鄭 濤 鄒 樂

（1.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京 100192；2.合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，安徽 合肥 230601；3.中國國際人才開發(fā)中心有限公司，北京 100044）

1 引言

隨著社會的發(fā)展、新型智慧電力系統(tǒng)的建設(shè)和完善，智能電網(wǎng)逐步發(fā)展成為社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施，由于電力系統(tǒng)多元化發(fā)展使得其跨多領(lǐng)域綜合集成實現(xiàn)了多個領(lǐng)域的新突破，同時高度復(fù)雜的集成運行環(huán)境對新型電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、健壯性等方面提出了更高的要求。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是由穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、高級應(yīng)用、AVC、AGC、WAMS、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、安全防護設(shè)備等多種資源集成的信息物理系統(tǒng)[1]，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備類型多數(shù)量龐大，多級業(yè)務(wù)與軟硬件緊密耦合，使得電網(wǎng)系統(tǒng)故障追憶變得復(fù)雜繁瑣，查詢周期長，定位故障困難。

調(diào)度自動化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息是否完整、準(zhǔn)確、可靠，直接影響著調(diào)度自動化系統(tǒng)功能的在線應(yīng)用水平以及電網(wǎng)運行人員對電網(wǎng)運行狀態(tài)的判斷和控制能力。電網(wǎng)系統(tǒng)故障追憶是智能調(diào)度自動化系統(tǒng)中非常重要的功能，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定義的事故觸發(fā)條件包括設(shè)備位置、保護信號動作狀態(tài)、模擬量和數(shù)字量數(shù)據(jù)等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[2]。這些預(yù)定義的觸發(fā)事件包括設(shè)備狀態(tài)變化、測量值越限、計算值越限、測量值突變、邏輯計算值為真、操作命令等。通過故障追憶功能，可以將保存的事故數(shù)據(jù)進行重現(xiàn)與查詢，反映出事故前后一段時間電網(wǎng)的實際運行狀態(tài)，調(diào)度人員和運維人員可以方便有效地分析事故的原因，調(diào)整電網(wǎng)的運行方式，避免系統(tǒng)安全隱患引發(fā)大電網(wǎng)事故，從而保障了電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。

因此建立一套可以進行故障定位和故障追憶的實時可視化系統(tǒng)有著極為重要的現(xiàn)實意義，對提高故障判別準(zhǔn)確度和及時定位故障原因有著重要的實用性。對此本文研究和設(shè)計了一套電網(wǎng)調(diào)度故障追憶系統(tǒng)，對電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)進行深度挖掘、分析和利用，發(fā)掘數(shù)據(jù)內(nèi)部蘊涵的信息、數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等，該系統(tǒng)提高了電網(wǎng)運行全局分析能力和主動預(yù)判能力。

2 系統(tǒng)需求分析

在功能需求當(dāng)中由于電網(wǎng)調(diào)度自動化故障追憶系統(tǒng)涉及到前端服務(wù)和后端服務(wù)，因此包含前端系統(tǒng)功能需求和后端系統(tǒng)功能需求。

2.1 前端系統(tǒng)功能需求

（1）系統(tǒng)管理：包括用戶管理、角色管理、菜單管理、部門管理、崗位管理、字典管理、參數(shù)設(shè)置、通知公告等功能。

（2）告警管理：實時告警和歷史告警信息展示和查詢功能。

（3）智能值班：具備智能交接班、智能專家?guī)?、專家?guī)旃芾淼裙δ堋?/p>

（4）平臺監(jiān)視：包括通道狀態(tài)、磁盤狀況詳情、網(wǎng)卡狀態(tài)、內(nèi)存資源、應(yīng)用狀態(tài)詳情、服務(wù)器狀況等進行監(jiān)視和分析功能。

（5）運行監(jiān)視：包括對遙測封鎖、告警抑制、人工掛牌、遙信封鎖、母線不平衡等系統(tǒng)運行情況監(jiān)視和分析功能。

（6）統(tǒng)計分析：提供實時運行信息的統(tǒng)計與分析功能。

（7）系統(tǒng)監(jiān)控：提供在線用戶、服務(wù)監(jiān)控、緩存監(jiān)控等實時展示功能。

2.2 后端系統(tǒng)模塊設(shè)計

（1）系統(tǒng)管理模塊：設(shè)計包括賬號管理子模塊、菜單管理子模塊、字典管理子模塊、參數(shù)設(shè)置子模塊、通知公告子模塊等后端實現(xiàn)。

