基于“多站融合”的智能運(yùn)維平臺(tái)研究＊

錢恒順，于 聰，溫 磊，王婷婷

（南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京211106）

1 背景及意義

國網(wǎng)公司2019 年兩會(huì)明確樹立了“三型兩網(wǎng)，世界一流”的新時(shí)代戰(zhàn)略目標(biāo)，并指出要“探索利用變電站資源建設(shè)運(yùn)營充換電（儲(chǔ)能）站和數(shù)據(jù)中心站新模式”。作為公司新時(shí)代戰(zhàn)略的重要落腳點(diǎn)，開展變電站、充換電（儲(chǔ)能）站、數(shù)據(jù)中心站“多站融合”的建設(shè)探索，實(shí)現(xiàn)多種要素的集成創(chuàng)新、跨界創(chuàng)新，對(duì)于推動(dòng)電網(wǎng)由傳統(tǒng)的樞紐型向共享型發(fā)展，為公司注入新的發(fā)展動(dòng)能，具有重要意義[1-2]。

“多站融合”是指利用變電站空閑地表資源，根據(jù)“因地因站因需”原則，以對(duì)外增值服務(wù)為目的，可選集成建設(shè)數(shù)據(jù)中心（數(shù)據(jù)站）、充換電（儲(chǔ)能）站、光伏、5G 基站、北斗基站、供冷供熱綜合能源站。“多站融合”以能源互聯(lián)網(wǎng)為支撐，匯聚各類資源，促進(jìn)供需對(duì)接，挖掘電力基礎(chǔ)資源價(jià)值，提高資源利用效率，解決公司和電網(wǎng)發(fā)展的突出問題，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，開辟新的發(fā)展路徑。

2 多站運(yùn)維需求分析

“多站融合”不是變電站、充放電（儲(chǔ)能）站、數(shù)據(jù)中心等站的簡單堆砌疊加，而應(yīng)該是在功能集成復(fù)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu)化。針對(duì)“多站融合”場(chǎng)景下的運(yùn)維需求以及電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)人工運(yùn)維是基于單站的獨(dú)立運(yùn)維，分散管理，無法滿足“多站融合”的統(tǒng)一運(yùn)維，需要研究“多站融合”運(yùn)維體系建設(shè)與配套工具，對(duì)“多站融合”的運(yùn)維信息進(jìn)行有效集成，能夠快速處理海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“多站融合”的智能運(yùn)維，支撐電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與“多站融合”的有序推進(jìn)。

2.1 變電站需求分析

變電站為改變電壓的場(chǎng)所。為了把發(fā)電廠發(fā)出來的電能輸送到較遠(yuǎn)的地方，必須把電壓升高，變?yōu)楦邏弘姡接脩舾浇侔葱枰央妷航档停@種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站是由一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)構(gòu)成的，一次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是電能傳輸、電能分配、電壓轉(zhuǎn)換，二次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)。變電站的智能運(yùn)維平臺(tái)的主要功能是對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)視、狀態(tài)評(píng)估及監(jiān)視預(yù)警、故障定位、二次檢修輔助安措、配置文件管理、保護(hù)定值管理、故障信息管理及綜合分析等多維度運(yùn)維管理，提高變電站二次設(shè)備維護(hù)水平，需要將設(shè)備進(jìn)行可視化展示，為變電站二次系統(tǒng)的日常運(yùn)維、異常處理、事故分析以及檢修等工況提供多維度的可視化信息支撐、決策及安全操作的運(yùn)維管理平臺(tái)，提高設(shè)備精細(xì)化管理水平。

