吳國巧 宋慧娟 張子沛

上海欣能信息科技發(fā)展有限公司

基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)架構(gòu)研究

吳國巧 宋慧娟 張子沛

上海欣能信息科技發(fā)展有限公司

探討了大數(shù)據(jù)技術(shù)在電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)的應(yīng)用。首先對目前智能運檢的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的智能運檢管控系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)想，并進(jìn)行初步的設(shè)計分析。隨后針對具體微應(yīng)用，對應(yīng)用構(gòu)架進(jìn)行了詳盡的分析與設(shè)計。介紹了多系統(tǒng)融合構(gòu)架，并且對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成做了詳細(xì)分析。最后對基于大數(shù)據(jù)的智能運檢管控系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

大數(shù)據(jù)；運檢管控；系統(tǒng)

隨著時代變遷，“互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”等新興詞匯融入到生活、工作等各方面。電力行業(yè)也順勢而行，在《智能運檢白皮書》的指導(dǎo)下，結(jié)合運檢管控中心建設(shè)背景，通過智能運檢的探索與實踐，將逐步推進(jìn)運檢管理模式的變革，有效提高運檢效率效益，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)管控力與運檢管理穿透力的全面提升。

由于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)涉及業(yè)務(wù)眾多，專業(yè)程度強，長期以來各業(yè)務(wù)部門建設(shè)了諸多信息系統(tǒng)，為工作提供數(shù)據(jù)支撐。但各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相對孤立，服務(wù)對象也較為狹窄，較難跨專業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通?；诠芸叵到y(tǒng)建設(shè)要求，梳理現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建設(shè)一套綜合性管控系統(tǒng)已提上議程[1]。本文將針對基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行研究，為系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

1 基于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的研究

1.1 現(xiàn)狀分析

電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)涉及運檢、調(diào)度、營銷、基建、財務(wù)等諸多領(lǐng)域。運檢類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要以設(shè)備生產(chǎn)臺帳為基礎(chǔ)，涵蓋設(shè)備日常巡視記錄、缺陷修復(fù)記錄、試驗記錄等，并以系統(tǒng)流程輔助日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程開展運檢類工作。調(diào)度類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要由電網(wǎng)接線圖出發(fā)，將電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)、開關(guān)遙測信號、開關(guān)變位信號等通過系統(tǒng)進(jìn)行綜合展示，為電網(wǎng)調(diào)度工作開展帶來便捷。營銷類數(shù)據(jù)主要有電量信息，用戶供電地址等信息?；悢?shù)據(jù)主要有工程相關(guān)信息。財務(wù)類數(shù)據(jù)主要有資產(chǎn)價值信息。不同種類的數(shù)據(jù)，不同專業(yè)的分析，不同程度的理解，造就了不同的專業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用。

目前電力運檢專業(yè)生產(chǎn)指揮方式以分散指揮為主，缺乏有效的智能化支撐手段?，F(xiàn)場生產(chǎn)信息以人工收集為主，且信息分散于多個孤立系統(tǒng)，生產(chǎn)指揮人員無法通過統(tǒng)一的平臺整體把握電網(wǎng)運行工況、運檢業(yè)務(wù)及資源情況，嚴(yán)重影響生產(chǎn)指揮效率及科學(xué)性。

例如：某電力設(shè)備發(fā)生故障，相關(guān)協(xié)調(diào)處理人員需要通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)對臺帳詳細(xì)物理參數(shù)進(jìn)行查看，了解歷史巡視、缺陷、故障等記錄；調(diào)度人員要了解設(shè)備當(dāng)前運行情況，需通過調(diào)度自動化系統(tǒng)查看當(dāng)前設(shè)備運行方式，并結(jié)合接線圖做出影響范圍分析判斷；現(xiàn)場作業(yè)指揮人員需通過統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺接入的攝像頭進(jìn)行監(jiān)控，相關(guān)指揮與作業(yè)現(xiàn)場交互仍以電話、短信等傳統(tǒng)通訊手段為主。如當(dāng)發(fā)生較多復(fù)雜故障情況或在人員配置不足的情況下，也能參照上述方法進(jìn)行故障定位排查，但會極大影響處置速度。

