移動互聯(lián)網(wǎng)技術在電力調(diào)度系統(tǒng)中的應用*

程 正，吳 鍵，葉 菁，葉鐘海，李小銳

(國網(wǎng)江西省電力有限公司,江西 南昌 330077)

隨著信息技術的飛速發(fā)展,無線網(wǎng)絡通信、多媒體處理等技術水平逐步提升,充分應用智能移動終端的便攜性、強大的信息處理能力對復雜龐大的信息業(yè)務進行處理,有效降低了人工業(yè)務處理的繁瑣程度,大大提升了工作效率。基于移動終端的業(yè)務處理方法將成為未來信息技術發(fā)展的一種必然趨勢[1-3]。

國內(nèi)外研究學者對于智能移動技術的應用展開了大量研究。王躍等[4]從技術范疇、技術架構、技術屬性、技術發(fā)展以及技術趨勢等維度探討移動智能終端操作系統(tǒng)技術的整體發(fā)展,指出形成面向泛終端的統(tǒng)一操作系統(tǒng)已成為一種大趨勢；袁彬等[5]從語音識別、語音合成以及語義理解技術3 個方面分析應用于移動智能終端中的語音交互技術的發(fā)展現(xiàn)狀,提出當前語音交互技術中存在的一些技術難點,并分析其發(fā)展趨勢；潘娟等[6]闡述了移動智能終端作為移動互聯(lián)網(wǎng)交互的重要組成部分,并對安全性能方面面臨的問題,提出了相應的應對措施,包括:檢測平臺建設、基礎安全技術建設和管理體系建設等；符晨曦等[7]設計一種基于智能移動終端的家庭成員安全監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了移動互聯(lián)網(wǎng)、智能終端操作系統(tǒng)、GNSS 定位、地理圍欄等技術,實現(xiàn)對被監(jiān)護者的實時定位和測速,并根據(jù)被監(jiān)護者行為對被監(jiān)護者的安全狀態(tài)進行判斷并自動發(fā)出預警。該系統(tǒng)功能完善,性能穩(wěn)定,有良好的應用價值和應用前景；劉武等[8]設計了一種基于移動智能終端管理的遠程安防系統(tǒng)(RMAS-MIT),其由前端視頻采集系統(tǒng)、預處理、數(shù)據(jù)傳輸、處理控制中心以及報警系統(tǒng)組成。處理中心對所采集到的圖片進行識別、分析與診斷,若診斷為異常情況,則觸發(fā)報警并給出詳細的故障分析以及解決方案,實現(xiàn)了對重要場所進行實時移動安全監(jiān)控；陳波等[9]基于移動智能終端和快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術,分別研發(fā)了地震動參數(shù)區(qū)劃圖APP(Android 和IOS 版)及B/S 架構的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),實現(xiàn)了對新一代區(qū)劃圖所涉及的“四級地震作用”、“土層影響雙參數(shù)調(diào)整”等技術方法進行無紙化、自動化和智能化處理；Yang等[10]提出了一種基于Android 移動終端的農(nóng)業(yè)蟲害智能診斷系統(tǒng),構建了一個通用的、易于二次開發(fā)且人機交互技術成熟的數(shù)據(jù)庫和應用程序開發(fā)環(huán)境,測試結(jié)果顯示該系統(tǒng)具有便攜性好、界面友好、網(wǎng)絡無限制等優(yōu)點,在實際生產(chǎn)中為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了良好的效益。

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模逐漸擴大,電網(wǎng)結(jié)構日漸復雜,在電網(wǎng)電力調(diào)度管理過程中,對及時、全面掌握電網(wǎng)運行狀態(tài)提出了更高的要求,建設基于移動通信技術的電力調(diào)度系統(tǒng)是電網(wǎng)運行管理規(guī)劃以及信息化發(fā)展的必然趨勢。目前關于移動通信技術在電力領域應用的相關研究較少。因此,利用移動通信技術的信息傳輸量大、高效便捷等優(yōu)勢,將其與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)相結(jié)合,通過對智能移動平臺的移動通信、平臺管理以及安全控制等關鍵技術進行研究,構建基于移動平臺的電力調(diào)度系統(tǒng),以解決傳統(tǒng)電力調(diào)度流程繁瑣、時效性差、效率低等問題。

1 基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力調(diào)度系統(tǒng)

