一種基于云平臺的水電廠智能信息預警系統

李 鶴，吳夢婷

（華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠，云南 景洪666100）

水電廠無人值班是現代水力發電廠的一種新型運行管理模式，建立在電力系統的發展、電力生產相關技術的進步、水電廠運行自動化水平提高的基礎上，是計算機自動化的具體體現[1]。處于無人值班運行模式的電站必須具備智能信息預警系統，以保證應急待命人員及其他相關人員能及時可靠自動接收電廠異常或故障報警信息。傳統的信息預警系統是基于2G網絡開發，以SMS短信方式實現，存在傳輸通道單一、信息延遲、傳輸信息數量受限等缺點，不能滿足無人值班模式下大中型水電廠需求，因此研究開發一種在智能化、通道配置多樣、實時性等方面均能滿足水電廠需求的智能信息預警系統顯得尤為必要。

1 原信息預警概述

隨著現代水電廠無人值班運行管理模式的推行，越來越多的電廠依賴于信息預警系統開展現場安全生產經營活動。基于2G網絡的SMS短信預警信息系統為各電廠提供了一個可實現異常或故障報警的平臺，在一定程度上提升了電廠的應急處置響應速度，縮短維護人員缺陷處理時間[2]，但是都是基于有人值班模式的，一旦進入無人值班模式，該系統將不能滿足現場生產經營的需求。以國內某大型水電廠為例，其投產后的信息預警系統就是采用移動短信貓實現的，至少存在以下幾點不足。

1.1 通道單一

該系統僅通過一路移動短信貓進行信息發送，當裝置故障時，生產報警信息無法及時反饋到相關運維人員。

1.2 延時高

短信貓發送的特點是通過專用的短信通道逐條發送，僅適用于報警信息較少的系統[3]，當報警信息較多時，信息傳輸速率會明顯降低，導致事故發生后報警信息不能及時發送至生產人員，不利于生產人員及時了解設備運行情況。

1.3 報警信息存在被攔截的風險

當前社會各種詐騙、廣告等信息泛濫，許多信息均通過移動偽基站或短信貓大量群發，給社會造成不良影響。對于這種群發信息，運營商通常會采取相應措施進行攔截，當我廠運行設備異常或故障時，各種生產報警信息也會通過短信貓進行群發發送至相關人員手機，基于這種情況，生產信息很可能被運營商誤當作垃圾信息攔截。

1.4 傳輸信息數量受限

該系統僅能處理和傳輸420條報警信息，一旦超出該數量系統將自動報錯退出，而一個大型水電廠的報警信息一般在上萬條左右。

1.5 處理信息類型單一

該系統僅能處理開關量報警信號，無法對模擬量、溫度量信號進行處理，同時不具備信號綜合分析功能，智能化程度低。

1.6 不具備歷史數據查詢統計功能

該系統僅能實現實時發送預警信息，無法存儲歷史數據，不具備數據統計和查詢功能。

2 智能信息預警系統介紹

水電廠智能信息預警系統是依托于阿里云平臺和電廠計算機監控系統相關接口的一款具有針對性、實用性的軟件，該軟件嚴格按照電力系統相關標準和二次安全防護管理標準設計和實施，充分保證系統的開放性和安全性，通過計算機監控系統接口獲取電廠報警信息，再通過阿里云平臺將信息進行分發。阿里云平臺作為新興的大數據平臺，提供大數據計算服務、分析性數據庫等服務，允許開發者使用相關接口及部署相應程序[4]。

2.1 系統框架結構

該系統框架結構主要分為計算機監控系統信息采集服務、預警分發服務、數據庫及文件同步服務、WEB管理后臺、即時通信服務等幾個模塊。該系統的設計構架如圖1所示。

圖1 水電廠智能信息預警系統構架圖

（1）系統最底層監控信息采集服務，采用UDP監聽的方式，獲取計算機監控系統定時發送的設備狀態信息，采集服務進行比對后，將設備狀態變的信息通過TCP協議發送給預警分發服務。

（2）預警分發服務根據管理后臺設置的發送規則，對預警信息分析后進行分發；并實時記錄預警信息；預警信息的分發通過外網服務器信息分發服務進行；預警內網分發服務與外網分發服務通過TCP協議連接，實時傳遞。

（3）數據庫及文件同步服務，用于監控內網服務器數據庫變更，實時同步給外網服務器數據庫，同步Oncall系統后臺上傳的點表附件，同步至外網服務器，用于手機端查看。

（4）Web管理后臺，用于管理系統通信點表信息、配置各通信點信號發送的重要程度級別、并根據級別設置預警信息發送的規則，如發送時間段、發送條件、采用的發送方式等（含短信、語音通知、手機APP、即時通信消息等）。

（5）即時通信服務；采用阿里云平臺進行短信息、語音通知、APP消息發送等；采用騰訊公司的RTX即時通信進行PC端消息發送。

2.2 開發平臺及數據庫選型

本系統采用C/S和B/S兩種架構，內網服務器和外網服務器分別配置了數據庫，用于存放接收到的計算機監控系統信息。系統運行時，內網服務器通過與監控系統站內通信機接口實時采集監控系統信息，存于本地數據庫，再通過對信息的分析、綜合處理后發送至外網服務器，外網服務器通過與阿里云平臺接口、RTX即時通信將信息等進行APP消息推送、短消息推送等。