圖1 電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

為解決數(shù)據(jù)孤立、系統(tǒng)間互聯(lián)互通等難點，并結(jié)合運檢管控中心建設(shè)背景，以“全面、融合、精細(xì)、智能”為核心指導(dǎo)思想，基于生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)一套運用大數(shù)據(jù)存儲、分析、處理的電網(wǎng)運檢管控系統(tǒng)，其構(gòu)架圖見圖1 。它集成了調(diào)度自動化系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)，以及故障監(jiān)測、搶修監(jiān)測、線損管理、統(tǒng)一視頻等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。主要通過跨專業(yè)、多系統(tǒng)融合，全面掌握公司范圍內(nèi)電網(wǎng)設(shè)備信息、運行數(shù)據(jù)、故障信息、搶修信息和線損數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)異常狀態(tài)預(yù)警和提前響應(yīng)。

架構(gòu)設(shè)計滿足總部及網(wǎng)省二級部署要求，部署在總部的應(yīng)用系統(tǒng)，與網(wǎng)省通過縱向數(shù)據(jù)交換平臺、數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)縱向貫通，支撐總部上層應(yīng)用功能。部署在網(wǎng)省側(cè)應(yīng)用系統(tǒng)，與用采、OMS（智能調(diào)度管理系統(tǒng)）等其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成，支撐標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用功能及網(wǎng)省制化應(yīng)用功能。

架構(gòu)側(cè)重于解決運檢大數(shù)據(jù)存儲、計算問題，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建運檢相關(guān)大數(shù)據(jù)采集、存儲、計算、分析的智能運檢庫，管控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)技術(shù)路線研發(fā)、部署，快速完成系統(tǒng)的構(gòu)建，支撐運檢管控業(yè)務(wù)。同時考慮到網(wǎng)省應(yīng)用需求的個性化特征，結(jié)合目前微應(yīng)用、微服務(wù)的技術(shù)發(fā)展趨勢和主體路線要求，采用微應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)具有彈性擴展能力的系統(tǒng)架構(gòu)。

基于大數(shù)據(jù)設(shè)計理念，構(gòu)建智能運檢云，提升信息匯集能力?；谠拼鎯蛧W(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，全面融合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、視頻、圖像、文本等多源電網(wǎng)運檢數(shù)據(jù)；研究適用于故障診斷的模式識別、深度學(xué)習(xí)、知識獲取、智能搜索模型，進(jìn)一步提升電網(wǎng)設(shè)備故障智能診斷與自動預(yù)警能力；研究高性能計算技術(shù)及并行計算模型，提升運檢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)挖掘效率。深入開展電網(wǎng)運檢數(shù)據(jù)分析應(yīng)用及數(shù)據(jù)價值挖掘，全面提升電網(wǎng)運檢信息化、智能化水平。

建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的運檢業(yè)務(wù)支撐庫，提高各單位數(shù)據(jù)內(nèi)部共享能力。建立電網(wǎng)運檢多源數(shù)據(jù)采集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究電網(wǎng)運檢多源數(shù)據(jù)快速接入、存儲技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、存儲高效、穩(wěn)定可靠的運檢業(yè)務(wù)支撐庫，創(chuàng)新數(shù)據(jù)橫向共享機制和技術(shù)支撐手段，實現(xiàn)運檢全局分析類應(yīng)用開展和數(shù)據(jù)全網(wǎng)發(fā)布共享。

構(gòu)建基于可彈性擴展的運檢業(yè)務(wù)支撐框架，開展“厚平臺+薄應(yīng)用”系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計?；趪W(wǎng)一體化業(yè)務(wù)應(yīng)用微服務(wù)和微應(yīng)用建設(shè)規(guī)范，構(gòu)建規(guī)范化的應(yīng)用服務(wù)框架，建立規(guī)范的微應(yīng)用管理機制，支撐系統(tǒng)便捷、快速、穩(wěn)定擴展能力，推進(jìn)智能運檢業(yè)務(wù)多方應(yīng)用創(chuàng)新需求。