基于移動平臺電力調(diào)度系統(tǒng)的總體框架如圖1所示,主要由調(diào)度核心系統(tǒng)和調(diào)度移動通信服務平臺兩部分組成,調(diào)度移動通信服務平臺又分為電力調(diào)度移動通信服務器和移動通信設備兩部分。基于移動通信網(wǎng)絡和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),調(diào)度移動通信服務平臺經(jīng)由電力調(diào)度移動通信服務器將調(diào)度核心系統(tǒng)傳來的調(diào)度指令及相關調(diào)度信息實時地傳送到各個移動通信設備中,實現(xiàn)調(diào)度指令的快速下達、配調(diào)工作人員的移動化作業(yè)及現(xiàn)場操作的實時監(jiān)控[11]。調(diào)度移動平臺具有較好的靈活性和擴展性,能夠兼容來自不同廠家的第三方應用軟件的接入,并對第三方應用軟件進行統(tǒng)一化管理,提供了完備的安全控制和系統(tǒng)維護等支持服務,能夠適應不斷擴大的電網(wǎng)運行管理業(yè)務需要。

圖1 系統(tǒng)總體框架

2 電力調(diào)度系統(tǒng)移動互聯(lián)網(wǎng)關鍵技

術研究

基于移動平臺的電力調(diào)度系統(tǒng)應具備相對獨立、靈活、易擴展的基本特性,為此采用多層次的體系結(jié)構對系統(tǒng)進行構建,每層基于面向?qū)ο竽Ｊ?各層次間緊密聯(lián)系形成一個有機整體。

2.1 移動通信設備

移動通信設備,即基于移動平臺電力調(diào)度系統(tǒng)的移動端,其主要功能是使配調(diào)人員能夠在現(xiàn)場及時接收調(diào)度指令、對現(xiàn)場操作情況的實時掌控、實現(xiàn)移動化作業(yè)、與指揮中心進行實時信息交流等,這對移動端人機交互界面的性能提出了較高的要求,主要體現(xiàn)在應用版本的開發(fā)和可視化技術這兩方面,移動端設計所涉及的關鍵技術如圖2 所示。

圖2 移動端設計關鍵技術

目前市場上智能手機、平板電腦等智能移動終端廣泛使用的操作系統(tǒng)主要有2 類,即IOS 系統(tǒng)和Android 系統(tǒng)。因此,需要分別對IOS 和Android 這2 種操作系統(tǒng)采用對應的開發(fā)工具和編程語言進行客戶端應用軟件的開發(fā),使這2 大類移動端設備具有相同的操作權限和功能應用,能夠穩(wěn)定運行。

此外,對于不同的智能移動終端,其屏幕大小、分辨率等可視化界面存在差異,因此,在對移動端進行建設時,還需要重點考慮可視化技術,確保不同移動端所使用的操作界面一致,提升用戶在視覺和性能上的體驗。

目前,HTML5 作為發(fā)展較為成熟的技術,在智能移動終端中受到廣泛應用,其具備跨平臺特性及強大的Web 圖形展現(xiàn)功能,對不同操作系統(tǒng)具有良好的兼容性,大大地節(jié)約了移動端設備在時間與經(jīng)濟上所花費的成本,應用HTML5 的異步通信機制和圖層表現(xiàn)技術,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和表現(xiàn)的分離,如GIS信息、可縮放矢量圖形等展示[12]。利用HTML5 在客戶端緩存機制存儲底圖文件,能夠?qū)Φ讏D的本地緩存及展示,再通過對圖形進行數(shù)據(jù)刷新,不僅實現(xiàn)了邏輯上圖數(shù)關聯(lián)的展示效果,還能夠確保系統(tǒng)的運行性能[13]。將HTML5 技術應用于移動通信設備終端中,使得用戶能夠通過客戶端軟件實時并全面地掌控電網(wǎng)運行狀況以及調(diào)度管理信息。因此,采用HTML5 進行基于移動平臺電力調(diào)度系統(tǒng)可視化技術開發(fā)是必然選擇。

