基于物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)數(shù)字化管理平臺構(gòu)建

國網(wǎng)陜西省電力有限公司電力科學(xué)研究院 閆嵩琦

本文為解決人工巡視傳統(tǒng)工作模式存在的問題，促使電力企業(yè)管理向信息化、智能化方向不斷發(fā)展，現(xiàn)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，完成對電網(wǎng)數(shù)字化管理平臺的構(gòu)建。首先，在完成系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，完成對系統(tǒng)運行環(huán)境的搭建以及GPS 定位器、GIS 通信光纜核心硬件的設(shè)計。其次，依次設(shè)計用戶登錄模塊、采集處理電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)模塊、電網(wǎng)主站端管理模塊、基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建綜合管理模塊四大核心模塊，保證系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)效果。最后，對系統(tǒng)進(jìn)行測試。結(jié)果表明：在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用背景下，本文所設(shè)計的電網(wǎng)數(shù)字化管理平臺在管理海量數(shù)據(jù)時仍然能表現(xiàn)出良好的運行性能，完全符合預(yù)期設(shè)計要求。希望通過此次研究，為相關(guān)人員提供有效的借鑒和參考。

目前，傳統(tǒng)數(shù)字化管理平臺存在管理效率低、功能不完善、管理成本高等問題，而電網(wǎng)數(shù)字化管理平臺的構(gòu)建可以解決以上問題，該平臺構(gòu)建主要包含基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、項目管理評價兩個環(huán)節(jié)。此外，還要不斷地提高數(shù)字化管理水平，結(jié)合數(shù)據(jù)管理需求[1]，自動化采集信息，并保證任務(wù)推送的精準(zhǔn)性，提高信息錄入的高效性和共享的及時性，極大地提高用戶的使用體驗。所以，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)地設(shè)計電網(wǎng)數(shù)字化管理平臺是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖如圖1 所示，從圖1 中可以看出，用戶向登錄界面輸入正確的用戶名、密碼登錄信息后，系統(tǒng)會自動跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)主界面中，然后，操作和使用用戶登錄模塊、采集處理電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)模塊、電網(wǎng)主站端管理模塊、基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建綜合管理模塊，并利用MySQL 數(shù)據(jù)庫，對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查和存儲管理。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Overall system structure diagram

1.2 系統(tǒng)運行環(huán)境搭建

1.2.1 硬件環(huán)境

在搭建系統(tǒng)硬件環(huán)境時，要嚴(yán)格按照如表1 所示的硬件環(huán)境表，完成對應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、客戶端機器在CPU、內(nèi)存、硬盤三個性能指標(biāo)的科學(xué)化配置，為后期系統(tǒng)硬件設(shè)計提供良好的開發(fā)環(huán)境。

表1 硬件環(huán)境表Tab.1 Hardware environment table

1.2.2 軟件環(huán)境

在搭建系統(tǒng)軟件環(huán)境時，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照如表2所示的軟件環(huán)境表，重點做好對數(shù)據(jù)庫、開發(fā)工具、編程語言、系統(tǒng)架構(gòu)等工具的選用，為后期系統(tǒng)功能設(shè)計提供良好的軟件環(huán)境，有效地保證系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)質(zhì)量和實現(xiàn)效果。

表2 軟件環(huán)境表Tab.2 Software environment table

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 GPS 定位器設(shè)計

在搭建數(shù)字化管理平臺時，相關(guān)人員要重視對故障數(shù)據(jù)的及時定位和自動化處理，而這一環(huán)節(jié)的實施，離不開GPS 定位器的運用。GPS 定位器作為系統(tǒng)重要硬件組成部分，其應(yīng)用原理是參照幾何學(xué)和物理學(xué)相關(guān)原理知識，對衛(wèi)星與地面距離、某點經(jīng)緯度進(jìn)行精確化計算。同時，通過運用GPS 定位器，可以實現(xiàn)對多個GPS 衛(wèi)星具體位置的獲取和確定[2]，然后，采用距離反轉(zhuǎn)算法，完成對衛(wèi)星當(dāng)前空間坐標(biāo)位置的精確化獲取，便于后期相關(guān)人員快速地確定當(dāng)前電網(wǎng)故障存在的具體位置。

