基于PAM平臺的輸配電一體化系統設計

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(1.國網廈門供電公司，廈門　361000；2.國網泉州供電公司，福建　泉州　362000)

1　前言

系統是工程八大應用中最大且最復雜的應用之一。隨著實用化過程及各類應用的深入，其功能仍在不斷完善中[1]。為實現電網生產管理真正意義上的信息系統，提出了其建設目標是：首先是以電網構架的設施為基礎，結合信息科學技術領域，形成垂直一體化的生產管理綜合信息平臺，在全國實現統一標準；達到集中統一管理生產管理信息的目標，完整互聯各級系統，滿足公司發展要求；實現生產運行、設備管理、日常管理等各個方面的工作，使整個電網的生產形成一個緊密聯系的快捷系統[2-3]。

由于目前在配網業務功能這一塊的建設，PMS系統并未完善，各局配網還是使用原先獨立開發的生產管理系統，只是在PMS系統中通過數據抽取方法實現與省公司及國網的垂直接入[4]。現階段公司各單位普遍使用獨立開發的配網管理信息系統，在建設中缺少統一規范和應用系統的統一標準，這和主網的信息系統建設水平是不協調的[5]。

鑒于目前存在的問題，本文在系統設計的基礎上，對系統所需各種數據進行了準備和割接，并先期部署了合理的硬件平臺，最終基于PAM平臺實現了整個系統，并對系統各模塊的各種流程進行了說明。最終該系統實現了統一的業務流程、業務規范，以及統一的數據結構、信息模型，建設實現了輸配電業務高效處理的公共支撐平臺。

2　系統架構設計

系統設計的三大基本原則為基于組件開發、基于模型和建立開放標準訪問機制[6]。基于組件開發是綜合多種優秀設計思想和實踐的產物。基于組件的技術模型，可以在不更新整個應用的情況下，安裝和升級組件。基于模型就是要求生產管理應用平臺應該基于科學的、契合業務特點的、標準的、開放的業務對象模型。為了使電力公司的其他應用能夠提取得到各類分析數據、基礎數據和事務數據有必要監理電力生產業務數據中心。這種服務的直接要求就是生產應用平臺應該具有良好的通用訪問機制，這是生產業務數據中心應用的關鍵。開放、標準的接口訪問體系意味著應用平臺必須一方面支持開放接口技術表現型式，另一方面遵循業務模型標準[7]。這是打破信息孤島，拋棄點對點接口方式，實現統一業務數據中心的關鍵。

PAM平臺具有電網圖數模一體維護的工具，如電網建模、GIS平臺、基本數據維護及使用的服務等，同時也具有應用開發框架、權限系統、工作流管理等基本支撐功能。PAM 平臺的總體架構包括業務架構、應用架構、數據架構、技術架構、物理架構、安全架構和應用集成等。PAM 平臺的總體架構如圖1所示。

圖1　系統總體架構

業務架構是結合電網拓撲分析、圖形服務等業務需求，分析歸納各類電網基礎數據如電網資源、設備、量測以及地理數據后,設計形成的業務功能體系，滿足各類系統對數據操作的需求，并在業務發展過程中根據需求形成相應的業務模型。應用架構主要有七個組成部分：電網模型管理，電網設備管理及電網基本變更服務，電網設備服務和空間信息服務、拓撲服務等，典型應用框架，數據架構，技術架構與桌面及Web應用使用的技術體系，物理架構[8]。應用架構、數據架構、技術架構和物理架構設計如下：

(1)按照PAM 平臺定位，應用架構抽象出各業務模塊的總體需求，通過分析設計后劃分各應用的功能范圍及關系，將PAM 平臺的應用架構劃分為上述七大管理模塊。PAM 平臺的應用架構如圖2所示。

圖2　應用架構

(2)PAM 平臺的數據包括電網資源數據、設備(資產)的數據、測量數據、空間數據、拓撲數據、地理數據、管理數據及文檔數據。電網資源數據主要通過存儲在數據庫中的各類應用的資源空間數據、資產間關系數據，經由不同的關鍵字與資源屬性和拓撲數據進行關聯，實現對設備信息的準確描述。電網設備數據主要包括電網資產參數、關系數據以及參數模版的資產數據。電網拓撲數據反映了電網設備間的關系模型，通過圖形對數據進行自動操作和維護。平臺管理數據，包括地圖切片配置、平臺模型、權限、日志和工作流等的管理數據。所有數據均統一部署在省公司中。除地理基礎數據存儲在SMALLWORLD中外，其他所有數據均存放在ORACLE數據庫中。

(3)從總體來看，技術架構可以從下到上劃分為數據層、數據訪問層、應用邏輯層、應用服務層、表現層等五個層次。數據層是物理存儲層，提供在平臺中管理的各類數據的存儲；數據訪問層為存儲的數據提供訪問的統一接口；在此基礎上，應用邏輯層才能建立各種組件，提供管理圖形和設備的功能；然后在應用服務層將這些組件封裝為服務，以便各類業務應用調用，并通過表現層展現給用戶。總體技術架構如圖3所示。

