林 璐

(國網(wǎng)河北省電力有限公司滄州供電分公司,河北 滄州 061000)

0 引言

能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合應(yīng)用于能源工業(yè)的產(chǎn)物,可在傳統(tǒng)能源工業(yè)中結(jié)合運用多種先進(jìn)技術(shù),以化解能源開采粗放化、能源利用過度化所造成的危機(jī)。能源互聯(lián)網(wǎng)由存儲、傳送、熱力供應(yīng)等多個系統(tǒng)構(gòu)建而成,運行時具有信息生成量巨大、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的特征,存在較高的風(fēng)險隱患。而從技術(shù)性、社會性、經(jīng)濟(jì)性各個層面分析,打造能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)用于維持能源互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有較高的可行性。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的功能需求

能源互聯(lián)網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)要滿足5個方面的功能需求:一是數(shù)據(jù)采集管理需求,其中包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)預(yù)處理以及數(shù)據(jù)操作[1]。二是風(fēng)險視角的預(yù)警需求,由宏觀、微觀2方面的風(fēng)險預(yù)警需求構(gòu)成,應(yīng)具備包括模型設(shè)計、模型演算、結(jié)果呈現(xiàn)、風(fēng)險預(yù)警、風(fēng)險預(yù)警指標(biāo)管理等多個功能。三是用戶權(quán)限設(shè)置與管理需求,不同層級的系統(tǒng)管理員擁有不同級別賬戶及角色設(shè)置權(quán)限。四是歷史數(shù)據(jù)管理需求,主要是移動、存儲與查詢歷史數(shù)據(jù)及以往模型結(jié)果。五是系統(tǒng)設(shè)置需求,用于修改個人信息、申請角色權(quán)限、調(diào)整系統(tǒng)界面布局。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險預(yù)警流程

2.1 基于宏觀視角的風(fēng)險預(yù)警流程

通過分析能源互聯(lián)網(wǎng)中央系統(tǒng)及局域系統(tǒng)各自的風(fēng)險演化情況發(fā)現(xiàn),能源互聯(lián)網(wǎng)的部分子系統(tǒng)具備較高的風(fēng)險隱患。在模型構(gòu)建后、根據(jù)計算分析結(jié)果,設(shè)計人員可構(gòu)建基于宏觀視角的能源互聯(lián)網(wǎng)宏觀風(fēng)險預(yù)警流程,如圖1所示。首先,設(shè)計人員應(yīng)分析能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)并采集能量、信息2個系統(tǒng)數(shù)據(jù),再對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。而后應(yīng)簡化能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),構(gòu)建對應(yīng)模型,分析風(fēng)險傳播方向、路徑,再設(shè)定具體權(quán)重值及綜合風(fēng)險傳遞權(quán)重、明確風(fēng)險一致度系數(shù),并展開風(fēng)險計算。其次,設(shè)計人員需要確定風(fēng)險保留比例、推演風(fēng)險傳遞過程、計算風(fēng)險數(shù)據(jù)。最后,要明確風(fēng)險閾值,根據(jù)閾值發(fā)出告警與提示,并實時修正相關(guān)參數(shù)。

圖1 基于宏觀視角的風(fēng)險預(yù)警流程

2.2 基于微觀視角的風(fēng)險預(yù)警流程

結(jié)合風(fēng)險預(yù)警模型的構(gòu)建理論,總結(jié)出能源互聯(lián)網(wǎng)面臨電力側(cè)、信息側(cè)以及其他風(fēng)險,由此可構(gòu)建出常規(guī)微觀風(fēng)險預(yù)警流程,如圖2所示。(1)此流程構(gòu)建時,設(shè)計人員需先收集能量、信息2個系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù),并了解電力市場變化、氣象等外部信息,然后對所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。(2)構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險指標(biāo)體系,歸一化處理各個指標(biāo)數(shù)據(jù)樣本。(3)系統(tǒng)設(shè)計人員還要根據(jù)互信息理論,分析樣本數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)風(fēng)險,提取關(guān)鍵性風(fēng)險因素,更新與完善關(guān)鍵風(fēng)險指標(biāo)庫。(4)分析各關(guān)鍵因素的內(nèi)在關(guān)聯(lián),打造關(guān)鍵風(fēng)險傳輸鏈條,設(shè)定各個鏈路的風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重并預(yù)測各鏈路風(fēng)險發(fā)展趨向。(5)設(shè)計人員應(yīng)設(shè)置對應(yīng)情境,確保能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)能夠以風(fēng)險鏈為支持完成風(fēng)險預(yù)警提示任務(wù)[2]。