2.2 GIS 通信光纜設(shè)計

在GPS 定位方法的應(yīng)用背景下，所獲得的電網(wǎng)故障信息在實際傳輸時，離不開GIS 通信光纜的運用。在設(shè)計GIS 通信光纜時，要結(jié)合計算機實際使用需求，在保證人員組織結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)性的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則，完成對地理相關(guān)信息的及時采集和處理，此時，系統(tǒng)會自動生成相應(yīng)的規(guī)劃方案。該通信光纜應(yīng)用原理是利用計算機技術(shù)，對某一區(qū)域的地理信息進(jìn)行智能化處理，然后，采用綜合分析操作的方式，向用戶呈現(xiàn)出數(shù)字化操作界面。

3 系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計

3.1 用戶登錄模塊設(shè)計

用戶登錄模塊主要用于對用戶登錄行為的實時識別和認(rèn)定，避免因出現(xiàn)用戶非法登錄而造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失和泄露。在設(shè)計該模塊時，系統(tǒng)會自動接收和檢測用戶所提交的用戶名、密碼等登錄信息，并使用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，對這些登錄信息進(jìn)行加密處理，避免這些信息在傳輸期間被網(wǎng)絡(luò)黑客、網(wǎng)絡(luò)病毒惡意攻擊和竊取，從而實現(xiàn)對這些信息的有效保護[3]，當(dāng)加密后的登錄信息傳輸?shù)较到y(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器會自動匹配數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，識別和認(rèn)證用戶登錄行為合法性，如果認(rèn)證通過，說明用戶登錄行為合法，系統(tǒng)會自動將系統(tǒng)登錄成功的界面呈現(xiàn)在用戶面前；如果認(rèn)證失敗，說明用戶登錄行為不合法，存在用戶名或者密碼輸錯問題，用戶需要核實和重新輸入登錄信息。用戶登錄模塊核心代碼如下：

public class demo{

public static void main(Stirng[] args){

string username = "123456";

string password = "abedefg";

for (int i=0; i ＜3; i++){

Scanner sc = new Scaner (Sysytem.in);

System.out.println("請輸入賬號:");

string name = sc.nextLine();

System.out.println("請輸入密碼:");

string pwd = sc.nextLine();

if(name.equals(username)&& pwd.equals(password)){

System.out.println("登錄成功。");

break;

}else if (i ＜3){

System.out.println("賬號密碼錯誤，你還有"+2-i＋"次機會。");

}else{

System.out.println("賬號密碼錯誤，請聯(lián)系管理員。");

}

}

3.2 采集處理電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)模塊設(shè)計

該模塊主要包含電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)采集模塊和電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)處理模塊。在正式采集電網(wǎng)管理數(shù)據(jù)之前，需要重視對數(shù)據(jù)采集處理模塊的設(shè)計，結(jié)合系統(tǒng)實際運行環(huán)境，加強對電網(wǎng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)的有效采集和整合，以保證數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計質(zhì)量。同時，在整個電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，通過利用該模塊，可以實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的全面化采集[4]，并將采集好的信息數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸?shù)缴霞壊块T，由上級部門利用系統(tǒng)接口，完成對所需信息數(shù)據(jù)的有效采集和存儲。另外，在設(shè)計數(shù)據(jù)處理模塊時，要標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化處理所采集好的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)預(yù)處理的及時性和有效性。最后，還要采用過濾提取的方式，提取處理數(shù)據(jù)特點[5]，為后期電網(wǎng)數(shù)字化管理提供重要的依據(jù)和參考。