2.2 數(shù)據(jù)中心需求分析

由于企業(yè)信息系統(tǒng)的增多及訪問量增大，企業(yè)需要持續(xù)增加IT 設(shè)備數(shù)量來維持業(yè)務(wù)訪問性能，因此數(shù)據(jù)中心的IT 系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，任何一個(gè)IT 設(shè)備資源出現(xiàn)故障時(shí)都需要IT 運(yùn)維人員手工查找與排查故障，使得運(yùn)維人員難以從容地處理各種各樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、中間件、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等問題，日常運(yùn)維工作還是處于被動(dòng)等待的運(yùn)維管理狀態(tài)中，運(yùn)維事件的發(fā)現(xiàn)收集操作為傳統(tǒng)手工方式，往往是故障事件發(fā)生后，運(yùn)維人員被動(dòng)告知后去處理問題，而IT 系統(tǒng)通常是復(fù)雜的，因此運(yùn)維人員通常難以對(duì)故障根源進(jìn)行及時(shí)的定位和排查，需要耗費(fèi)大量時(shí)間修復(fù)故障，嚴(yán)重制約IT 設(shè)備與系統(tǒng)運(yùn)維的響應(yīng)速度和執(zhí)行效率，影響企業(yè)單位IT信息系統(tǒng)的順利使用。出現(xiàn)這些問題的部分原因是企業(yè)缺少高效智能的IT 監(jiān)控和診斷運(yùn)維工具，導(dǎo)致故障事件難以被高效、準(zhǔn)確地處理。通過建立智能運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、硬件、安全設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件、應(yīng)用系統(tǒng)、機(jī)房空調(diào)、UPS 等資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控采集，能夠自動(dòng)地收集信息系統(tǒng)中各類IT 資源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫狀態(tài)、中間件運(yùn)行狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類IT 資源運(yùn)行過程中的異常，通知相關(guān)責(zé)任人和啟動(dòng)相關(guān)運(yùn)維流程，大幅度提升IT資源的運(yùn)維效率和運(yùn)行質(zhì)量。

2.3 儲(chǔ)能站需求分析

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為“多站融合”的重要支撐子系統(tǒng)，其運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性直接影響項(xiàng)目的成功與否。儲(chǔ)能系統(tǒng)由大量的單節(jié)電池串并聯(lián)組成各個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)再組成整個(gè)大的儲(chǔ)能系統(tǒng)。整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中包含上萬個(gè)電壓信號(hào)、幾千個(gè)溫度信號(hào)以及其他的各種信號(hào)數(shù)據(jù)，因此帶來了龐大的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)。儲(chǔ)能電站的運(yùn)維不僅僅是基本的巡檢、值守、保養(yǎng)，更要不斷積累運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前電池的容量和健康指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，進(jìn)而不斷調(diào)整控制策略，甚至可能涉及設(shè)備硬件層面的改動(dòng)等。因此運(yùn)維人員需要具備較高的知識(shí)水平和豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，才能高水平地運(yùn)維，提升電站的盈利。但現(xiàn)實(shí)情況下，優(yōu)秀的運(yùn)維人員稀缺而難招，提升運(yùn)維能力也不能一蹴而就。通過智能運(yùn)維平臺(tái)，借助數(shù)據(jù)信息的力量，對(duì)電池側(cè)海量運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電站狀態(tài)，基于大數(shù)據(jù)分析引擎進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)運(yùn)算分析結(jié)果，包括趨勢(shì)分析、電池預(yù)警分析等，幫助運(yùn)維人員快速預(yù)警、排除故障，從而實(shí)現(xiàn)全景展現(xiàn)電池運(yùn)行狀態(tài)和精細(xì)管理電池全生命周期，保障電池系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 運(yùn)維平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在“多站融合”場(chǎng)景下，運(yùn)維監(jiān)控將從傳統(tǒng)人工運(yùn)維向數(shù)據(jù)運(yùn)維進(jìn)行轉(zhuǎn)變，對(duì)多站生成的運(yùn)維數(shù)據(jù)，如變電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能數(shù)據(jù)、IT 設(shè)備數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等全站運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集、統(tǒng)一存儲(chǔ)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，識(shí)別出具體的關(guān)鍵運(yùn)維數(shù)據(jù)、挖掘多站運(yùn)維數(shù)據(jù)間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，建立不同應(yīng)用場(chǎng)景的運(yùn)維模型，對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位運(yùn)維管理，對(duì)數(shù)據(jù)中心的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控顯示，對(duì)儲(chǔ)能電池的全生命周期健康狀態(tài)進(jìn)行管理。

3.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)從變電站、儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心站采集各類設(shè)備的運(yùn)行信息、狀態(tài)信息、日志信息、流量信息等，數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)一接口采集適配器的建設(shè)部署，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、緩存及并發(fā)處理。首先基于數(shù)據(jù)的來源不同遵從標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，利用服務(wù)編排組件實(shí)現(xiàn)對(duì)接，并按照需求對(duì)來源數(shù)據(jù)進(jìn)行格式處理后借助數(shù)據(jù)隊(duì)列定義的分類，進(jìn)行數(shù)據(jù)分組發(fā)送到不同的隊(duì)列中，最終利用隊(duì)列將數(shù)據(jù)發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺(tái)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)歸并、數(shù)據(jù)壓縮等處理后，完成“多站融合”場(chǎng)景下的全站運(yùn)維數(shù)據(jù)采集，提交給上層數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。采集后的信息經(jīng)過歸并匯總后可在系統(tǒng)中進(jìn)行查看和編輯。

