張露成，夏建華，吳美琪

(中國長江電力股份有限公司溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300)

大數(shù)據(jù)技術(shù)在交通、消費(fèi)、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用廣泛，發(fā)揮著重大作用，影響了生活中的方方面面。但是，基于水電站的大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)較少，不能形成一體化的數(shù)據(jù)中心。為滿足水電站運(yùn)行工作需要和解決特定的管理問題，溪洛渡水電站建立了大量的監(jiān)控、監(jiān)測和管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)功能各有側(cè)重，所管理的信息既有交集、也存在差異和互補(bǔ)。由于建設(shè)時間、供應(yīng)商和采用技術(shù)的不同，各系統(tǒng)的信息描述、數(shù)據(jù)含義等自成體系，形成了信息單獨(dú)存放、共享困難、難以綜合分析利用的信息孤島。為解決該問題，綜合利用各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，優(yōu)化業(yè)務(wù)平臺，溪洛渡水電站建立了一套數(shù)據(jù)整合平臺，實(shí)現(xiàn)了平臺內(nèi)數(shù)據(jù)的自由流動[1]。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

溪洛渡水電站廠站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架搭建及數(shù)據(jù)整合項(xiàng)目不改變各系統(tǒng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲。各系統(tǒng)按照二次安防分區(qū)原則接入數(shù)據(jù)中心，跨安全大區(qū)接入設(shè)備使用正向隔離裝置、同一安全大區(qū)之間數(shù)據(jù)交互使用硬件防火墻進(jìn)行安全防護(hù)。數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)均設(shè)置數(shù)據(jù)庫，其中生產(chǎn)控制大區(qū)數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器實(shí)現(xiàn)和保存并向管理信息大區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)，管理信息大區(qū)數(shù)據(jù)庫集中保存數(shù)據(jù)中心所有數(shù)據(jù)[2]。

安全Ⅰ區(qū)由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、核心交換機(jī)、前置采集軟件、數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)采集Ⅰ區(qū)各現(xiàn)地單元、系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，本地滾動存儲至少1個月歷史數(shù)據(jù)，并可在Ⅰ、Ⅱ區(qū)恢復(fù)正常通信后斷點(diǎn)續(xù)傳。

安全Ⅱ區(qū)由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、核心交換機(jī)、PLC采集終端、前置采集軟件、數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)組成。負(fù)責(zé)采集Ⅱ區(qū)各現(xiàn)地單元、系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。每套PLC采集終端可通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與其他系統(tǒng)相連，共用網(wǎng)絡(luò)通道。各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，本地滾動存儲至少1個月歷史數(shù)據(jù)，并可在Ⅱ、Ⅲ區(qū)恢復(fù)正常通信后斷點(diǎn)續(xù)傳。

安全Ⅲ區(qū)由虛擬化服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、磁盤陣列等組成，包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、時序數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器、緩存服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、前置服務(wù)器等?？蓪⒏黝悢?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，可在Ⅱ、Ⅲ區(qū)恢復(fù)正常通信后斷點(diǎn)續(xù)傳。虛擬化服務(wù)器集群，任一物理服務(wù)器、虛擬出的服務(wù)器故障后，均能進(jìn)行無擾切換，不影響數(shù)據(jù)中心功能正常運(yùn)行。

數(shù)據(jù)流向分橫向數(shù)據(jù)流動和縱向數(shù)據(jù)流動，需在滿足電力二次安全防護(hù)規(guī)定的前提下，實(shí)現(xiàn)跨安全分區(qū)、上下級系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流動。

橫向數(shù)據(jù)流動方面，通過在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)部署數(shù)據(jù)中心采集節(jié)點(diǎn)(數(shù)據(jù)采集服務(wù)器)，將原有部署在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)上送、數(shù)據(jù)抽取、服務(wù)調(diào)用等方式，將模型數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)等收集到采集節(jié)點(diǎn)；具備完善的跨區(qū)同步機(jī)制，將這些數(shù)據(jù)同步匯聚到Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)中心，實(shí)時數(shù)據(jù)穿越隔離裝置的數(shù)據(jù)延遲在5 s以內(nèi)，具備丟包重傳能力。采集節(jié)點(diǎn)具備數(shù)據(jù)緩存功能，在Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)通訊中斷時，可以緩存一定時間的模型數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后自動同步到Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)中心。Ⅲ區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接由Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)中心采集服務(wù)將模型數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)采集后入數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一存儲[3]。橫向數(shù)據(jù)流動如圖1所示。