2 微應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

微應(yīng)用是將單體的應(yīng)用系統(tǒng)拆分成可獨立部署的多個小應(yīng)用或服務(wù)，通過集群部署實現(xiàn)小應(yīng)用之間的故障隔離、彈性擴容等，使得應(yīng)用系統(tǒng)具有更強的擴展性、更高的穩(wěn)定性，是目前大型應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展方向之一。微應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

此架構(gòu)用于支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用微應(yīng)用的發(fā)布、部署、監(jiān)控，對業(yè)務(wù)功能無侵入。在架構(gòu)中，總部標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、省公司標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用以及省公司個性化應(yīng)用均以應(yīng)用鏡像（Docker鏡像文件）方式通過應(yīng)用倉庫發(fā)布。應(yīng)用鏡像入庫、審批由應(yīng)用管理員負(fù)責(zé)操作。

應(yīng)用服務(wù)集群是運行Docker容器服務(wù)的一組服務(wù)器，應(yīng)用鏡像由Docker容器加載運行。在一臺物理服務(wù)中可以同時運行多個應(yīng)用容器，容器之間資源隔離，不會產(chǎn)生資源競爭，且故障隔離，一個應(yīng)用容器崩潰不影響另一個容器。

圖2 彈性可擴展微應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用訪問代理組件實現(xiàn)對微應(yīng)用的訪問聚合，將用戶對應(yīng)用的訪問請求轉(zhuǎn)發(fā)到具體的微應(yīng)用容器。通過訪問路徑Rewrite（重寫）技術(shù)，為用戶提供統(tǒng)一的頁面訪問入口。

微應(yīng)用架構(gòu)目前主要采用高性能服務(wù)調(diào)用、服務(wù)發(fā)現(xiàn)與路由、服務(wù)注冊、基于容器技術(shù)的服務(wù)發(fā)布、服務(wù)治理、監(jiān)控、調(diào)度等主要組件構(gòu)成。高性能服務(wù)調(diào)用實現(xiàn)獨立部署的應(yīng)用或服務(wù)之間的高性能訪問，重點解決高性能通信和數(shù)據(jù)序列化，此組件采用Dubbo實現(xiàn)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)與路由主要解決調(diào)用者如何發(fā)現(xiàn)服務(wù)，如何從多個可用服務(wù)中選擇適合服務(wù)，此組件采用Dubbo實現(xiàn)。服務(wù)注冊是微應(yīng)用架構(gòu)的核心組件之一，主要解決服務(wù)提供者發(fā)布服務(wù)信息、服務(wù)調(diào)用者查詢服務(wù)列表，一般采用去中心化技術(shù)實現(xiàn)注冊中心的高可用，此組件采用Dubbo+Zookeepr實現(xiàn)?；谌萜鞯姆?wù)發(fā)布，是采用容器技術(shù)Docker提供微應(yīng)用服務(wù)的快速部署。服務(wù)監(jiān)控對微應(yīng)用容器運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，統(tǒng)計服務(wù)性能。調(diào)度中心基于預(yù)先定義的規(guī)則，結(jié)合監(jiān)控數(shù)據(jù)，對崩潰的容器自動重啟，在壓力過大時自動或手動擴容，在壓力恢復(fù)時自動或手動回收資源等。

2.1 多系統(tǒng)融合架構(gòu)

系統(tǒng)集成組件需具有數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)感知、服務(wù)調(diào)用、異步數(shù)據(jù)同步等多種功能，以滿足不同集成場景的應(yīng)用需求。

與運檢管控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫集成方式，通過部署HDP實時數(shù)據(jù)感知工具，捕獲數(shù)據(jù)變更情況，以業(yè)務(wù)事件方式發(fā)布到消息總線，由管控系統(tǒng)相關(guān)組件處理（CIM轉(zhuǎn)換與持久化、實時計算等）。

與調(diào)度管理系統(tǒng)的集成采用調(diào)度E文件交換技術(shù)，由管控系統(tǒng)定時查詢E文件，解析入庫，并發(fā)布相關(guān)的業(yè)務(wù)事件以驅(qū)動實時計算。

