀態(tài)數(shù)據(jù)/工況數(shù)據(jù)、新能源資源數(shù)據(jù)、自然環(huán)境的變化數(shù)據(jù)等共同構成了電力調控大數(shù)據(jù)[1]。但目前這些數(shù)據(jù)獨立存在于上述的各類系統(tǒng)，維護獨立、共享困難，缺少數(shù)據(jù)的集中管理、綜合分析。

因此，為進一步提升電力調度生產(chǎn)管理水平，有必要整合各專業(yè)、各應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的協(xié)同共享；同時運用云計算的分布式存儲及并行計算技術，對整合的海量數(shù)據(jù)進行開發(fā)及挖掘，并在此基礎上進行新型電力調度應用的研究。

1 基于調控大數(shù)據(jù)的電力調控云平臺

1.1 平臺總體架構

如圖1所示，參考云計算的典型結構進行電力調控云平臺的分層設計，自下而上劃分為云基礎設施層（IaaS）、云中間管理層（PaaS）及云應用服務層（SaaS）[2]。

（1）云基礎設施層：通過配置集群節(jié)點、磁盤陣列、交換機等硬件設備，搭建調控云平臺的底層架構，為調控云平臺中間管理層、應用服務層提供數(shù)據(jù)存儲及計算和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡等各類資源。

（2）云中間管理層：基于基礎設施層的硬件及資源基礎，建設實時數(shù)據(jù)平臺、運行數(shù)據(jù)平臺、模型數(shù)據(jù)平臺等。

（3）云應用服務層：利用基礎設施層及中間管理層的數(shù)據(jù)資源、應用服務，基于調控需求建設應用功能。

電力調控云平臺融合各業(yè)務系統(tǒng)的調控數(shù)據(jù)，包含生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等，基于安全防護的角度考慮，將電力調控云平臺部署于安全Ⅲ區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)采集與同步

1.2.1 實時數(shù)據(jù)采集

電力調控云平臺實時數(shù)據(jù)的采集與同步依托于云中間管理層的云實時數(shù)據(jù)平臺，通過源端EMS（現(xiàn)有電力調度控制系統(tǒng)）前置的在線采集，實現(xiàn)全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的采集、處理及存儲。云實時數(shù)據(jù)平臺的功能主要包括數(shù)據(jù)的采集及處理，為上層應用提供數(shù)據(jù)服務等[3]。主要如下：

（1）數(shù)據(jù)采集功能采用消息轉發(fā)方式，從源端EMS前置獲取實時數(shù)據(jù)，進行消息打包；通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)或綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)調度VPN傳輸至安全Ⅱ區(qū)，然后以TCP流方式跨正向隔離裝置，傳輸?shù)桨踩髤^(qū)云實時數(shù)據(jù)平臺。

（2）數(shù)據(jù)處理功能提供數(shù)據(jù)質量處理、模擬量處理、狀態(tài)量處理、計算服務等功能，具備分布式、分調控機構、分區(qū)域處理功能。

（3）量測模型管理主要為數(shù)據(jù)采集提供變化的量測模型，即時采集傳輸變化的數(shù)據(jù)，通過量測模型管理，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)云平臺免維護。

1.2.2 模型數(shù)據(jù)同步

模型數(shù)據(jù)同步通過云中間管理層的模型數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)全網(wǎng)物理模型的源端同步、拼接、存儲、按需發(fā)布及共享。按照《電力調度通用數(shù)據(jù)對象結構化設計》，模型數(shù)據(jù)主要包含公共數(shù)據(jù)模型、電力一次設備模型、自動化設備模型、保護設備模型[4]。模型數(shù)據(jù)平臺同步匯總與管理全網(wǎng)各電壓等級廠站（500 kV、220 kV、110 kV、35 kV）的設備模型和拓撲關系，具體如下：

在全網(wǎng)各地區(qū)電力調度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步服務器部署模型同步服務，接收模型的同步事件。

（1）各地區(qū)通過總線發(fā)送模型更新信息，通過數(shù)據(jù)傳輸平臺發(fā)送導出的全量及增量模型文件到模型同步節(jié)點，同時發(fā)布模型更新消息。