3.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層將采集到的原始數(shù)據(jù)按照遙信數(shù)據(jù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、IT 資源狀態(tài)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等進(jìn)行分類、統(tǒng)一存儲(chǔ)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一種基于Bigtable 數(shù)據(jù)模型構(gòu)造的面向?qū)ο蟮姆植际綀D數(shù)據(jù)庫，將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)于一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模、查詢和分析。在數(shù)據(jù)處理過程中，通過規(guī)則引擎，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)豐富、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)映射、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等操作，調(diào)用相關(guān)性分析算法，進(jìn)行關(guān)聯(lián)告警或者預(yù)警。同時(shí)，可以根據(jù)知識(shí)圖譜，檢測(cè)實(shí)體間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)配置實(shí)體數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新提示。數(shù)據(jù)經(jīng)過基于站點(diǎn)、基于統(tǒng)計(jì)、基于規(guī)則的關(guān)聯(lián)分析后，科學(xué)合理地定義運(yùn)維事件的性質(zhì)和處理級(jí)別，作為展示平臺(tái)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.3 數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層對(duì)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，對(duì)發(fā)現(xiàn)的大量事件進(jìn)行過濾、分析和管理，對(duì)監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，以豐富的報(bào)表展示手段對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀顯示，輔助以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形化功能為平臺(tái)用戶提供方便快捷的信息獲取途徑。借助知識(shí)庫提供的分析策略，對(duì)運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。知識(shí)庫在運(yùn)維系統(tǒng)中主要用來記錄運(yùn)維中的事務(wù)和日志[3]。智能運(yùn)維平臺(tái)的知識(shí)庫內(nèi)容主要包括系統(tǒng)操作記錄、系統(tǒng)故障排查經(jīng)過、系統(tǒng)事務(wù)或流程的成功案例、告警或預(yù)警方案實(shí)施的全過程等；還涉及對(duì)不同疑難問題和突發(fā)事件的問題解決方案。有效開展知識(shí)庫的管理和關(guān)聯(lián)可以降低運(yùn)維成本，可以避免重復(fù)解決相同問題的情況，問題和解決方案都能在知識(shí)庫中方便快捷地獲取，提高運(yùn)維工作效率。在運(yùn)維體系中，以運(yùn)維事務(wù)為基礎(chǔ)，結(jié)合運(yùn)維故障、流程、日志、報(bào)表等模塊的信息建立知識(shí)庫，為后期故障提供解決方案，可以大幅提升系統(tǒng)運(yùn)維的處置效率和響應(yīng)速度。

3.4 監(jiān)控預(yù)警層

監(jiān)控預(yù)警層實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的監(jiān)控信息展示和配置管理，并向用戶提供訪問監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的操控界面，預(yù)警平臺(tái)定期掃描變電站、數(shù)據(jù)中心站和儲(chǔ)能站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使用聚類的方法把一段時(shí)間內(nèi)所有監(jiān)控到的參數(shù)峰值進(jìn)行分類，根據(jù)類別從高到低劃分預(yù)警等級(jí)，當(dāng)監(jiān)控項(xiàng)的監(jiān)控參數(shù)超過設(shè)定的預(yù)警值，系統(tǒng)會(huì)生成預(yù)警方案，并結(jié)合預(yù)警體系，給相關(guān)運(yùn)維人員發(fā)出警告。預(yù)警結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)生成相關(guān)的告警日志，記入數(shù)據(jù)庫。從效率上看，預(yù)警比告警顯得更快速，加快了處理運(yùn)維實(shí)務(wù)的速度，提高運(yùn)維的效率。成熟的運(yùn)維預(yù)警體系，不單單是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)的問題，更重要的是能預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障。監(jiān)控預(yù)警層通過豐富的圖形化展示方式呈現(xiàn)變電站、儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心站資源以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀況，提供有效的安全預(yù)警，減少資源和系統(tǒng)運(yùn)行故障的發(fā)生，降低事故造成的損失。