（2）告警管理：包括實時告警接口數(shù)據(jù)與動態(tài)刷新機制，歷史告警接口和信息查詢分類數(shù)據(jù)組織等。

（3）智能值班：包括值班缺陷分級統(tǒng)計，系統(tǒng)巡視記錄、工作票許可、需交接的工作臺賬等。

（4）平臺監(jiān)視：包括監(jiān)控總覽、磁盤占用TOPS、CPU占用TOPS、網(wǎng)卡狀態(tài)實時監(jiān)視等進行儀表盤、柱狀圖、曲線等可視化實現(xiàn)。

（5）運行監(jiān)視：對實時信息的告警域進行分析判斷，依據(jù)判斷信息進行操作數(shù)據(jù)的分類展示。

（6）統(tǒng)計分析：統(tǒng)計告警信息，提供查詢分析。

（7）系統(tǒng)監(jiān)控：設(shè)計實現(xiàn)在線用戶監(jiān)控、服務(wù)監(jiān)控、緩存監(jiān)控等后端邏輯。

2.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計圖

圖1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計圖

2.4 性能需求

（1）穩(wěn)定性：設(shè)計綜合測試場景對系統(tǒng)高峰期使用人數(shù)、各事務(wù)操作頻率進行測試，模擬在線訪問量和并發(fā)量的高峰期，系統(tǒng)各性能指標(biāo)在這種壓力下是否能保持正常數(shù)值。系統(tǒng)是否會在運行期間內(nèi)發(fā)生如宕機、應(yīng)用調(diào)線等異常情況。

（2）抗壓性：模擬服務(wù)器系統(tǒng)高峰期使用人數(shù)，驗證各事務(wù)在并發(fā)數(shù)（通過高峰期人數(shù)換算）下事務(wù)響應(yīng)時間能否達到客戶要求。

（3）容錯性：通過模擬一些非正常情況（如：服務(wù)器突然斷電、網(wǎng)絡(luò)時斷時續(xù)、服務(wù)器硬盤空間不足等）驗證系統(tǒng)在發(fā)生這些情況時，是否能夠有自動處理機制以保障系統(tǒng)的正常運行或恢復(fù)運行措施，驗證其能否有效觸發(fā)保護措施。

（4）安全性：前端和后端管理兩個系統(tǒng)都需要登錄權(quán)限，只有通過用戶名和密碼驗證登錄系統(tǒng)后才能進行操作，根據(jù)角色、部門和崗位等不同，權(quán)限也不同。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計目標(biāo)是利用SSM集成架構(gòu)和數(shù)據(jù)緩存Redis搭建一套電網(wǎng)調(diào)度故障追憶系統(tǒng)，對此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分層設(shè)計，整個系統(tǒng)基于B/S模式進行開發(fā)，而電網(wǎng)調(diào)度故障追憶系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過共享智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)，需要進行共享鏡像存儲、提取轉(zhuǎn)換、高速緩存和數(shù)據(jù)持久化等步驟。因此整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程是先利用智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)采集的一區(qū)數(shù)據(jù)同步到三區(qū)后解析再存入Redis，然后按照前端實時請求進行實時數(shù)據(jù)請求響應(yīng)，同時將歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)同步存儲到鏡像達夢數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)的故障預(yù)測、數(shù)據(jù)分析等大量數(shù)據(jù)運用處理過程事務(wù)提供數(shù)據(jù)源。所以根據(jù)數(shù)據(jù)流向和功能進行劃分，本文將整個系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為應(yīng)用層、表示層、數(shù)據(jù)層[3]。