（2）云平臺返回模型同步結果和校驗報告給地區(qū)，若校驗失敗則通知地區(qū)整改，校驗成功則將校驗后的模型發(fā)布到拼接服務器。

（3）云平臺全網(wǎng)模型拼接程序根據(jù)邊界表和廠站、設備名稱匹配，獲取廠站、設備以及電壓等級ID的對應關系，對邊界上的相關設備ID以及熱點鏈接進行替換。拼接完成后，將拼接后的模型通過廣域傳輸發(fā)布至云平臺安全Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)同步服務器，并對原有關系庫進行更新，并導出新模型推送云端，通知應用新模型導出成功。

全網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)同步方式與模型數(shù)據(jù)同步基本一致，其圖形拼接基于模型拼接流程，拼接完成后與模型數(shù)據(jù)存儲于不同的數(shù)據(jù)庫。

1.2.3 運行數(shù)據(jù)采集

基于模型數(shù)據(jù)平臺所提供的電網(wǎng)全模型，運行數(shù)據(jù)平臺將EMS、OMS、TMR等各業(yè)務系統(tǒng)的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行抽取、匯集、存儲及分析，主要包括量測、電量、告警、事件、計劃、預測、環(huán)境等七大類運行數(shù)據(jù)及相關文檔資料，以支撐調控云平臺的數(shù)據(jù)分析及挖掘等應用。具體如下：

（1）量測數(shù)據(jù)：從實時數(shù)據(jù)平臺的實時數(shù)據(jù)庫中抽取，若抽取失敗，則從關系數(shù)據(jù)庫中補召歷史量測數(shù)據(jù)。

（2）電量數(shù)據(jù)：由OMS系統(tǒng)中的OMS調度報表、關系數(shù)據(jù)庫中的量測歷史數(shù)據(jù)、TMR系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)中抽取電網(wǎng)、發(fā)電廠等容器或設備的電量數(shù)據(jù)，建立源端系統(tǒng)和模型數(shù)據(jù)平臺通用數(shù)據(jù)對象標準結構之間表、字段屬性的轉換關系[5]。

（3）告警數(shù)據(jù)：直接從關系數(shù)據(jù)庫中抽取歷史告警數(shù)據(jù)，若抽取失敗則發(fā)起數(shù)據(jù)補召。

（4）事件數(shù)據(jù)：從OMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中抽取月度停電計劃、停電事件、設備故障等事件數(shù)據(jù)，并對需要進行調控云ID映射轉換的數(shù)據(jù)進行關聯(lián)轉換。

（5）計劃數(shù)據(jù)：從電力調度控制系統(tǒng)安全Ⅱ區(qū)的發(fā)電計劃模塊中抽取日前、日內計劃等，將計劃數(shù)據(jù)打包為CIME文件后通過小郵件方式發(fā)送至安全Ⅲ區(qū)的小郵件服務器，并進行CIME文件解析及ID映射轉換。

（6）預測數(shù)據(jù)：從電力調度控制系統(tǒng)安全Ⅱ區(qū)的負荷預測模塊中抽取短期、超短期預測等，將預測數(shù)據(jù)打包為CIME文件后通過小郵件方式發(fā)送至安全Ⅲ區(qū)的小郵件服務器，并進行CIME文件解析及ID映射轉換。

（7）環(huán)境數(shù)據(jù)：環(huán)境數(shù)據(jù)從外部業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中抽取，并進行ID映射轉換后保存。

1.3 調控大數(shù)據(jù)整合及存儲

針對上述平臺采集與同步的各類數(shù)據(jù)，如調控中心/變電站的基礎數(shù)據(jù)、電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)/動態(tài)/暫態(tài)運行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)調度/變電設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)、變電設備的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)、電氣設備運行工況數(shù)據(jù)、新能源（水、風、光）資源數(shù)據(jù)、火電煙氣排放數(shù)據(jù)、自然環(huán)境（氣象、雷電）變化數(shù)據(jù)等，電力調控云平臺采用傳統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫與分布式數(shù)據(jù)庫混合使用的存儲架構實現(xiàn)整合與存儲。

1.3.1 分布式存儲

分布式數(shù)據(jù)存儲的硬件架構區(qū)別于傳統(tǒng)的集中式存儲架構。分布式存儲的硬件采用虛擬化服務器集群，將數(shù)據(jù)分布存儲于多臺存儲集群服務器內。集群內的服務器提供數(shù)據(jù)塊交叉冗余存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高可靠性、可用性，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速存取。