2.2 移動通信網(wǎng)絡

大量的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),如實時數(shù)據(jù)、巡檢圖片等,通過移動通信網(wǎng)絡在移動通信設備和調(diào)度移動平臺之間傳輸,數(shù)據(jù)信息的流暢交互是基于有效的通信手段而建立[14]。移動通信網(wǎng)絡主要借助三大通信運營商的無線網(wǎng)絡實現(xiàn)通信,隨著GPRS、3G、4G 通信技術的不斷成熟,極大地解決了網(wǎng)絡通信卡頓、通信費用高等問題,大大地提升了數(shù)據(jù)的傳輸效率。滿足電力調(diào)度系統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡要求的成熟技術主要有虛擬專用網(wǎng)絡(Virtual Private Network,VPN)和接入點名稱(Access Point Name,APN),都是基于專用網(wǎng)絡進行訪問。

VPN 技術相比于APN 技術,其優(yōu)勢在于自定義開發(fā)支持較好,無需切換網(wǎng)絡,通信成本低,但安全性沒有APN 高。因此,對于各移動通信設備間的通信,主要通過VPN 通道進行,而在與移動通信平臺進行數(shù)據(jù)連接時,為保證數(shù)據(jù)安全和功能可靠,需通過VPN 服務器認證后,采用APN 通道形式訪問移動通信平臺和調(diào)度核心系統(tǒng)以確保了應用的網(wǎng)絡安全性,同時通信過程數(shù)據(jù)加密[15]。

圖3 移動通信網(wǎng)絡關鍵技術

2.3 移動通信服務平臺

如圖4 所示,調(diào)度移動平臺主要提供服務管理和數(shù)據(jù)交互與存儲的功能。服務管理,即為智能移動終端的客戶端軟件提供服務端支持,包括平臺服務和子應用服務等,并進行統(tǒng)一的維護管理；數(shù)據(jù)交互與存儲,即為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

圖4 移動通信服務平臺關鍵技術

電力調(diào)度移動通信服務平臺基于企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互的規(guī)范及標準[16],采用基于SOA 架構模式的總線服務方式,通過對數(shù)據(jù)進行服務化封裝,在服務總線上發(fā)布服務接口,其具有易擴展,靈活性高的優(yōu)點。當移動客戶端向移動通信服務平臺發(fā)送數(shù)據(jù)請求時,平臺通過代理服務器接口,從調(diào)度核心系統(tǒng)獲取調(diào)度指令及相關調(diào)度信息數(shù)據(jù)返回給移動客戶端。此外,移動通信服務平臺還應具備數(shù)據(jù)存儲的功能,根據(jù)某時間段內(nèi)某類業(yè)務的需求量制定相應的存儲策略,對從調(diào)度核心系統(tǒng)中接收到的數(shù)據(jù)進行單獨存儲,若實時傳遞的信息量較大,那么僅保留時效性最新的數(shù)據(jù)。

2.4 調(diào)度核心系統(tǒng)

調(diào)度核心系統(tǒng)是建立基于移動平臺的電力調(diào)度系統(tǒng)的根基所在,提供電網(wǎng)運行調(diào)度數(shù)據(jù)的來源以及輔助平臺應用建設的規(guī)范和標準,包括了運行管理系統(tǒng)、運行監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和氣象系統(tǒng)等,通過調(diào)度核心系統(tǒng)進行停電檢修計劃、調(diào)度指令、圖紙信息等實時信息的收發(fā),實現(xiàn)對大電網(wǎng)的電力調(diào)度。

圖5 調(diào)度核心系統(tǒng)

2.5 系統(tǒng)安全控制

在大電網(wǎng)電力調(diào)度運行控制的過程中,需要對信息數(shù)據(jù)進行加密處理,防止信息泄露情況的發(fā)生,以保障系統(tǒng)的安全性。而移動通信設備終端所具備的可移動性、高網(wǎng)絡開放性、所處環(huán)境復雜等基本特點,無法保證信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄浴榇?基于《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》的基本準則,按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的總體策略對移動平臺進行設計,從通信、認證、數(shù)據(jù)3 個方面對系統(tǒng)安全進行控制[17]。系統(tǒng)的總體安全架構圖如圖6 所示。

圖6 網(wǎng)絡安全架構圖

(1)設備通信。各移動通信設備基于VPN 通道在外部公用數(shù)據(jù)網(wǎng)間進行通信的,采用APN 通道形式訪問供電局內(nèi)網(wǎng)與移動通信平臺進行通信,如圖6 所示。通過防火墻等網(wǎng)絡防護技術以及軟硬件系統(tǒng)構建移動通信服務平臺的隔離區(qū)(Demilitarized Zone,DMZ)和可靠性高、擴展性強、技術先進以及安全性高的調(diào)度核心系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心(IDC),實現(xiàn)隔離區(qū)與調(diào)度核心系統(tǒng)的可控通信[18]。