對于目前僅提供服務(wù)接口的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在對方流量、并發(fā)量等限制范圍內(nèi)，采用周期輪詢方式主動調(diào)用其接口獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)集成組件處理后可發(fā)布相應(yīng)的業(yè)務(wù)事件驅(qū)動業(yè)務(wù)處理。

與外系統(tǒng)服務(wù)、數(shù)據(jù)集成主要采用以下集成框架。生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用實時數(shù)據(jù)感知同步；第三方服務(wù)目前僅提供服務(wù)調(diào)用、文件共享等接口方式，由管控系統(tǒng)集成組件定時輪詢對方接口或文件。

總部在查看網(wǎng)省相關(guān)明細(xì)數(shù)據(jù)或生產(chǎn)管理系統(tǒng)明細(xì)數(shù)據(jù)時采用頁面穿透集成方式，將省級系統(tǒng)中明細(xì)頁面嵌入總部頁面?？偛抗芸叵到y(tǒng)采用與生產(chǎn)管理系統(tǒng)現(xiàn)有頁面穿透相同的機制實現(xiàn)與網(wǎng)省管控系統(tǒng)、網(wǎng)省生產(chǎn)管理系統(tǒng)的頁面集成。

總部管控系統(tǒng)與網(wǎng)省管控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)上報與下發(fā)采用縱向同步工具?？v向同步針對關(guān)系數(shù)據(jù)庫主要采用觸發(fā)器、時間戳檢查等機制發(fā)現(xiàn)變更數(shù)據(jù)，基于同步模型定時將變更數(shù)據(jù)通過消息總線發(fā)送到目標(biāo)端，目標(biāo)端接收數(shù)據(jù)后完成數(shù)據(jù)更新。縱向同步也支持文件等類型數(shù)據(jù)的同步。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成路線

（1）管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

基于大數(shù)據(jù)的管控系統(tǒng)，打通了總部與網(wǎng)省數(shù)據(jù)的交流通道。實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實時雙向流通?？偛抗芸叵到y(tǒng)能夠?qū)⒖偛康纳a(chǎn)指令、應(yīng)急搶修記錄等數(shù)據(jù)下發(fā)給網(wǎng)省公司指導(dǎo)網(wǎng)省公司的生產(chǎn)工作，網(wǎng)省公司將設(shè)備的臺帳信息、運檢類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、故障、搶修等數(shù)據(jù)定期按時上報給總部，進(jìn)行生產(chǎn)情況信息的匯報。大大提高了總部與網(wǎng)省的數(shù)據(jù)交互效率，提高了工作效率。

（2）生產(chǎn)類數(shù)據(jù)集成

運檢管控的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備臺帳、運行記錄、巡視、缺陷、檢修等多類數(shù)據(jù)是運檢業(yè)務(wù)的核心數(shù)據(jù)，是進(jìn)行運檢業(yè)務(wù)信息化的重要成果，為智能運檢提供了必要的數(shù)據(jù)支撐。管控系統(tǒng)實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實時捕獲，并且在實時感知后異步驅(qū)動相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的更新，并且通過頁面集成技術(shù)展示生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)明細(xì)，為相關(guān)業(yè)務(wù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查看提供了極大的方便。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)的實時更新，為業(yè)務(wù)決策提供了強有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。調(diào)度類數(shù)據(jù)集成，運檢管控平臺中集成了國調(diào)、省調(diào)的“三交四直”等重要調(diào)度數(shù)據(jù)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過管控系統(tǒng)，能夠快速定位故障設(shè)備，判定設(shè)備的影響范圍。并且能夠及時通知附近的搶修隊進(jìn)行故障搶修工作，大大提高故障的平均修復(fù)時間。

（3）其他業(yè)務(wù)類數(shù)據(jù)

管控系統(tǒng)中還集成了輸變電狀態(tài)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、一體化數(shù)據(jù)通、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)等各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。通過管控系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示電網(wǎng)安全運行狀況。如果哪個點出現(xiàn)不正常情況，管控系統(tǒng)通過自動報警功能，迅速顯示那個點發(fā)生問題的原因，是負(fù)荷過載，電壓過低還是設(shè)備故障？業(yè)務(wù)人員就能有針對性地快速處理，排查故障時間從過去幾個小時縮短到如今以分鐘計。

