劉成林，成月良，郭夢(mèng)旭，覃 曦，董 雪，佟英杰

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210031）

0 引 言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，其技術(shù)支持與服務(wù)支持的重要性也越來(lái)越突出[1]。在電力市場(chǎng)不斷發(fā)展背景下，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平得到了極大的提升，更多的智能化設(shè)備被用于電力系統(tǒng)。在電網(wǎng)的運(yùn)行中，各種智能設(shè)備之間的聯(lián)系緊密且非常復(fù)雜。業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)目增多，維護(hù)工作的壓力也隨之增大，而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在各自的不足，各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警信息和運(yùn)行工況信息分布在不同的終端，無(wú)法集中查詢和監(jiān)視。同時(shí)，由于缺少預(yù)防性檢查和報(bào)警的手段，因此專責(zé)定期檢查和巡視工作任務(wù)煩瑣，質(zhì)量不高。應(yīng)用系統(tǒng)本身缺少對(duì)數(shù)據(jù)跳變、不刷新、越界等異常行為的完善識(shí)別方法和策略，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和安全生產(chǎn)造成了很大的影響[2]。

1 電力系統(tǒng)一體化智能監(jiān)控平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)一體化智能監(jiān)控平臺(tái)是電力系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。一體化智能監(jiān)控平臺(tái)定位于國(guó)網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、變電站運(yùn)行駕駛室等智能變電站，通過(guò)一體化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障信息子站和源端維護(hù)、智能預(yù)警以及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)可視化等功能。而在選擇跨平臺(tái)電力調(diào)度監(jiān)測(cè)一體化智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)時(shí)，必須科學(xué)掌握其適用范圍，只有科學(xué)、合理的現(xiàn)代圖形架構(gòu)才能充分發(fā)揮電力系統(tǒng)一體化智能監(jiān)測(cè)的功能[3]。

目前，全國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行特征是以各省電網(wǎng)作為獨(dú)立單位，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)線路的互聯(lián)使整個(gè)電網(wǎng)能夠協(xié)調(diào)工作[4]。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充和收集裝置的快速采集要求具備更多的聯(lián)機(jī)動(dòng)力學(xué)分析與控制運(yùn)算能力。若僅添加額外的運(yùn)算處理資源，則將會(huì)使實(shí)時(shí)性能大幅下降。針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)零散、資源不足等問(wèn)題進(jìn)行分析，為各大軟件和硬件制造商搭建一個(gè)更好的合作平臺(tái)。采用分布式檔案系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全省二級(jí)系統(tǒng)的系統(tǒng)日志、系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)、系統(tǒng)資源、進(jìn)程狀態(tài)、任務(wù)執(zhí)行情況以及系統(tǒng)生成的報(bào)警等。分類管理收集到的大量數(shù)據(jù)，將收集到的各類資料進(jìn)行歸檔、分類，并建立專門的應(yīng)用程序庫(kù)。例如，針對(duì)分布在二次系統(tǒng)中的報(bào)警記錄創(chuàng)建一個(gè)報(bào)警記錄應(yīng)用庫(kù)，為以后進(jìn)一步利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行專題數(shù)據(jù)的挖掘和分析提供便利，同時(shí)提高數(shù)據(jù)利用率[5]。

隨著電力二次系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，所產(chǎn)生的電力數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，為挖掘大量的電力數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)以電力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析工具，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等先進(jìn)工具挖掘各類商業(yè)數(shù)據(jù)，為企業(yè)決策提供支持。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活、開(kāi)放，方便各個(gè)子系統(tǒng)及第三方的存取。為了減少其他系統(tǒng)的存取工作量，必須支持多種數(shù)據(jù)、記錄形式，集成多種協(xié)議接口。由于本系統(tǒng)的目標(biāo)是操作維護(hù)，更強(qiáng)調(diào)實(shí)效性，因此在電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控平臺(tái)上應(yīng)用先進(jìn)的可視化技術(shù)，為運(yùn)維人員提供綜合性技術(shù)支持，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 電力系統(tǒng)一體化智能監(jiān)控平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

2.1 安全監(jiān)測(cè)架構(gòu)

二次電力系統(tǒng)的安全保護(hù)區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)域，其中安全區(qū)I是實(shí)時(shí)控制區(qū)域，安全區(qū)II是不受管制的生產(chǎn)區(qū)域，安全區(qū)III是生產(chǎn)管理區(qū)域，安全區(qū)Ⅳ是信息管理區(qū)域[6]。由于信息的管理是在數(shù)據(jù)收集層進(jìn)行，為了確保電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)云平臺(tái)上各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)安全區(qū)I、安全區(qū)Ⅱ、安全區(qū)Ⅲ的管理。安全區(qū)II是生產(chǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)匯總處理區(qū)，主要負(fù)責(zé)收集安全區(qū)I、安全區(qū)II作業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將其存檔。業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全區(qū)架構(gòu)如圖1所示。

電力系統(tǒng)一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，管理軟件資源、數(shù)據(jù)庫(kù)資源、服務(wù)器資源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及安全設(shè)備等，同時(shí)提供基礎(chǔ)的操作參數(shù)管理、權(quán)限管理、用戶管理以及日志管理等[7]。安全區(qū)I/II監(jiān)測(cè)界面的功能分布如圖2所示。

