徐士偉，呂 宏，普嚴(yán)冉

(昆明理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

基于SOA架構(gòu)的變電站駕駛艙全景信息整合研究

徐士偉，呂 宏，普嚴(yán)冉

(昆明理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

簡要介紹了目前變電站存在的問題，闡述了變電站駕駛艙的內(nèi)涵，構(gòu)建了基于SOA架構(gòu)的變電站駕駛艙全景信息整合平臺。通過對平臺架構(gòu)的進一步研究，為智能變電站提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源支持，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息與其他變電站信息系統(tǒng)的有效整合。

變電站駕駛艙；全景信息整合；SOA；物聯(lián)網(wǎng)

世界能源發(fā)展格局正在發(fā)生著深刻的變化，以電力為中心的新一輪能源工業(yè)革命的序幕已經(jīng)拉開[1]?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)應(yīng)用了大量計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)，變電站作為構(gòu)成電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也涌現(xiàn)出了大量的新理念、新技術(shù)以及新的應(yīng)用，諸如變電站自動化技術(shù)[2]、通信技術(shù)[3-4]、設(shè)備信息管理技術(shù)[5-6]、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術(shù)[7-8]等等。這些新技術(shù)的應(yīng)用雖然對智能變電站的發(fā)展是一種極大的推進，然而與其相伴而來的是，電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備數(shù)量及種類大幅度增加。進入21世紀(jì)后，美國電力科學(xué)研究院(EPRI)、美國能源部(DOE)以及歐盟委員會(EC)等紛紛提出各自對未來智能電網(wǎng)的設(shè)想和框架。

作為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點，智能變電站的功能之一就是為電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)信息支撐，因而研究服務(wù)于公司高層管理決策領(lǐng)導(dǎo)和電網(wǎng)運行關(guān)鍵崗位的變電站駕駛艙則具有非常重要的研究意義和戰(zhàn)略地位。

當(dāng)前，基于多源信息的智能變電站的研究仍在不斷深入并取得初步成果，但是在需要結(jié)合智能變電站信息共享技術(shù)的前提下，距離實際的工程應(yīng)用要求的技術(shù)方案還有很長的路要走。因此，如何提出一種面向變電站的全景信息整合方法，做到物聯(lián)網(wǎng)信息與其他電網(wǎng)信息系統(tǒng)以及公共安全信息系統(tǒng)間的有效集成，對于實現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下的輸變電設(shè)備智能監(jiān)測與全壽命周期管理系統(tǒng)具有重要的基礎(chǔ)性作用。

作為智能變電站的重要組成部分，變電站駕駛艙的重要性日益突出，變電站駕駛艙全景信息整合平臺的研究將有效地減少上述的問題，為智能變電站提供數(shù)據(jù)源的支持，一個統(tǒng)一的信息整合平臺是支撐變電站智能分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

1 變電站駕駛艙系統(tǒng)

變電站駕駛艙系統(tǒng)是電力公司統(tǒng)一生產(chǎn)指揮技術(shù)支持系統(tǒng)家族的重要一員，利用類似于駕駛艙的集中采集、智能分析、智能控制、智能展示等技術(shù)實現(xiàn)變電站內(nèi)運行監(jiān)控、設(shè)備運維管理、環(huán)境管理和仿真培訓(xùn)功能，為變電站人員、管理人員、檢修人員提供“一站式”決策支持服務(wù)[9]。

變電站駕駛艙作為智能變電站的重要組成部分，它的安全運行需要諸多智能設(shè)備的支撐，圖1為變電站駕駛艙的架構(gòu)圖。

2 基于SOA架構(gòu)的變電站駕駛艙全景信息整合平臺技術(shù)架構(gòu)

SOA(Service-Oriented Architecture, 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu))是由Gartner在1996年提出來的。IBM認(rèn)為：在應(yīng)用前景方面SOA比Web Services更加廣泛，SOA是一種構(gòu)建能夠交付終端-用戶服務(wù)或構(gòu)建其他服務(wù)的功能組件[10]。SOA是一個開放式的、敏捷式的、可擴展式的、可聯(lián)邦式的、可組合式的技術(shù)架構(gòu)，既保留了一些傳統(tǒng)架構(gòu)的成功特性，又在此基礎(chǔ)上進行了進化，從而按一種截然不同的原則為企業(yè)提供技術(shù)支持。

全景信息整合平臺采用規(guī)范化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及信息的變電站數(shù)據(jù)源，以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的方式實現(xiàn)站內(nèi)信息交互和共享，為電力系統(tǒng)的保護和控制、運行及維護管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，提供能夠反映變電站電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)以及變電站設(shè)備運行狀態(tài)、圖像等數(shù)據(jù)集合的平臺。全景信息整合平臺將全站信息和子系統(tǒng)融合，是變電站系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，全景信息數(shù)據(jù)平臺的主要任務(wù)是提供站內(nèi)功能所需數(shù)據(jù)、信息服務(wù)，建立變電站全景信息。