2.3 優(yōu)勢特點

采用大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建智能運檢庫大數(shù)據(jù)存儲、計算功能，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫有機融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向互通。與一體化平臺（現(xiàn)有系統(tǒng)）各組件緊密集成，實現(xiàn)用戶權(quán)限、統(tǒng)一文件存儲、數(shù)據(jù)交換等基礎(chǔ)功能。

以生產(chǎn)管理系統(tǒng)為主要數(shù)據(jù)來源，為減輕生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)庫壓力，采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)對生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)庫實時同步，形成生產(chǎn)管理系統(tǒng)鏡像庫。管控系統(tǒng)直接訪問生產(chǎn)管理系統(tǒng)鏡像庫，不對現(xiàn)有系統(tǒng)造成更多負(fù)擔(dān)。

為保證數(shù)據(jù)集成的實時性、有效性，管控系統(tǒng)直接與相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成時優(yōu)先采用異步集成技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)間的松耦合，由管控系統(tǒng)集成開源的MuleESB服務(wù)總線，相關(guān)系統(tǒng)的服務(wù)接口及管控系統(tǒng)的集成服務(wù)均配置在總線上，由部署在總線上的適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等功能。管控系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)格式采用CIM交換模型。

智能運檢庫向上層管控應(yīng)用提供基于模型、封裝的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口，屏蔽不同存儲機制的數(shù)據(jù)訪問差異。面向接口的實現(xiàn)方式，當(dāng)?shù)讓哟鎯C制發(fā)生變化時，不影響上層應(yīng)用功能。

網(wǎng)省系統(tǒng)將各類計算、分析結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換平臺上報總部系統(tǒng)，由總部系統(tǒng)實現(xiàn)二次統(tǒng)計、展現(xiàn)?？偛抗芸叵到y(tǒng)與網(wǎng)省管控系統(tǒng)通過頁面集成，在總部系統(tǒng)中嵌入網(wǎng)省數(shù)據(jù)明細(xì)頁面。

3 結(jié)語及展望

電網(wǎng)運檢智能管控系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)平臺融合不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析處理加工，將雷電、山火、覆冰、氣象等外圍信息接入平臺，并通過大數(shù)據(jù)提供的計算及分析處理將相關(guān)信息結(jié)果展示在地理圖上，對電網(wǎng)運行設(shè)備安全運行提供保障。將匯總的各類運檢、調(diào)度、營銷、基建等信息通過平臺告知相關(guān)電力人員，輔助其進(jìn)行決策，制定安全保障方案，進(jìn)行指導(dǎo)，對施工作業(yè)過程實現(xiàn)動態(tài)管控。為電力行業(yè)今后朝著智能化、專業(yè)化、精細(xì)化、集約化方向發(fā)展，打下堅實基礎(chǔ)，進(jìn)一步推動智能電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)。

[1] 李敏,李煒,程明.電網(wǎng)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺在運檢管理中的研究及應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016,11:67-68.

Study on Electrical Power Network Operation Inspection Management Control System Architecture Based on Big Data

Wu Guoqiao, Song Huijuan, Zhang Zipei
Shanghai Xinneng Information Science Technology Development Co.,Ltd

The article discusses big data technology application in electrical power network operation inspection management control system. First focused on intelligent operation inspection development conditions through analysis, the author puts forward imagination of electrical power network operation inspection management control system architecture based on big data then carries out preliminary design analysis. Second focused on detailed micro application, the author carries out detailed analysis and design of application architecture. The article introduces multi-system integrated architecture and analyzes system data integration. Finally the author thinks about prospect of intelligent electrical power network operation inspection management control system application based on big data.

Big Data, Operation Inspection Management Control, System

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.10.008

吳國巧：（1982-），女，本科，研究方向為電力行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)實施、運維咨詢技術(shù)服務(wù)；

宋慧娟：（1986-），女，本科，工程師，研究方向為電力行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)實施、運維咨詢技術(shù)服務(wù)。