圖1 橫向數(shù)據(jù)流動圖

縱向數(shù)據(jù)流動方面，通過安全Ⅲ區(qū)的縱向加密裝置，進(jìn)行上下級的數(shù)據(jù)交互。根據(jù)上級數(shù)據(jù)中心的同步策略，把部分水電廠級數(shù)據(jù)定期向上級數(shù)據(jù)中心同步。并可響應(yīng)上級數(shù)據(jù)中心的召喚命令，返回指定查詢數(shù)據(jù)結(jié)果。能夠按照上級數(shù)據(jù)中心要求將電廠數(shù)據(jù)中心內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)送至上級數(shù)據(jù)中心，提供基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的接口、基于JMS的接口、基于WebService的服務(wù)、基于安全通訊的文件交換等多種方式的縱向數(shù)據(jù)交換。縱向數(shù)據(jù)流動如圖2所示。

圖2 縱向數(shù)據(jù)流動圖

2 功能設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

溪洛渡水電站數(shù)據(jù)整合平臺接入的數(shù)據(jù)量較大、種類較多，一種數(shù)據(jù)庫無法覆蓋所有應(yīng)用場景，因此設(shè)計了混合存儲模型，將實(shí)時斷面數(shù)據(jù)存入實(shí)時庫，秒級以上的數(shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫，毫秒級的快速數(shù)據(jù)存入時序數(shù)據(jù)庫。另外，針對文件類的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過具備高速緩存功能的文件服務(wù)器，將索引信息放在高速緩存數(shù)據(jù)庫里，提高文件檢索的效率[4]。

為提高系統(tǒng)的開放性和操作性，數(shù)據(jù)整合平臺的實(shí)時數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，直接定義模型中的類和關(guān)系，完全兼容國際標(biāo)準(zhǔn)，并能適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)變化。數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)的任意結(jié)點(diǎn)可配置，系統(tǒng)中實(shí)時數(shù)據(jù)按應(yīng)用的需要分布于各臺機(jī)器，即某一結(jié)點(diǎn)保存在該結(jié)點(diǎn)運(yùn)行的所有應(yīng)用的數(shù)據(jù)。完善的一致性策略保證副本之間的同步更新，數(shù)據(jù)庫的多副本避免了單點(diǎn)故障，從而提升了系統(tǒng)的可靠性。

同時，數(shù)據(jù)整合平臺采用實(shí)時庫與關(guān)系庫相結(jié)合的模式，以滿足其對數(shù)據(jù)庫實(shí)時性、一致性、完整性和開放性的特殊要求。平臺通過關(guān)系庫模型定義工具保證關(guān)系庫與實(shí)時庫模式定義的一致性，通過通用、統(tǒng)一訪問接口實(shí)現(xiàn)跨實(shí)時、關(guān)系的透明數(shù)據(jù)訪問，從而將實(shí)時庫和關(guān)系庫很融合為一個整體。

關(guān)系庫存儲的數(shù)據(jù)范圍廣，特點(diǎn)和用途各異，可分為模型數(shù)據(jù)、周期原始數(shù)據(jù)、報警事件數(shù)據(jù)、計算統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中模型數(shù)據(jù)是從實(shí)時庫導(dǎo)出的模型，其模式跟實(shí)時庫中建的相同，滿足水電廠設(shè)備模型的要求；周期原始數(shù)據(jù)是指實(shí)時庫中具有固定存儲周期的數(shù)據(jù)，如監(jiān)控系統(tǒng)的遙測、遙信數(shù)據(jù)，通過定時刷新實(shí)現(xiàn)對各點(diǎn)數(shù)據(jù)變化軌跡的記錄，對后續(xù)的計算、統(tǒng)計以及曲線分析具有重要價值；報警事件數(shù)據(jù)是設(shè)備的動作、異常、變位告警，以及各種系統(tǒng)運(yùn)行報警(如主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)報警)等；計算數(shù)據(jù)是對各種原始數(shù)據(jù)或統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行公式運(yùn)算的結(jié)果，統(tǒng)計數(shù)據(jù)是對各種原始數(shù)據(jù)或報警事件進(jìn)行統(tǒng)計運(yùn)算的結(jié)果，計算統(tǒng)計數(shù)據(jù)是經(jīng)過加工的綜合信息，對用戶使用(如報表)具有重要意義[5]。

秒級數(shù)據(jù)時效性要求高，數(shù)據(jù)量巨大，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫無法滿足要求，因此將這類數(shù)據(jù)保存到時序數(shù)據(jù)庫中。