圖2 基于微觀視角的風(fēng)險預(yù)警流程

3 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計分析

3.1 框架設(shè)計

本文設(shè)計的能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)總體框架,如圖3所示,采用的是B/S框架架構(gòu),以.Net Frame work平臺作為系統(tǒng)開發(fā)軟件,并利用Oracle數(shù)據(jù)庫,以系統(tǒng)開發(fā)的層次要求、系統(tǒng)功能需求作為設(shè)計依據(jù)。此架構(gòu)共分為6個層次:一是感知層,由電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)量測設(shè)備、傳感裝置構(gòu)成,主要作用是為風(fēng)險預(yù)警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。二是數(shù)據(jù)存儲層,此層涵蓋本地及異地數(shù)據(jù)庫、云端數(shù)據(jù)庫等多個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,主要作用是存儲原始數(shù)據(jù)以及風(fēng)險分析數(shù)據(jù)。三是數(shù)據(jù)訪問層,其作用是將連接指令或關(guān)閉指令傳送給數(shù)據(jù)庫,為預(yù)警分析業(yè)務(wù)開展提供數(shù)據(jù)支持。四是業(yè)務(wù)邏輯層,此結(jié)構(gòu)層涵蓋風(fēng)險預(yù)警模型相關(guān)算法,且此層中會有原始數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn),是風(fēng)險預(yù)警結(jié)果的生成層。五是表示層,此層的作用是面向用戶展示風(fēng)險預(yù)警信息,具備與用戶交互的功能,可將經(jīng)過其他層處理后得到的預(yù)警結(jié)果展示在系統(tǒng)終端的顯示器中。六是Model層,此層是唯一一個貫穿其他層的引用層,貫穿層次從上到下依次為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層,其作用是封裝分散數(shù)據(jù)變量,并簡化上述3層間的數(shù)據(jù)傳送流程。

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的總體框架

3.2 功能設(shè)計

風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的功能模塊應(yīng)根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的功能需求而確定,需要把握降低模塊間功能相關(guān)性、提高模塊內(nèi)功能相關(guān)性的模塊設(shè)計原則。結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險預(yù)警功能需求,設(shè)計人員可將系統(tǒng)功能劃分為數(shù)據(jù)管理模塊、宏觀預(yù)警模塊、微觀預(yù)警模塊、歷史管理模塊以及系統(tǒng)設(shè)置模塊。數(shù)據(jù)管理模塊下設(shè)數(shù)據(jù)采集、存儲、預(yù)處理、編輯、備份及恢復(fù)5個二級功能目錄;宏觀預(yù)警模塊則包含方案建立、初值生成、專家值導(dǎo)入、方案演算、風(fēng)險預(yù)警5個二級功能;微觀預(yù)警與宏觀預(yù)警的差別是將專家值導(dǎo)入換成了指標(biāo)管理,其他二級功能不變;歷史數(shù)據(jù)管理功能下設(shè)置歷史數(shù)據(jù)采集、歷史宏觀方案以及歷史微觀方案3個二級功能;而系統(tǒng)設(shè)置模塊的二級功能為賬戶管理、角色管理、權(quán)限管理、人員管理以及界面設(shè)定5部分。