如圖2所示，數(shù)據(jù)層采用智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)三區(qū)鏡像庫數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉edis服務(wù)器上進行解析和存儲，提供更加結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)源；應(yīng)用層則是利用數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)進行模塊化的功能處理，諸如應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測顯示、設(shè)備關(guān)系、故障分析預(yù)測等，使用SSM框架進行設(shè)計解耦，獨立封裝各模塊功能，對客戶端的數(shù)據(jù)請求給予異步實時響應(yīng)[4-5]；而表示層通過瀏覽器頁面對故障追憶系統(tǒng)數(shù)據(jù)的諸多處理運用結(jié)果進行可視化的顯示和展現(xiàn)。B/S架構(gòu)是基于瀏覽器/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，在當(dāng)前與未來全球IT技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，B/S架構(gòu)是主要的解決方案[6-7]，采用B/S架構(gòu)對于項目實施的可行性有以下幫助：

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計圖

（1）具有分布性特點，可以隨時隨地進行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。

（2）系統(tǒng)的相對集中性使得系統(tǒng)的維護和擴展變得更加容易。

（3）界面統(tǒng)一（全部為瀏覽器方式），操作相對簡單；維護簡單方便，只需要改變網(wǎng)頁，即可實現(xiàn)所有用戶的同步更新。

（4）業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)捕獲的程序容易分發(fā)。

3.2 平臺層邏輯架構(gòu)設(shè)計

平臺層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)接入及告警管理等功能，打通EMS、OMS、TMR、網(wǎng)安系統(tǒng)、缺陷管理系統(tǒng)、智能告警平臺等多套系統(tǒng)壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成及統(tǒng)一管理。

專家知識庫主要是根據(jù)自動化運維專業(yè)知識和大量的歷史經(jīng)驗，匯集生成AI智能知識庫，通過應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)，根據(jù)運維人員提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬運維專家的決策過程，協(xié)助解決需要運維專家處理的復(fù)雜問題。

3.3 應(yīng)用層邏輯架構(gòu)設(shè)計（人機交互）

電網(wǎng)調(diào)度故障追憶系統(tǒng)基于智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，系統(tǒng)采用基于Web的B/S的架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)，部署于管理信息大區(qū)的安全三區(qū)，充分利用自動化管轄的各類系統(tǒng)現(xiàn)有資源，通過融合各系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)深度挖掘分析和功能開發(fā)，實現(xiàn)多系統(tǒng)智能監(jiān)視、智能統(tǒng)計分析、故障自動辨識與處理、智能交接班、智能專家?guī)鞓?gòu)建等功能，大力降低自動化班組運維負(fù)擔(dān)，全面提升自動化專業(yè)的運維管控能力和自動化系統(tǒng)安全運行水平，人機交互的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程圖

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計圖

資源監(jiān)視和運行監(jiān)視主要根據(jù)自動化運維管理指標(biāo)要求對各系統(tǒng)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器資源狀態(tài)（磁盤空間、內(nèi)存、CPU等狀態(tài)）、通道狀態(tài)、重要進程、安全態(tài)勢等進行周期性巡檢，自動化形成巡檢報告、值班日志、故障異常清單和預(yù)警提示，為統(tǒng)計分析及故障智能辨識等功能提供計算依據(jù)。

統(tǒng)計分析模塊主要是實現(xiàn)頻發(fā)告警統(tǒng)計、總加追憶分析和通道中斷分析，實現(xiàn)對告警頻發(fā)、跳變數(shù)據(jù)、通道異常的智能統(tǒng)計分析，協(xié)助發(fā)現(xiàn)并解決系統(tǒng)異常問題，助力大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

故障追憶模塊主要根據(jù)歷史故障及人工經(jīng)驗，對告警進行相關(guān)性分析并識別告警之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成各類故障的統(tǒng)計分析樣本，自動分析研判故障點，當(dāng)故障發(fā)生時按照故障標(biāo)準(zhǔn)化研判流程實現(xiàn)故障的自動研判。

4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計

計算機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與通信設(shè)備之間的幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)實體結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡(luò)中各實體間的結(jié)構(gòu)和層次關(guān)系。