安全區(qū)III管理主要對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合顯示、日常保養(yǎng)工作管理、工作日程管理、工作列表管理、交班管理等，能夠?qū)εc統(tǒng)計(jì)自動(dòng)化專業(yè)有關(guān)的資源、報(bào)警、測(cè)量或性能數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢與分析，并將其輸出到報(bào)告中。在一定時(shí)期內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)化操作（有效利用率）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并能夠編制操作報(bào)表，自動(dòng)產(chǎn)生日常工作中的自動(dòng)監(jiān)控報(bào)告。安全區(qū)Ⅲ管理界面的功能分布如圖3所示。

2.2 報(bào)警和查詢系統(tǒng)

報(bào)警信息的查詢主要包括報(bào)警來(lái)源、類型、級(jí)別、內(nèi)容以及發(fā)生時(shí)間等內(nèi)容。目前，報(bào)警監(jiān)控屏幕顯示的是最新的報(bào)警信息，不同等級(jí)的報(bào)警用不同的背景和字體進(jìn)行識(shí)別。在有新報(bào)警的情況下，可以通過(guò)聲、光等多種形式進(jìn)行報(bào)警。另外，顯示屏還可以對(duì)各種報(bào)警方式進(jìn)行過(guò)濾，如警報(bào)級(jí)別和警報(bào)來(lái)源，從而方便用戶進(jìn)行監(jiān)控，并支持將報(bào)警信息導(dǎo)入Excel表格文檔中[8]。常規(guī)的電力數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，如MySQL、SQL Server、Oracle等。隨著電力數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表數(shù)據(jù)量急劇增加，使得數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢效率下降，無(wú)法滿足對(duì)報(bào)警信息的實(shí)時(shí)查詢。為了滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性報(bào)警查詢需求，采用NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

HBase是目前應(yīng)用較廣的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，是一種分布的、面向列型的開(kāi)放源碼數(shù)據(jù)庫(kù)。與普通的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)不同，HBase是一種適用于無(wú)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度也越來(lái)越快。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是建立在行查詢的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行查詢時(shí)需要進(jìn)行全域掃描。而HBase以列為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)特定的數(shù)據(jù)行進(jìn)行掃描，可以極大程度地加快數(shù)據(jù)查詢速度。HBase自身將數(shù)據(jù)排列成表格形式，包括行和列，其中row key是用來(lái)獲取記錄的主要關(guān)鍵字。HBase表格中的每一列都屬于特定的家族，column family是HBase表格中的一種，它下面有column1和column2。同時(shí)，HBase表格使用時(shí)間標(biāo)記timestamp來(lái)展示不同用戶的不同版本。在HBase中，需要使用4個(gè)維度的限制來(lái)決定某個(gè)數(shù)據(jù)，即{根，組，組，時(shí)間組}。在HBase查詢中，基于上述4個(gè)維度的限制，數(shù)據(jù)庫(kù)查詢引擎能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選并動(dòng)態(tài)劃分，從而大大提高了查詢效率。

二次電力系統(tǒng)的報(bào)警內(nèi)容包括報(bào)警源、報(bào)警類型、報(bào)警級(jí)別、報(bào)警內(nèi)容、報(bào)警時(shí)間以及報(bào)警終止時(shí)間，使用HBase表格來(lái)管理報(bào)警信息。創(chuàng)建表格warning，當(dāng)數(shù)據(jù)被寫入時(shí)，時(shí)間戳是當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配timestamp。

實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，存在著較大的靜態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)，如線路過(guò)載、母線電壓越限等，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊適時(shí)發(fā)出橙色警報(bào)，在相應(yīng)的預(yù)警模塊中顯示。在這種情況下，離線預(yù)警控制模塊根據(jù)特定的危險(xiǎn)因子制定相應(yīng)的預(yù)控方案，從而緩解電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)度壓力。電廠發(fā)生主變斷電后，極易造成其他線路及斷面越限[9]。針對(duì)這種情況，可以在檢修過(guò)程中強(qiáng)化其他電廠的發(fā)電能力，適時(shí)調(diào)整前后的靜態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。采用預(yù)控制措施能有效降低線路過(guò)載和電壓越界的風(fēng)險(xiǎn)，在電網(wǎng)中起到了很好的緩沖作用[10]。此外，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示某廠的多臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)多個(gè)異常，調(diào)度人員需要持續(xù)關(guān)注這些高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，督促生產(chǎn)部門采取相應(yīng)的措施，及時(shí)檢修或替換異常設(shè)備，從而降低設(shè)備的故障率，提高電網(wǎng)的自動(dòng)化調(diào)度效率。

3 結(jié) 論

針對(duì)目前電力自動(dòng)化監(jiān)控體系分散、數(shù)據(jù)資源分布不均衡等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)報(bào)警規(guī)則的定義、關(guān)聯(lián)分析進(jìn)行探討，設(shè)計(jì)一種電力系統(tǒng)一體化智能監(jiān)控平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)可以有效監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的異常與風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，并將分析結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給相關(guān)工作人員，及時(shí)解決故障問(wèn)題，緩解電網(wǎng)運(yùn)行和維修人員的工作壓力。