智能電網(wǎng)中的配電運維一體化研究

付娟娟

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州供電分公司，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，要突破傳統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)思路，利用現(xiàn)有的信息技術(shù)與資源條件，實現(xiàn)配電環(huán)節(jié)的智能化轉(zhuǎn)型。丁振偉、青鶴鵬等人指出，在電力企業(yè)構(gòu)建具有更高經(jīng)濟效益、更高效電力系統(tǒng)運行模式的背景下，配電運維一體化成為了電網(wǎng)工作轉(zhuǎn)型的最優(yōu)選擇。它既能夠保障電力系統(tǒng)工作的安全性與穩(wěn)定性，又能夠給用戶提供更高質(zhì)量的供電服務(wù)，滿足社會的用電需求[1]。因此，本文在現(xiàn)有配電運維一體化研究背景下，以軟件工程理論及方法為指導(dǎo)，以Java Web開發(fā)技術(shù)、Spring MVC框架技術(shù)等信息技術(shù)為支撐，設(shè)計一種新的配電運維一體化系統(tǒng)，以提高配電運維一體化運行的穩(wěn)定性，推動電力企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[2]。

1 配電運維一體化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)需求性分析

基于對電力企業(yè)傳統(tǒng)配電運維管理的工作分析，創(chuàng)新后的配電運維一體化系統(tǒng)應(yīng)滿足地理信息展示、運維管理、消息管理、數(shù)據(jù)管理以及系統(tǒng)管理5個方面。一是地理信息展示，負責(zé)明確電網(wǎng)系統(tǒng)下各配電網(wǎng)的工作區(qū)域與供電范圍，為配電運維一體化管理提供信息支持。二是運維管理，負責(zé)完成配電運行中的運維信息管理、運維項目管理、檔案管理以及人員定位等基礎(chǔ)功能。三是消息管理，負責(zé)匯總電網(wǎng)運行時的各類消息，完成消息的實時推送。四是數(shù)據(jù)管理，負責(zé)采集配電網(wǎng)中各類設(shè)備運行的實際數(shù)據(jù)，并具有觸發(fā)報警的相關(guān)參數(shù)，使系統(tǒng)能準確判定各設(shè)備的健康狀態(tài)，確保供電工作順利進行[3]。五是系統(tǒng)管理，負責(zé)完成對配電相關(guān)基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)的管理，包括用戶管理、角色管理、系統(tǒng)設(shè)置、版本信息4個部分。其中，用戶管理主要負責(zé)對配電網(wǎng)系統(tǒng)用戶進行注冊、登錄、修改、信息維護等管理功能，并為不同等級用戶提供相應(yīng)的操作權(quán)限。

1.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

為滿足配電運維一體化系統(tǒng)的功能需求，在Java Web開發(fā)技術(shù)、Spring MVC框架技術(shù)等信息技術(shù)支持下，設(shè)計了包含存儲層、規(guī)約層、實現(xiàn)層、注入層以及應(yīng)用層的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示[4]。

圖1 配電運維一體化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

其中，Demo.Core為一體化系統(tǒng)中的核心程序集，包括業(yè)務(wù)邏輯接口、數(shù)據(jù)訪問接口以及實體類接口。Demo.Manangers和Demo.Daos分別為業(yè)務(wù)邏輯層的具體實現(xiàn)和數(shù)據(jù)訪問層的具體實現(xiàn)，且Demo.Daos在系統(tǒng)運行時可根據(jù)數(shù)據(jù)庫類型的不同進一步確定瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）、客戶機/服務(wù)器（Client/Server，C/S）混合場景下的層次架構(gòu)方案[5]。Demo.IoC是以工廠模式為基礎(chǔ)，以反射方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效注入。Demo.WebUI為瀏覽器端界面，包含配電系統(tǒng)運行的各類數(shù)據(jù)，有著統(tǒng)一的界面規(guī)范。Demo.Controllers以MVC思想為基礎(chǔ)，可為一體化系統(tǒng)交互提供技術(shù)支持。Demo.WebService負責(zé)對外發(fā)布Web服務(wù)，供移動端或其他程序調(diào)用。Demo.ClientUI為一體化系統(tǒng)的用戶界面，包括個人計算機（Personal Computer，PC）端與手機客戶端2個部分。

1.3 系統(tǒng)服務(wù)架構(gòu)

基于配電網(wǎng)運維一體化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與功能需求，服務(wù)架構(gòu)可劃分為數(shù)據(jù)庫、通用構(gòu)建層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、服務(wù)總線以及應(yīng)用層5個部分，如圖2所示。其中，數(shù)據(jù)庫主要負責(zé)存儲配電網(wǎng)運行過程中的各類數(shù)據(jù)信息，涵蓋結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。通用構(gòu)建層是通過對流程引擎、公式管理等構(gòu)件的綜合管理，利用組建的方式為一體化系統(tǒng)提供功能支持。業(yè)務(wù)服務(wù)層包括核心服務(wù)（如知識管理服務(wù)、系統(tǒng)安全服務(wù)）和專項服務(wù)（如流程服務(wù)、個人辦公服務(wù)等）兩大類型，為用戶操作提供業(yè)務(wù)平臺。服務(wù)總線即依托AIOps平臺，實現(xiàn)應(yīng)用層與其他應(yīng)用層的信息傳遞。應(yīng)用層包含了系統(tǒng)功能需求中的各項業(yè)務(wù)功能，并以模塊化形式呈現(xiàn)，使業(yè)務(wù)功能具有良好的可擴展性能，為后期業(yè)務(wù)升級提供了技術(shù)空間。