非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要指結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以外的數(shù)據(jù)，主要包括文件、畫面等。該類數(shù)據(jù)存入文件服務(wù)器，相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，不但易于管理，且通過瀏覽工具操作更加直觀。

2.2 報表設(shè)計

該數(shù)據(jù)平臺具備多樣化的報表展示功能，通過類EXCEL設(shè)計模式展示報表，兼容EXCEL公式。支持多樣化的數(shù)據(jù)源，包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源(主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫)、文本數(shù)據(jù)源(EXCEL文件、TXT文件內(nèi)的數(shù)據(jù))、程序數(shù)據(jù)源、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源等；支持多人共同使用、編輯同一套報表，并能通過模板加鎖功能防止編輯沖突，保障數(shù)據(jù)安全；能夠?qū)崿F(xiàn)普通報表、聚合報表、決策報表等各類報表功能。能夠?qū)蟊砟０暹M(jìn)行二次開發(fā)，可通過靈活的控件組合方式生成新的報表模板。能夠批量添加第三方數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記。數(shù)據(jù)報表及分析的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠?qū)С鰹镻DF等格式文件進(jìn)行保存打印。可將現(xiàn)有在線監(jiān)測與趨勢分析系統(tǒng)報表模板導(dǎo)入大數(shù)據(jù)平臺中，并進(jìn)行多樣化展示。

以機(jī)組排水泵運(yùn)行統(tǒng)計為例，通過自選時間，查詢該時間內(nèi)全廠機(jī)組頂蓋排水泵運(yùn)行次數(shù)、單次運(yùn)行時間、啟動間隔時間，如圖3、圖4所示。溪洛渡電站共有18臺水輪發(fā)電機(jī)組，每臺機(jī)組有3臺頂蓋排水泵，圖中每臺泵用不同顏色顯示。選定查詢?nèi)掌诤?，?shù)據(jù)平臺能夠自動顯示該周期內(nèi)頂蓋排水泵啟動次數(shù)、單次運(yùn)行時間、啟動間隔時間。其中，圖4中坐標(biāo)橫軸表示機(jī)組號及排水泵編號，坐標(biāo)縱軸表示啟動次數(shù)和單次平均運(yùn)行時間。通過報表展示，能夠簡單直接觀察機(jī)組頂蓋排水泵運(yùn)行效率、控制邏輯是否正常，減少運(yùn)行人員巡視工作量。

圖3 機(jī)組頂蓋排水泵日運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)展示

圖4 機(jī)組頂蓋排水泵日運(yùn)行統(tǒng)計圖形展示

2.3 數(shù)據(jù)展示及檢索

根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行需要，數(shù)據(jù)整合平臺提供了功能齊全的數(shù)據(jù)展示及檢索功能。通過導(dǎo)航信息欄，可以展示電站當(dāng)前左右岸機(jī)組總有功、上下游水位、出入庫流量、年度月度累計發(fā)電量、機(jī)組實(shí)時有功等生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)時信息；也可通過數(shù)據(jù)檢索頁面查詢各自動化系統(tǒng)模擬量、開關(guān)量、異常告警事件、測點(diǎn)投退狀態(tài)跟蹤、設(shè)備動作次數(shù)越限報警等歷史數(shù)據(jù)；同時，能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、巡檢數(shù)據(jù)自定義填報等功能。豐富的數(shù)據(jù)展示頁面及強(qiáng)大的檢索功能，極大程度的方便了運(yùn)維人員查看各類設(shè)備動態(tài)，提高了設(shè)備自動化分析水平[6]。

3 結(jié) 語

溪洛渡水電站數(shù)據(jù)整合平臺的成功設(shè)計及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，擴(kuò)展性好，靈活度高，提高了數(shù)據(jù)分析的便利性，便于對電站進(jìn)行全方位監(jiān)測和控制。它能夠通過標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議、文件、數(shù)據(jù)庫接口、消息等不同方式，從采集終端、第三方系統(tǒng)直接或間接采集實(shí)時、歷史等各類數(shù)據(jù)，并通過支持封裝圖表等各類圖形控件、多條件組合查詢、統(tǒng)計查詢等功能，進(jìn)行豐富的數(shù)據(jù)展示。各信息系統(tǒng)可以圍繞一體化數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行信息交換，減少了數(shù)據(jù)流通環(huán)節(jié)，提高了數(shù)據(jù)交換效率。同時，該數(shù)據(jù)整合平臺應(yīng)用功能與電站現(xiàn)場實(shí)際需求還存在一定程度的差距，需要不斷進(jìn)行完善和優(yōu)化。