系統(tǒng)硬件根據(jù)功能要求配置，以滿足系統(tǒng)容量和技術(shù)性能指標(biāo)的要求。同類服務(wù)資源可以互相支援和互備，所有會影響應(yīng)用功能的關(guān)鍵性設(shè)備均采取冗余配置。系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全防護設(shè)備和其他輔助計算機設(shè)備，系統(tǒng)組網(wǎng)方案如下：網(wǎng)絡(luò)橫向上分為安全I區(qū)、II區(qū)及安全III區(qū)，縱向上分為調(diào)度主站—變電站兩級，橫向及縱向邊界上均部署真實的縱向加密、正反向隔離、防火墻等安全防護設(shè)備，與電廠的第三方邊界上部署無線安全接入?yún)^(qū)。本系統(tǒng)設(shè)計的服務(wù)器等設(shè)備放在安全III區(qū)，分別是數(shù)據(jù)匯集分析服務(wù)器、故障追憶分析服務(wù)器、Web數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器、監(jiān)控工作站、大屏展示等，通過nginx服務(wù)器來實現(xiàn)HTTP和反向代理以及負(fù)載均衡，當(dāng)出現(xiàn)高并發(fā)訪問時，可以增加服務(wù)器同時利用Redis緩存技術(shù)來減輕達夢數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器的壓力[8]。

5 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計

關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用國產(chǎn)達夢數(shù)據(jù)庫V7.0，關(guān)系數(shù)據(jù)庫實體表主要有用戶表、角色表、系統(tǒng)菜單表、部門表、崗位表、操作日志表、通知公告表、登錄信息表、系統(tǒng)日志表、字典表、系統(tǒng)配置表、確認(rèn)告知表等43張表。以下列出用戶表的表信息結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫表一覽，詳見表1和圖5。

表1 用戶表(SYS_USER)

圖5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計表一覽

6 數(shù)據(jù)展示與實驗驗證

6.1 遙信告警統(tǒng)計分析

基于智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)遙信告警進行數(shù)據(jù)挖掘分析，可根據(jù)選擇的變電站、告警時間，統(tǒng)計選擇時間范圍內(nèi)的遙信告警次數(shù)，解決了智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)只能查詢告警、無法進行告警分類統(tǒng)計分析的問題，助力值班人員發(fā)現(xiàn)異常頻繁告警，及時開展設(shè)備檢修服務(wù)，預(yù)防設(shè)備故障。該模塊直接從鏡像數(shù)據(jù)庫中讀取告警數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，詳見圖6。

圖6 遙信告警統(tǒng)計分析

6.2 地區(qū)功率總加數(shù)據(jù)跳變追憶分析

系統(tǒng)實時監(jiān)視總加數(shù)據(jù)跳變，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)跳變時保存跳變前后各計算公式分量的變化數(shù)值，解決了智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)無法分析定位總加數(shù)據(jù)跳變分量的問題，可以助力監(jiān)控人員分析定位總加數(shù)據(jù)跳變的原因[9]。該模塊直接從鏡像數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，對跳變分量和跳變百分比進行分析，根據(jù)跳變分量的時間可以查看報文進行確認(rèn)，從而為找到跳變現(xiàn)象的具體原因提供便捷高效的服務(wù)。對此我們進行了實驗?zāi)M，用計算點表test1這個點模擬了一個數(shù)值，從而觸發(fā)了數(shù)據(jù)跳變，分析結(jié)果詳見圖7。

圖7 地區(qū)功率總加數(shù)據(jù)跳變追憶分析

7 結(jié)語

本文研究設(shè)計了一套電網(wǎng)調(diào)度故障追憶系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用IDE開發(fā)工具Eclipse+Tomcat+DM關(guān)系數(shù)據(jù)庫，采用Java集成框架spring+springmvc+mybatis，實現(xiàn)了主要包含系統(tǒng)管理、告警管理、智能值班、資源監(jiān)視、運行監(jiān)視、統(tǒng)計分析、故障追憶預(yù)判等功能，建設(shè)完成的電網(wǎng)調(diào)度故障追憶系統(tǒng)對提高故障定位精度和故障判別準(zhǔn)確性有著重要作用，為新型電力系統(tǒng)故障追憶和分析預(yù)判提供簡潔高效的服務(wù)。