基于SOA全新的強大功能，全景信息整合平臺與SOA的結(jié)合成為了必然，從而進一步突顯了電力企業(yè)的競爭優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點：(1)可利用現(xiàn)有的資產(chǎn)；(2)更快的響應(yīng)速度；(3)更易于集成和管理；(4)與技術(shù)的松散耦合；(5)降低企業(yè)的風(fēng)險。

基于SOA架構(gòu)的變電站駕駛艙全景信息整合平臺的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示,按照數(shù)據(jù)的流向可分為3個主要的層次：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)接入整合層和應(yīng)用服務(wù)層。

3 全景信息整合平臺數(shù)據(jù)接口設(shè)計

數(shù)據(jù)接口設(shè)計的目的，是將目前存儲于不同應(yīng)用系統(tǒng)的、不同格式的、與變電運行在線監(jiān)測相關(guān)的數(shù)據(jù)抽取出來，經(jīng)過必要的處理，轉(zhuǎn)化為滿足物聯(lián)網(wǎng)全景信息模型要求的數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中，為平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)構(gòu)建提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。全景信息整合平臺數(shù)據(jù)接口設(shè)計模型如圖3所示。

全景信息模型的接口設(shè)計主要完成將現(xiàn)有的分散在各個系統(tǒng)中的異構(gòu)數(shù)據(jù)按照全景信息模型接口，將其轉(zhuǎn)化為符合物聯(lián)網(wǎng)全景信息模型的形式存入到數(shù)據(jù)庫中，或者直接提供給平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)使用。平臺內(nèi)數(shù)據(jù)流可以分為4個大的部分，按數(shù)據(jù)流向依次為源數(shù)據(jù)系統(tǒng)、適配器、數(shù)據(jù)庫、上層應(yīng)用，數(shù)據(jù)通過各個組件模塊時，被這些組件模塊的各個功能模塊處理，最終發(fā)布為服務(wù)供上層應(yīng)用調(diào)用。

a.數(shù)據(jù)獲取。

數(shù)據(jù)獲取工作主要是根據(jù)各自不同的數(shù)據(jù)來源制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取策略，通過總結(jié)現(xiàn)有電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)獲取方式，可以將數(shù)據(jù)源類型劃分為數(shù)據(jù)庫、文件、規(guī)約數(shù)據(jù)流3種方式，不同的方式其獲取方法是不同的，應(yīng)該區(qū)別對待。3種不同的數(shù)據(jù)獲取模式如圖4所示。

b.數(shù)據(jù)解析。

數(shù)據(jù)解析的功能是對獲取到的源數(shù)據(jù)進行語法解析，轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的變量或者對象數(shù)據(jù)。根據(jù)源數(shù)據(jù)格式的不同，可以將其分為3種：CIM/RDF格式、普通的XML格式、特定格式的文本文件等。3種不同的數(shù)據(jù)解析模式如圖5所示。

c.格式轉(zhuǎn)換。

格式轉(zhuǎn)換是將解析源數(shù)據(jù)在內(nèi)存中構(gòu)建的對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的CIM模型的過程。格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的解析一般構(gòu)建在一個程序模塊中，直接將內(nèi)存中的對象按照CIM模型進行定義，在解析模型時，直接采用解析后的數(shù)據(jù)即可。對于Java語言構(gòu)建的格式轉(zhuǎn)換來說，一般采用JavaBean來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式如圖6所示。

d.對象-關(guān)系映射。

對象-關(guān)系映射(ORM)系統(tǒng)一般以中間件的形式存在，主要實現(xiàn)程序?qū)ο蟮疥P(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的映射。ORM的使用會減少數(shù)據(jù)訪問層的代碼。目前常用的第三方ORM框架有Hibernate和iBatis等。

4 SOA基礎(chǔ)環(huán)境的構(gòu)建

面向服務(wù)(SOA)架構(gòu)是全景信息整合平臺實現(xiàn)技術(shù)，主要任務(wù)包含搭建企業(yè)服務(wù)總線基礎(chǔ)設(shè)施，對變電運行設(shè)備全景信息整合平臺各個服務(wù)進行抽象并建立相應(yīng)的業(yè)務(wù)流程管理措施，實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的流程貫通；建立各種高級數(shù)據(jù)服務(wù)，明確異構(gòu)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換方法和透明訪問機制，構(gòu)建具有“即插即用”標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口；采用穿越隔離裝置的文件與數(shù)據(jù)傳輸方法，實現(xiàn)不同層級、不同分區(qū)內(nèi)的文件與數(shù)據(jù)傳輸。

變電站構(gòu)建一個典型的SOA應(yīng)用程序需進行如下幾個步驟：(1)分析業(yè)務(wù)，按合適的力度進行服務(wù)抽象；(2)構(gòu)建服務(wù)；(3)激活服務(wù)通信，即通過服務(wù)總線保證服務(wù)與服務(wù)之間的可靠通信；(4)服務(wù)編制，即通過業(yè)務(wù)流程的高層表現(xiàn)形式——業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言(BPEL)為實現(xiàn)靈活的業(yè)務(wù)流程奠定基礎(chǔ)；(5)確保服務(wù)安全；(6)優(yōu)化服務(wù)。從上述步驟可以看出，SOA的實施應(yīng)從人員、流程、信息、服務(wù)重用性和服務(wù)連通性等幾個方面入手。確定好切入點，構(gòu)建服務(wù)即成為SOA環(huán)境的首要工作。