1.3.2 調控大數(shù)據(jù)整合

利用非結構化數(shù)據(jù)與結構化數(shù)據(jù)的相互轉化支撐大數(shù)據(jù)的實時獲取，主要利用流數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)轉換器、Hive數(shù)據(jù)庫。

（1）流數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)對海量流數(shù)據(jù)的匯集與處理，支持對流數(shù)據(jù)采集與加工后分發(fā)至各數(shù)據(jù)訂閱端。流數(shù)據(jù)總線為調控云平臺的系統(tǒng)日志等流數(shù)據(jù)的監(jiān)聽與采集提供技術支撐。

（2）數(shù)據(jù)轉換器實現(xiàn)對不同結構數(shù)據(jù)進行相互轉換，如MySQL和關系數(shù)據(jù)庫之間的轉換。由于調控大數(shù)據(jù)融合了不同業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，源數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)中采用不同的數(shù)據(jù)結構進行存儲，匯集后需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)結構。

（3）Hive數(shù)據(jù)庫支持對大數(shù)據(jù)的查詢功能，可建立結構化的數(shù)據(jù)表與非結構化的數(shù)據(jù)文件之間的映射，實現(xiàn)在Hadoop非結構化存儲中存儲結構化數(shù)據(jù)。

2 電力調控云平臺應用探索

2.1 調控大數(shù)據(jù)分析指標體系[6]

利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘方式并進行補充和延伸，通過梳理統(tǒng)計現(xiàn)有的指標體系，基于融合的海量數(shù)據(jù)建立適用于融合數(shù)據(jù)的指標分析體系。

2.1.1 梳理統(tǒng)計現(xiàn)有指標

應用數(shù)據(jù)倉庫的主題域、主題的數(shù)據(jù)處理概念，對各業(yè)務系統(tǒng)（EMS、OMS、PMS等）的運行、管理相關各類指標進行整理，并結合各個科室、各個專業(yè)的實際考核指標，匯總形成跨各系統(tǒng)、各專業(yè)的綜合指標，并進一步形成指標樹。

2.1.2 建立全新的指標評價體系

對各個運行管理指標的數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計周期、指標的計算原則進行分析，按照時間、電壓等級等各個維度建立綜合各專業(yè)、各系統(tǒng)的指標評價體系。

2.2 檢修全流程管控

目前，電網(wǎng)檢修全流程需經(jīng)過多個業(yè)務系統(tǒng)，如智能防誤操作票系統(tǒng)、PMS系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)等，業(yè)務人員在進行全流程操作時需跳轉各個系統(tǒng)；且各業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)等未進行融合，如操作票、檢修工作單、調度指令票等未相互關聯(lián)，無法對檢修全流程進行閉環(huán)管理。本文基于電力調控云平臺融合各業(yè)務系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，探索檢修全流程閉環(huán)管控應用的建設。

2.2.1 數(shù)據(jù)接入及管理

（1）與EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接：由EMS系統(tǒng)接入調度指令票，解析操作任務、操作設備及操作指令信息等，建立EMS系統(tǒng)設備ID與云平臺設備ID的映射轉換，并進行調度指令票存儲。

（2）與智能防誤操作票系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接：由智能防誤操作票系統(tǒng)接入順控操作票及監(jiān)控操作票，解析操作任務、設備初末狀態(tài)、操作設備信息等，完成智能操作票系統(tǒng)設備ID與云平臺設備ID的映射轉換，并進行順控操作票及監(jiān)控操作票存儲。

（3）與OMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接：由OMS系統(tǒng)接入檢修申請單及檢修申請流程信息，完成OMS系統(tǒng)設備ID與云平臺設備ID的映射轉換，建立檢修申請單與調度指令票的相互關聯(lián)并存儲相關數(shù)據(jù)。

（4）與PMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接：由PMS系統(tǒng)接入倒閘操作票及檢修工作單，數(shù)據(jù)接入采用CIME文件或服務調用方式，完成PMS系統(tǒng)設備ID與云平臺設備ID的映射轉換，并進行倒閘操作票及檢修工作單數(shù)據(jù)存儲。