3.3 人機(jī)交互設(shè)計

考慮到人機(jī)交互設(shè)計要兼顧管理利用系統(tǒng)人員的指令接收情況以及系統(tǒng)后臺的信息反饋情況,設(shè)計人員需要將人機(jī)交互設(shè)計為以下2個層次:輸入設(shè)計與輸出設(shè)計[3]。輸入設(shè)計時要設(shè)計人員應(yīng)將輸入類型的全面性納入考量,涵蓋以系統(tǒng)信息錄入為主的點擊式輸入方式,為數(shù)據(jù)預(yù)處理、角色及系統(tǒng)界面設(shè)定等操作提供支持;還要設(shè)置用于字符等信息錄入的文本式輸入方式,以便快捷完成參數(shù)設(shè)定、方案基礎(chǔ)信息錄入等操作,在輸入后點擊確認(rèn)按鈕便可完成指令輸入過程;并應(yīng)設(shè)計好文件式輸入方式,主要用于專家意見以及原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入環(huán)節(jié)。輸出設(shè)計時,設(shè)計人員應(yīng)設(shè)置聲音輸出、文件導(dǎo)出、圖文信息顯示3種不同的輸出類型。其中,圖文信息顯示屬于最基礎(chǔ)的輸出方式,能夠直接將風(fēng)險分析后得到的預(yù)警結(jié)果展示在顯示屏上;而聲音輸出是指在發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險對象時發(fā)出告警音樂;文件輸出則是導(dǎo)出包含預(yù)警模型分析圖表及信息的文件。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)秉持降低數(shù)據(jù)存儲空間、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的設(shè)計原則,主要措施是降低冗余數(shù)據(jù),縮短數(shù)據(jù)讀寫所需時間。而數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重點在于規(guī)范數(shù)據(jù)表及字段名稱命名規(guī)則,并幫助其功能更加完善。數(shù)據(jù)管理模塊中,需要設(shè)計2類數(shù)據(jù)表,分別是數(shù)據(jù)類型表、數(shù)據(jù)信息表,如表1所示范例,前者要能夠體現(xiàn)出原始數(shù)據(jù)的基本類型,后者則要具備數(shù)值記錄、附帶信息登記功能。數(shù)據(jù)表設(shè)計時,設(shè)計人員要注意相同類型數(shù)據(jù)的單位統(tǒng)一。而預(yù)警模塊需要對各個子功能分別進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)表設(shè)計。其中,宏觀預(yù)警及微觀預(yù)警時可通用的數(shù)據(jù)表為預(yù)警方案表,表格的表頭設(shè)計完全相同,但二者的字段存儲值存在差異,分別用1與0表示[4]。專家意見表的各個記錄應(yīng)與首尾結(jié)構(gòu)節(jié)點的有向路徑一一對應(yīng),而微觀預(yù)警情況下需要單獨設(shè)計一個風(fēng)險指標(biāo)表,此表的作用是記錄電力側(cè)風(fēng)險、信息側(cè)風(fēng)險以及其他風(fēng)險的指標(biāo)信息。除此之外,設(shè)計人員還需要在歷史管理及系統(tǒng)設(shè)置模塊下設(shè)計對應(yīng)數(shù)據(jù)表,如歷史數(shù)據(jù)表、歷史方案表以及用戶信息表、角色信息表等,范例如表2所示。

表1 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息范例

表2 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的角色信息范例

3.5 系統(tǒng)安全設(shè)計

能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計時,設(shè)計人員需要高度重視系統(tǒng)安全設(shè)計環(huán)節(jié),應(yīng)采取有效措施防御數(shù)據(jù)信息泄露的風(fēng)險及系統(tǒng)漏洞被攻擊風(fēng)險。由于此系統(tǒng)運行過程中,系統(tǒng)利用者在登錄賬戶、錄入數(shù)據(jù)信息時,需要調(diào)用文本框組件,此時需要重點預(yù)防結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)注入風(fēng)險,應(yīng)直接將SQL語句輸入文本框,以便快捷完成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫[5]。為保障用戶登錄及數(shù)據(jù)傳送過程的安全性,系統(tǒng)設(shè)計人員還需要引入MD5加密技術(shù),以提升能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)成效。

4 結(jié)語

為實現(xiàn)電力與信息深度融合的目標(biāo),文章提出了一種用于風(fēng)險預(yù)警的系統(tǒng),此系統(tǒng)的設(shè)計要圍繞風(fēng)險預(yù)警的功能需求而展開。文章以B/S架構(gòu)為框架,.Net Framework平臺為開發(fā)軟件,Qracle為數(shù)據(jù)庫,設(shè)計了涵蓋6個層次的能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng),并依次完成了系統(tǒng)功能、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)安全設(shè)計,旨在打造運行穩(wěn)定、響應(yīng)迅捷的風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng),從而保障電力企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)的安全運行。