(2)信息認證。對于移動通信設備,其用戶密碼與動態(tài)口令需要通過移動通信服務平臺的集中認證系統(tǒng)的認證,才能保證移動智能終端以及訪問客戶的合法性。對于第三方應用軟件,其攜帶有用戶憑證并裝設了票據(jù)驗證插件的業(yè)務服務器,因此無需像移動通信設備那樣需要輸入用戶密碼,可通過票據(jù)認證結(jié)果來進行移動通信服務平臺的訪問,若票據(jù)認證通過,則允許訪問相關業(yè)務數(shù)據(jù),否則無法訪問相關業(yè)務數(shù)據(jù)。需要說明是,當?shù)谌綉密浖枰c調(diào)度核心系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互時,必須要經(jīng)過移動通信服務平臺轉(zhuǎn)發(fā),且數(shù)據(jù)信息需要做加密處理。

(3)數(shù)據(jù)交互。基于DMZ 的移動通信服務平臺與調(diào)度核心系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心IDC 進行業(yè)務往來時無法直接訪問,平臺通過在內(nèi)網(wǎng)增加服務反向代理ATP 的方式,使得移動通信服務平臺在滿足網(wǎng)絡安全規(guī)則的前提下能夠?qū)I(yè)務處理請求轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)度核心系統(tǒng)中處理。

3 基于移動平臺的電力調(diào)度系統(tǒng)功

能架構設計

如圖1 所示,基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術的調(diào)度移動通信服務平臺分為電力調(diào)度移動通信服務器(PC端)和移動通信設備(移動端)2 部分,通過權限設置機制,PC 端和移動端能夠?qū)崿F(xiàn)與調(diào)度核心系統(tǒng)之間的調(diào)度操作指令、圖紙信息以及配調(diào)人員與各地市局操作人員間網(wǎng)絡發(fā)令全過程的實時交流,能夠顯著提升電力調(diào)度運行管理的效率[19]。其主要包括:命令票查詢、網(wǎng)絡發(fā)令以及信息處理3 大模塊。

(1)命令票查詢。此模塊一般用于待執(zhí)行、執(zhí)行中以及執(zhí)行完畢3 種類型狀態(tài)命令票查詢操作。

(2)網(wǎng)絡發(fā)令。此模塊是電力調(diào)度移動通信服務器的核心,其中心任務是對系統(tǒng)調(diào)度指令全過程進行網(wǎng)絡傳輸。系統(tǒng)調(diào)度操作指令全過程包括:地調(diào)方發(fā)令、廠站方復述、地調(diào)方核實、廠站方核實、廠站方報告操作結(jié)果、地調(diào)方復述、廠站方核實、地調(diào)方收令。對于上述系統(tǒng)調(diào)度操作指令全過程中的各項調(diào)度指令,必須逐項完成；對于同一操作層面的、相互獨立的各項調(diào)度指令,允許同時對這些調(diào)度指令進行并行下發(fā),但需等待這些并行調(diào)度指令全部執(zhí)行完成后方可下發(fā)下一操作指令[20]。此外,電力調(diào)度移動通信服務平臺還提供了“發(fā)送預覽”以及“預覽確認”這兩個功能項。各地區(qū)配調(diào)部門可以通過預覽調(diào)度指令通知,實時地向調(diào)度指揮中心反饋本地區(qū)的電力運行狀態(tài),能夠為電力調(diào)度指令的下發(fā)順序提供依據(jù),防止出現(xiàn)指令不能及時傳遞的情況。

(3)信息處理。信息處理模塊的主要功能是實現(xiàn)對待處理以及已處理命令票的管理。信息處理中心將命令票的動態(tài)變化情況實時發(fā)送至相應的操作部門和操作人員,工作人員也可通過消息中心主動查詢其所負責命令票相關的歷史處理信息,掌握命令票執(zhí)行的全過程。