2.2.2 全流程閉環(huán)管控

基于接入的檢修全流程相關表單及信息，分析各表單及流程間的相互約束關系，建立電網(wǎng)操作及檢修全流程管控模型。可劃分為以下兩個流程管控模型。

（1）電網(wǎng)操作流程管控模型：梳理電網(wǎng)操作從寫調度指令票到監(jiān)控操作回令等各關鍵環(huán)節(jié)的操作流程及流程業(yè)務數(shù)據(jù)，建立電網(wǎng)操作流程管控模型。

（2）檢修業(yè)務流程管控模型：梳理從檢修申請開工到檢修工作終結等各個關鍵環(huán)節(jié)的檢修流程及業(yè)務數(shù)據(jù)，建立檢修業(yè)務流程管控模型。

在上述兩個管控模型的基礎上，分析電網(wǎng)操作及檢修全業(yè)務流程狀態(tài)，實現(xiàn)關鍵流程閉鎖。

2.3 檢修計劃智能編排及校核

電網(wǎng)檢修計劃的編排及執(zhí)行對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行極其重要，本文基于電力調控云平臺對檢修計劃的智能輔助編排及校核應用進行建設探索。

2.3.1 多時態(tài)電網(wǎng)模型

為支撐中長期檢修計劃的智能編排，需要首先構建多時態(tài)的電網(wǎng)模型。根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃對未來數(shù)月或一年的電網(wǎng)規(guī)劃模型進行建模，并按照時間將模型劃分為實時在投模型、近期準備投運模型、遠期規(guī)劃模型和歷史退運模型。

上述各時態(tài)電網(wǎng)模型的時間屬性將隨著電網(wǎng)的建設、設備投運、參數(shù)的更新等即時發(fā)生滾動變化，圖2展示了這一變化過程，遠期規(guī)劃模型逐步轉變?yōu)榻跍蕚渫哆\模型，近期準備投運模型變成實時在投模型，同時新的規(guī)劃模型也逐步完成建模。檢修計劃的編制可基于多時態(tài)的電網(wǎng)模型獲取未來時間斷面的全網(wǎng)模型或特定范圍的定制模型。

2.3.2 檢修計劃編排與分析

（1）檢修計劃輔助編排?；诙鄷r態(tài)電網(wǎng)模型的建立，可通過對年度檢修計劃的分析，自動生成月度檢修計劃及日前檢修計劃等，一方面可節(jié)約檢修計劃編排的時間，另一方面可規(guī)避檢修計劃調整和設備臨時停電帶來的風險。

（2）檢修計劃校核。根據(jù)調度的檢修計劃校核規(guī)則制訂檢修計劃的校核策略，如工期約束、不可同停約束、重復停電約束、保供電時期不可停電約束等。在檢修計劃編排后可根據(jù)以上規(guī)則進行編排校核。

（3）安全計算校核。如圖3所示，安全計算校核的設計思路如下：多時態(tài)電網(wǎng)模型與日前/中長期檢修計劃進行數(shù)據(jù)整合后，進行安全校核計算。安全校核計算主要包括潮流計算、靜態(tài)安全分析，計算后將安全校核計算結果返回至檢修計劃輔助編排。

1）基態(tài)潮流計算：根據(jù)給定的電網(wǎng)結構、參數(shù)和發(fā)電機、負荷等元件的運行條件，確定未來電網(wǎng)基態(tài)交流潮流分布，包括發(fā)電機有功/無功出力、線路功率、變壓器負載、母線電壓等。

2）靜態(tài)安全分析：判斷在出現(xiàn)預想事故后系統(tǒng)是否會發(fā)生過負荷或電壓越限。安全校核應具備N-1故障分析功能，對電網(wǎng)全部主設備（包括線路、主變、母線、機組）包括故障集進行N-1開斷掃描，判斷故障后系統(tǒng)是否滿足短時過負荷能力。線路、變壓器、發(fā)電機、直流線的掃描按設備斷開進行；開關N-1可選擇掃描開關檢修、出串的3/2接線、母聯(lián)（分段）開關斷開等開關跳開會引起特殊拓撲變化的情況，母線N-1僅掃描母線檢修單母運行的情況。

3 結語

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，調控數(shù)據(jù)的多樣性、復雜性不斷提升，本文基于融合大數(shù)據(jù)提出了電力調控云平臺的建設思路以及基于云計算技術的海量融合調控大數(shù)據(jù)的存儲及整合方案，并對電力調控云平臺的應用功能進行了建設探索。