(4)在全省集中的硬件部署模式下，原則上地縣公司不再需要保留服務器主機設備，而是直接通過省公司集中維護和管理所部署的各個主機,部署方式如圖4所示。

圖3　技術架構

在“省公司-地市局”和“地市局-分縣局”的網絡帶寬和延遲能夠保證的前提下(省公司到每個地市局1Gbps的專享帶寬)，原則上，不需要在地市局和分縣局部署圖形服務器。只有當網絡帶寬不大或不穩定時，可以部署緩存圖形服務器(Smallworld的持久高速緩存服務器)，以提高基礎地理信息的訪問速度。

圖4　物理架構

3　系統設計與開發

3.1　硬件設計

電網GIS服務平臺采取全省集中硬件部署，所有服務器都在省公司集中維護和管理,部署方法如圖所示。省公司到地市局的主網網為1Gbps。地市局到大部分的分縣局的主干網也是1Gbps。GIS平臺物理部署示意圖如圖5所示。

圖5　GIS平臺物理部署示意圖

針對電網實際情況適當調高單臺服務器的CPU數量和內存配置容量，各服務器的硬件配置如表1所示。

表1　服務器配置情況表

每臺Oracle和Smallworld服務器的本地磁盤配置為2 塊146GB 硬盤，采用RAID1 冗余方式保證可靠性。對于電網GIS應用服務器，考慮到需要在本地磁盤進行一些數據的緩存，適當增加硬盤的容量配置為4塊146GB硬盤，采用RAID5冗余方式保證可靠性和吞吐性能。

3.2　軟件設計

電網數據庫由數據庫、商用數據庫(Smallworld VMDS)、背景地圖切片文件等三部分組成，如圖6所示。Oracle數據庫存儲系統管理數據，電網資源的圖形、拓撲、基本屬性等。Smallworld中包含三部分基礎地理信息，一部分是電子地形圖資源，包括省市范圍1∶10000地形圖；城區、重點鄉鎮的1∶500地形圖等；一個部分是衛星和航空拍攝正射影像數據，索引和存儲使用Smallworld平臺提供的金字塔方式進行；另外一部分是三維地表數字高程數據(DEM)。為了加快背景地圖發布，根據固定尺寸(例如256×256像素)，采用切片技術對常用的背景地圖和衛星影像按照指定的圖層比例和顯示方式進行渲染后切割，Web服務將保存在文件服務器的圖片文件發布出來，通過相關應用功能和圖形客戶端對背景地圖進行合成及拼接。

圖6　GIS數據庫組成圖

通過對模型關系、圖元符號、顯示樣式、平臺權限、日志和地圖等功能的有效管理，平臺支撐應用在維護資源、提供空間信息服務、搭建典型應用框架和高級GIS應用等方面提供了大力支持。

平臺通過應用服務引擎，經由ESB發布的空間信息服務和典型應用框架等組件對外提供服務，如圖7所示。

客戶端主要由地縣局用戶使用，采用C/S方式運行、管理和維護，客戶端在一定程度上利用了各地縣多年的應用開發成熟成果，結合全省集中和輸變配一體化的需求進行改造，較好地實現了對電網資源、圖形和資產的圖形展示、流程管理的運行和維護。管理客戶端的架構如圖8所示。

圖8　C/S方式圖形管理結構圖

4　實現系統一體化架構

某電力企業GIS平臺沿著總體技術路線分步實施、逐步過渡、實現改造。

第一階段，完成省級集中部署GIS數據庫和應用服務器；完成空間信息服務的基礎模塊封裝和典型應用框架的基礎模塊開發；改造PMS的輸電GIS模塊，將空間和拓撲數據存儲于電網GIS數據庫中，并調用PMS服務實現設備臺帳維護；保留各個地市局的配電GIS系統，完成地市局配電GIS數據和圖形到GIS平臺同步接口開發；實現輸配電GIS服務與生產、營銷業務應用的基礎功能集成。

第二階段，根據典設對輸配電GIS客戶端進行功能改造和完善，并將配電GIS客戶端改造為全省大集中部署模式；進一步完善和豐富空間信息服務和典型應用框架的功能模塊，優化信息傳輸量和網絡帶寬。

第三階段，完成全省大集中部署的配電GIS在試點地市局的建設，并逐步遷移各地市局現有獨立運行的配電GIS至全省GIS平臺；將GIS平臺服務與生產、營銷的查詢、缺陷、工作票、停電計劃等模塊進行深度集成。

平臺與各類業務應用的集成，一是各業務應用提供可供調用的服務，由平臺對其中的資源數據進行管理和維護，二是平臺為業務系統提供各類空間信息服務。

圖9　平臺與業務系統關系圖

5　結論

本文旨在建立一個統一、規范的輸配電生產管理系統，為電力企業生產職能部門和所有基層運行單位提供共同的信息平臺以促進生產管理工作，實現數據格式統一、信息資源共享、業務流程規范透明。

本文在系統設計的基礎上，對系統所需各種數據進行了準備和割接，并先期部署了合理的硬件平臺，最終基于PAM平臺實現了系統一體化架構，最終該系統實現了統一的業務流程、業務規范，以及統一的數據結構、信息模型，建設實現了輸配電業務高效處理的公共支撐平臺。

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