本系統滿足電力監控系統二次安全防護要求，在內網服務器與計算機監控系統之間配置了防火墻，在內、外網服務器之間配置了橫向物理隔離裝置。其網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 水電廠智能信息預警系統網絡拓撲圖

本系統采用C#、PHP語言作為開發平臺，C#語言是一種語法簡單，類型安全的面向對象的編程語言，與Web緊密結合，與其他語言兼容性好[5]。PHP語言是一種通用開源腳本語言，支持幾乎所有流行的數據庫及操作系統[6]。在數據庫選型上主要考慮了數據庫的維護簡單方便，數據存儲和傳輸安全性[7]，易于事故恢復，容量足夠，提供實用方便的開發維護工具，且經濟性強，綜合這些原則，選擇了MySQL做為核心數據庫。

2.3 系統接口

本系統接口分為數據庫同步接口、文件同步接口、預警信息分發接口。

（1）數據庫同步接口。接口協議端口8801，數據庫同步功能采用TCP協議通過獨立端口進行發送。由數據庫同步客戶端監聽日志，獲取數據庫變更的binlog日志sql文件，發送給外網同步服務器端，外網同步服務器端接收到sql后執行該sql語句。協議發送緩沖區長度：不定長，每條sql語句采用換行符“ ”分隔。

（2）文件同步接口。接口協議端口8802，文件同步客戶端監聽指定文件夾，監聽文件的創建、變更和刪除事件。并根據事件發送相應的變更指令和文件數據，由外網同步服務端進行接收。

（3）預警信息分發接口。接口協議端口8800，消息分發功能采用TCP協議通過獨立端口進行發送。分為短消息、語音信息、APP消息、PC消息。

3 智能信息預警系統功能

本系統功能分為預警信息管理和系統設置管理2大模塊。

3.1 預警信息管理

預警信息管理模塊主要用于實現按不同的設備將預警信息進行分類，對預警信息設置不同的預警級別，對預警信息設置不同的推送方式，歷史信息查詢，預警信息綜合分析處理及預警信息導入導出功能。

3.2 系統設置管理

系統設置管理模塊主要用于實現用戶管理、用戶分組管理、值班設置、組織機構設置、系統參數設置功能。

4 智能信息預警系統特點

（1）系統實時性高。采用RTX即時通信和阿里云平臺兩種通信方式相結合，同時進行APP信息推送和短消息推送，徹底解決了基于2G網絡的SMS短信息推送延遲高的問題，滿足了無人值班模式水電廠對于預警信息實時性的要求。

（2）系統兼容性好。系統采用模塊化開發，向上兼容多種監控系統，并同時提供開放式接口，可實現與其他系統，如OA、ERP、MIS等系統的無縫對接。

（3）系統通道配置多樣。該系統配置了網絡通道、移動/電信4G通道，解決了原有系統僅依賴于一路移動短信通道的弊端。

（4）系統智能化程度高。該系統在采集了監控系統信息后，可實現對信號的綜合報警、分級發送、人員配置、圖紙關聯、自動過濾、延遲觸發、信息及語音推送等功能。系統不僅能處理開關量報警信號，還能處理模擬量、溫度量信號。

（5）系統容量大。該系統可同時滿足10萬點以上的信息處理和存儲，滿足無人值班模式水電廠對于預警信息存儲性的要求。

（6）具備歷史數據查詢功能。該系統能夠滿足3年內的歷史數據查詢，用戶可根據關鍵字、時間段、特定預警信息、接收人員等進行多種不同查詢方式。

5 軟硬件運行平臺

水電廠智能信息預警系統要求的軟硬件環境如下：

（1）硬件環境。服務器：一般的機架式服務器即可，（8 G內存、500 G硬盤，雙供電配置）；網絡硬件：TCP/IP網絡，配置雙網卡；防火墻：一般的防火墻即可；橫向物理隔離裝置：滿足國家二次安全防護要求的產品即可。

（2）軟件環境。服務器：Windows 2008 64位操作系統，MySQL5.1及以上版本數據庫及相應數據庫管理工具。手機APP終端：IOS或Android系統均可。

6 智能信息預警系統應用效益及意義

本智能信息預警系統主要基于云平臺和計算機監控系統開發，采用UDP監聽的方式，實現了預警信息的智能化、實時性和高效率，幫助運行維護人員第一時間掌握現場安全生產狀況，提高人員應急處理能力，對無人值班模式下的大中型水電廠具有十分重要的作用。

目前，該系統已經在國內某大型水電廠上線運行近一年時間。根據運行數據統計，預警信息的實時性由原來的30 s左右延遲縮減到了2 s左右延遲，效率提高了15倍，明顯提升了水電廠現場的安全生產把控和事故應急處理能力。

7 結語

無人值班管理模式是今后水電廠運行的發展方向，智能信息預警系統可以為處于無人值班模式下的水電廠安全運行提供技術保障。如何提升信息預警系統的智能化、實時性、兼容性是困擾水電廠運維人員的一道難題。基于云平臺開發的信息預警系統很好的解決了這道難題，在智能化、實時性、兼容性方面遠遠超過傳統的SMS短信息預警系統，對現場安全生產有良好的實用性，對水電廠提高安全生產效率起著積極和有益的作用。