4 “多站融合”投入應(yīng)用

4.1 應(yīng)用情況

上海市35 kV 殷家浜變電站位于張江科學(xué)城，主變?nèi)萘繛?×31.5 MVA，周邊電力用戶已穩(wěn)定，未來不會(huì)有新增用戶，且有設(shè)備布置空間，適合作為“多站融合”試點(diǎn)站點(diǎn)。殷家浜站現(xiàn)狀負(fù)載率較高，通過配置一定的儲(chǔ)能可有效實(shí)現(xiàn)削峰填谷，減小站點(diǎn)峰谷差。采用模塊化數(shù)據(jù)中心裝備，更加有效地利用了“多站融合”站點(diǎn)面積資源和電能資源，提升上海試點(diǎn)機(jī)房的能效比。上海電力公司經(jīng)過充分的論證分析，選擇了35 kV 殷家浜變電站進(jìn)行“多站融合”試點(diǎn)工作，實(shí)現(xiàn)國網(wǎng)云之企業(yè)管理云與公共服務(wù)云在上海電力“多站融合”落地，進(jìn)行配電物聯(lián)網(wǎng)、CDN、綜合能源服務(wù)等多個(gè)創(chuàng)新應(yīng)用的試點(diǎn)[4]。通過部署“多站融合”運(yùn)維平臺(tái)，避免多個(gè)運(yùn)維主體，降低運(yùn)維復(fù)雜度，優(yōu)化“多站融合”運(yùn)維模式，簡化運(yùn)維工作，變被動(dòng)運(yùn)維為主動(dòng)運(yùn)維，提高運(yùn)維工作效率，為“多站融合”系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支撐和保障。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

在經(jīng)濟(jì)效益方面，通過“多站融合”智能運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)，快速滿足監(jiān)控需求，全面提升故障定位能力，縮短故障修復(fù)時(shí)間，減少故障損失，實(shí)現(xiàn)變電站、數(shù)據(jù)中心站、儲(chǔ)能站的一體化監(jiān)控、能源優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)全站運(yùn)行狀態(tài)的全景展現(xiàn)和故障聯(lián)合告警，保障“多站融合”系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效提高全站的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境適應(yīng)性，擴(kuò)展數(shù)據(jù)服務(wù)新型業(yè)務(wù)，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

4.3 社會(huì)效益

在社會(huì)效益方面，多站一體化融合運(yùn)維管理模式，對(duì)于“多站融合”場(chǎng)景下的變電站、數(shù)據(jù)中心站及儲(chǔ)能站的運(yùn)維具有直接或間接的借鑒指導(dǎo)作用，能有效提升具有“多站融合”特點(diǎn)的變電站、儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維效率?！岸嗾救诤稀钡脑O(shè)計(jì)利用變電站站址資源，建設(shè)“多站融合”，可以緩解建成城區(qū)的土地資源緊缺，有益于節(jié)約土地、節(jié)省投資，減少建設(shè)環(huán)節(jié)，優(yōu)化社會(huì)資源，提高社會(huì)的土地資源利用率，通過與智能電網(wǎng)的融合，切實(shí)推動(dòng)電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展。

5 展望

開展多站智能運(yùn)維平臺(tái)研究，實(shí)現(xiàn)多站系統(tǒng)的融合運(yùn)維、智能告警、智能定位、統(tǒng)一展現(xiàn)，有效地縮短了故障排除的時(shí)間，大大提高了問題解決的效率，提升“多站融合”的運(yùn)維效率。當(dāng)前智能運(yùn)維平臺(tái)檢測(cè)到運(yùn)維數(shù)據(jù)異常，仍然需要運(yùn)維人員對(duì)異常信息進(jìn)行人工檢查，確認(rèn)是否自動(dòng)執(zhí)行運(yùn)維知識(shí)庫生成的操作建議和執(zhí)行策略，以保證軟硬件系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。未來需要深入開展大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析技術(shù)、信息通信狀態(tài)評(píng)估技術(shù)、信息通信趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)的研究，針對(duì)歷史事件的聚類分析，針對(duì)當(dāng)前事件的異常檢測(cè)以及針對(duì)未來事件的趨勢(shì)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警和趨勢(shì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)多站系統(tǒng)運(yùn)維工作的自主決策分析，無需運(yùn)維人員的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)真正的無人值守、智能化運(yùn)維。