4 應用案例分析

4.1 在遠程業(yè)務中的應用

如圖7 所示,在傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務中,操作單的執(zhí)行、設備運維情況的拍攝、故障操作信息的報送等,大多需要工作人員到發(fā)電廠、變電站、線路等現(xiàn)場去執(zhí)行操作[17]。而電力調(diào)度移動通信平臺具有無紙化作業(yè),信息實時傳輸、搜索、操作等特點,能夠?qū)崿F(xiàn)移動端應用與平臺數(shù)據(jù)的同步傳輸,及時提交現(xiàn)場操作處理結(jié)果,有效提高了工作效率,其典型應用主要有:

圖7 不同模式下,遠程業(yè)務的執(zhí)行流程

(1)操作單執(zhí)行。工作人員通過智能移動終端對所需要執(zhí)行的工單信息進行查詢,根據(jù)查詢結(jié)果按照規(guī)定逐條操作,在完成工單所列全部任務后可對結(jié)果進行提交。此外,還可通過智能移動終端中查詢知識庫找到故障相應的解決方法。執(zhí)行完成后可在現(xiàn)場上傳提交執(zhí)行結(jié)果,刪繁就簡實現(xiàn)了無紙化作業(yè)的同時,也提升了工作效率。

(2)故障操作信息的報送。智能移動終端具備拍照錄像等功能,能夠以圖片或是視頻的形式對現(xiàn)場工作進行記錄,通過將圖片或是視頻信息上傳至對應的表單中,實現(xiàn)信息的快速填寫和匯報,極大地提高了工作效率。

4.2 電網(wǎng)信息直觀展示應用

移動通信設備采用了可視化技術對發(fā)電量統(tǒng)計、負荷預測、錯峰限電、電廠分布情況等業(yè)務進行圖形化展示,具有友好、直觀的可視化人機交互界面。

通過GIS 操作界面,能夠在地理信息圖上實現(xiàn)對電氣設備運行環(huán)境的勘察,如覆冰、雷電、降雨等；通過電網(wǎng)實時潮流信息操作界面,調(diào)度人員可以實時了解線路負載情況,以便對現(xiàn)場調(diào)度做出正確決策；通過裝機容量信息展示界面,能夠清晰查看各電廠、各省的裝機容量信息,如圖8 所示,為設備運行狀態(tài)的簡單展示界面。

圖8 設備運行工況展示

4.3 電網(wǎng)信息告警應用

在我們的日常生活中,移動通信設備具有定時提醒、短信業(yè)務提醒等功能,對于電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務也同樣適用。傳統(tǒng)模式下,故障監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)⒐收蠙z測告警信息傳遞至PC 端,而基于移動平臺的電力調(diào)度移動平臺為每個智能移動終端提供告警信息的分類查詢功能。此外,根據(jù)不同智能移動設備用戶使用性質(zhì)的不同,按需提供短信告警功能,更具有靈活性,為便捷了解電網(wǎng)工作狀態(tài)提供支持,如圖9 所示,為系統(tǒng)異常狀態(tài)的短信告警提醒。

圖9 短信告警提醒

4.4 電網(wǎng)調(diào)度審批流程應用

圖10 為電網(wǎng)調(diào)度的審批流程,其中流程中灰色區(qū)域部分的審批流程可簡要概括為意見表決(同意/否定)和少量審批意見的處理。對于決策領導層而言,基于移動通信設備進行操作處理,能夠避免繁瑣的人事安排處理耗費時間,進而提高信息傳輸?shù)母咝裕粚τ趫?zhí)行者而言,基于移動通信設備可隨時隨地查詢流程審批狀態(tài)以及審批意見,或是通過電網(wǎng)信息告警功能,等待流程審批完畢后接收待辦工作提示消息,能夠?qū)崟r地掌握工作實況,縮短信息傳遞時間。

圖10 電網(wǎng)調(diào)度的審批流程

綜上可知,對于遠程業(yè)務、信息查詢、簡要信息處理等簡單電網(wǎng)業(yè)務流程,基于移動平臺的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)提供了便捷的辦公方式,提升了工作效率,而對于文字錄入工作量較大、復雜圖形處理等復雜電網(wǎng)業(yè)務流程不適于在移動端執(zhí)行,仍需要在PC 端進行操作。

5 結(jié)語

充分利用了移動通信技術高效便捷的信息傳輸優(yōu)勢,構建了基于移動平臺的電力調(diào)度系統(tǒng),擴展了智能化電網(wǎng)運行管理的技術手段,為解決傳統(tǒng)電力調(diào)度流程繁瑣、時效性差、效率低等問題提供了有效途徑。