由于全景信息整合平臺的應(yīng)用服務(wù)層內(nèi)各個服務(wù)完成的具體任務(wù)不同，可以進行進一步層級細(xì)分，主要可以分為以下幾類服務(wù)：平臺總線核心服務(wù)類、系統(tǒng)服務(wù)類、業(yè)務(wù)流程管理服務(wù)類、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)類、高級數(shù)據(jù)服務(wù)類以及展現(xiàn)服務(wù)類，如圖7所示。這些服務(wù)類以全景信息整合平臺接入的各種信息資源為基礎(chǔ)，以平臺總線為依托，實現(xiàn)全景信息整合平臺不同層級和粒度的業(yè)務(wù)功能。

平臺總線設(shè)計(企業(yè)服務(wù)總線ESB的實際應(yīng)用)是構(gòu)建基于SOA的變電運行設(shè)備全景信息整合平臺時所使用基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵部分，支持異構(gòu)環(huán)境中的通訊、連接、交互、監(jiān)控、消息服務(wù)，并且具有適當(dāng)?shù)姆?wù)級別和管理性。作為SOA基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵部分，全景信息整合平臺總線應(yīng)提供一種開放的、基于標(biāo)準(zhǔn)的消息機制，通過標(biāo)準(zhǔn)的適配器和接口來完成服務(wù)之間的互操作?；赟OA的全景信息整合平臺總線結(jié)構(gòu)如圖8所示。

下面以某變電站全壽命周期管理系統(tǒng)中檢修計劃輔助決策功能為例，介紹業(yè)務(wù)流程管理的實現(xiàn)。圖9為一般檢修工作的流程圖。

經(jīng)過業(yè)務(wù)分析人員或業(yè)務(wù)咨詢顧問的協(xié)作，對檢修決策業(yè)務(wù)的功能進行分解，基于全景信息整合平臺的業(yè)務(wù)流程如圖10所示。

根據(jù)檢修計劃輔助決策功能的需求，可以畫出用例圖，如圖11所示，以明確系統(tǒng)間的關(guān)系。

根據(jù)各項服務(wù)之間的數(shù)據(jù)交換，可以畫出服務(wù)之間的順序圖，如圖12所示，根據(jù)順序圖可以提取出服務(wù)間所進行的信息交換的流程順序，這便于提供定義類型、操作和消息格式的信息。

5 結(jié)束語

本文構(gòu)建了一種基于SOA架構(gòu)的變電站駕駛艙全景信息整合平臺，解決了目前變電站中存在的“信息孤島”問題，為變電站的智能化運行提供了一種新的方案。作為一個新興的軟件體系架構(gòu)，SOA越來越受到人們的重視，但是其技術(shù)也處于不斷的發(fā)展和更新當(dāng)中，因此存在一些沒有涉及和未解決的問題，還需要今后進一步的研究。

[1] 張金江.基于多智能體技術(shù)的變電站設(shè)備信息集成研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2009.

[2] 崔江峰.變電站自動化監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2004.

[3] 沈國榮，黃健.2000年國際大電網(wǎng)會議系列報道——通信技術(shù)是變電站自動化的關(guān)鍵[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，25(10)：1-5.

[4] 孫軍平，盛萬興，王孫安，等.新一代變電站自動化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究[J].中國電機工程學(xué)報，2003，23(3)：16-19，145.

[5] 張富剛，李建，喬輝麗，等.三維實景技術(shù)在變電站可視化信息管理中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2011，30(3)：257-259.

[6] 曹楠, 李剛，王冬青，等.智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39(5)：63-68.

[7] 王紅星，黃曙，馬凱，等.智能變電站間隔層設(shè)備在線式自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].廣東電力，2013，26(10)：69-74,91.

[8] 陳海波，周建國，李紅雷，等.基于設(shè)備狀態(tài)信息化的數(shù)字化變電站初探[J].華東電力，2008，36(11)：5-7.

[9] 李云霞，趙行，魯帆，等. 變電站駕駛艙技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 電氣應(yīng)用，2014(5)：91-95.

[10] Mark Endrei, Jenny Ang. Patterns: Service-oriented Architecture and Web Services[DB/OL].[2014-11-21].http:www.ibm.com/redbooks,2004.

Research on panoramic information integration of substation cockpit based on SOA

XU Shiwei, LV Hong, Pu Yanran

(Kunming University of Science and Technology, Yunnan Kunming, 650500, China)

It briefly describes the current problems of the substation, explains the connotation of substation cockpit, and constructs a panoramic information integration platform based on SOA. By further research on the platform, it provides a unified data source for intelligent substation, effectively integrates information of things with other substation information system.

substation cockpit; panoramic information integration; SOA; the internet of things

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.03.011

2015-01-08

徐士偉(1989—)，男，山東濰坊人，昆明理工大學(xué)碩士研究生，主要研究方向為企業(yè)集成及信息化。

TP315

A

2095-509X(2015)03-0051-06