圖2 配電運維一體化系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)

2 配電運維一體化系統(tǒng)功能設(shè)計

選擇配電運維一體化系統(tǒng)中運維管理功能、數(shù)據(jù)管理功能以及系統(tǒng)管理功能詳細闡述一體化系統(tǒng)功能設(shè)計思路。

2.1 運維管理功能

因為配電運維一體化系統(tǒng)中運維管理功能的核心任務(wù)為維持配電網(wǎng)的正常運行，所以在對運維管理功能進行設(shè)計時，將工作流程分為了3大部分。第一部分為故障報修。當配電運維一體化系統(tǒng)獲取到配電網(wǎng)工作時的異常數(shù)據(jù)或是巡檢人員正常工作反饋后，運維平臺會將配電網(wǎng)中需要報修設(shè)備的相關(guān)信息錄入平臺，并可根據(jù)不同的權(quán)限進行后續(xù)的報修派工調(diào)度工作。第二部分為計劃審批。當報修計劃生成后，需要由主管領(lǐng)導(dǎo)確定報修是否符合實際情況與工作流程并進行審批，待審批確認后，一體化系統(tǒng)才會執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)派工作流程。第三部分為運維任務(wù)。一體化系統(tǒng)會根據(jù)配電網(wǎng)運行實際情況建立設(shè)備維護保障計劃，提前設(shè)定需要維護的內(nèi)容與時間，到期自動生成運維任務(wù)下發(fā)維修人員，確保配電網(wǎng)正常運行。詳細工作流程如圖3所示。

圖3 運維管理功能工作流程

2.2 數(shù)據(jù)管理功能

數(shù)據(jù)管理功能為配電運維一體化系統(tǒng)應(yīng)用層中的核心功能，以下以報警信息功能與實時數(shù)據(jù)功能為例，闡述其設(shè)計思路。

2.2.1 報警信息功能

一體化系統(tǒng)報警信息功能的設(shè)計是以配電室設(shè)備運行故障實時監(jiān)控為基礎(chǔ)，通過實時匯總配電網(wǎng)運行的數(shù)據(jù)信息，將報警規(guī)則劃分為遙測量報警、遙信息量報警、支持向量機模型預(yù)警3種模式。這既涵蓋了配電網(wǎng)運行中可能出現(xiàn)的所有故障類型，又實現(xiàn)了對故障的精準預(yù)測，可在故障發(fā)生前進行告警，達到提早發(fā)現(xiàn)、提早干預(yù)的根本目的，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的智能化管理。

2.2.2 實時數(shù)據(jù)功能

實時數(shù)據(jù)功能主要包括3個部分。第一部分為對配電系統(tǒng)的監(jiān)測。通過實時監(jiān)測配電網(wǎng)線路線電壓、相電壓、有功功率等數(shù)據(jù)，為運維人員了解配電系統(tǒng)狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支撐。第二部分為對配電設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測。通過實時監(jiān)測配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備狀態(tài)，如斷路器的開合狀態(tài)、斷路器的故障狀態(tài)、柜門的開關(guān)狀態(tài)等，為運維人員判定設(shè)備運行情況提供數(shù)據(jù)支撐。第三部分為對環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測。通過實時監(jiān)測配電室、開關(guān)柜等多區(qū)域的環(huán)境參數(shù)（包括溫度、濕度等），確保配電設(shè)備處于正常工作環(huán)境。

3 配電運維一體化系統(tǒng)應(yīng)用測試

3.1 測試方案

為驗證所提配電運維一體化系統(tǒng)的運行效果，采用系統(tǒng)集成測試（System Integration Testing，SIT）與單元測試自動化（Unit Test Automation，UTA）測試法測定配電運維一體化系統(tǒng)。測試所選用的服務(wù)器主機型號為Intel i5 4 核處理器、Web服務(wù)組件選用的是MicrosoftⅡS5.0。

3.2 測試結(jié)果

SIT測試與UTA測試的測試結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 SIT測試結(jié)果

表2 UTA測試結(jié)果

從表1和表2的實際測試結(jié)果可以看出，所提配電運維一體化系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，在功能性測試中，無論是頁面操作功能、信息設(shè)置類功能還是數(shù)據(jù)接收類功能，成功率都能達到95%以上，甚至在整體性能測試中，系統(tǒng)成功率可達到100%。由此可見，所提配電運維一體化系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性，不僅具備遠程監(jiān)控、分析數(shù)據(jù)、指令操作、故障預(yù)測等功能，而且各項功能運轉(zhuǎn)正常，大幅度縮短了應(yīng)急響應(yīng)時間，提高了配電管理智能化水平與工作效率。

4 結(jié) 論

在配電網(wǎng)絡(luò)智能化、自動化發(fā)展背景下，配電運維一體化系統(tǒng)以電力技術(shù)為基礎(chǔ)，利用Java Web開發(fā)技術(shù)、Spring MVC框架技術(shù)等信息技術(shù)實現(xiàn)了對電網(wǎng)系統(tǒng)的實時監(jiān)控、配電調(diào)度以及日常維護，極大提高了電力企業(yè)的運行效率，減輕了運維人員的工作壓力，推進了我國電力企業(yè)的智能化發(fā)展。