3.3 電網(wǎng)主站端管理模塊設(shè)計

當(dāng)數(shù)據(jù)采集處理工作完成后，需要做好對電網(wǎng)主站端管理模塊的設(shè)計。該模塊主要包含以下幾個模塊：（1）光纜檢測項目管理模塊。該項目管理模塊除了涉及到通信光纖線路和節(jié)點對象的管理外，還可以直接用于對線路通信性能、通信電纜安裝方法的維護，通過利用該項目管理模塊，可以同時集成化采集和處理光通信光纖線路相關(guān)信息。（2）系統(tǒng)管理模塊。用戶管理模塊主要用于對節(jié)點與通信光纜線路關(guān)系的對應(yīng)處理，通過使用電子地圖可以實現(xiàn)對線路方向的確定和繪制，同時，還能更好地維護塔型、塔高、塔數(shù)等光纜線路安裝塔的相關(guān)信息數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)服務(wù)模塊。該模塊在實際設(shè)計時，要利用主站，完成對所需數(shù)據(jù)包的發(fā)出，并完成對相關(guān)服務(wù)功能的創(chuàng)建，同時，還要采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方式，完成對數(shù)據(jù)類型的統(tǒng)一處理，然后，使用移動端，對其進(jìn)行實時發(fā)送。另外，在下載數(shù)據(jù)包時，可以直接向便攜終端安全、可靠地傳輸所創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)采集工作完成后，可以利用移動終端，實時接收和上傳數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，在正式上傳?shù)據(jù)之前，要做好對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，確保所轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。最后，還要采用安全控制服務(wù)模式，加密處理所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并采用后臺注冊的方式，及時注冊、加密傳輸各個終端設(shè)備信息，確保系統(tǒng)與移動終端之間建立安全、可靠的數(shù)據(jù)通信關(guān)系。

3.4 基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建綜合管理模塊設(shè)計

該模塊主要用于對通信光纜線路圖的配置，并借助電子地圖，完成對通信光纜方向的繪制和確定，然后，將通信光纜節(jié)點數(shù)量呈現(xiàn)在用戶面前。另外，還要做好對電網(wǎng)信息的實時轉(zhuǎn)化，使其轉(zhuǎn)化為各個圖形元素，這為后期開展電網(wǎng)故障日常維護工作提供一定的便利。此外，通過運用該模塊，可以快速確定和繪制出通信線路，并結(jié)合該通信線路，完成對某些故障具體坐標(biāo)信息的繪制，然后，利用電子地圖，繪制出相應(yīng)的圖例，便于用戶快捷、有效地查看和了解導(dǎo)軌所對應(yīng)的安裝方式。

4 系統(tǒng)測試

為實現(xiàn)對該平臺信息預(yù)警性能的有效測試，現(xiàn)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，完成對測試系統(tǒng)的搭建，然后，測試和分析該平臺對海量數(shù)據(jù)的管理成效。

4.1 測試準(zhǔn)備

在進(jìn)行本次測試時，要采用分布式服務(wù)器部署的方式，將GIS 服務(wù)器、應(yīng)急管理系統(tǒng)統(tǒng)一安裝和部署到第一臺系統(tǒng)服務(wù)器上；將Web 服務(wù)器配置和部署到第二臺系統(tǒng)服務(wù)器上；將LoadRunner 測試軟件安裝和部署到第三臺服務(wù)器上。然后，利用該測試軟件，完成對各個樣例站點的全面化記錄，從而保證平臺信息預(yù)警性能測試的有效性。平臺運行界面如圖2 所示。

圖2 平臺運行界面Fig.2 Platform running interface

從圖2 中可以看出，該測試服務(wù)器的設(shè)計，可以實現(xiàn)對各個測試功能的覆蓋，該測試軟件在實際應(yīng)用中，可以結(jié)合并發(fā)測試實際情況，選取合適的測試渠道，然后借助表格，統(tǒng)計和整理最終測試結(jié)果。本文所設(shè)計的測試服務(wù)器在實際應(yīng)用中，需要做好對并發(fā)數(shù)的限制，所以，在后期測試中，需要將測試最大并發(fā)用戶數(shù)量統(tǒng)一設(shè)置為510 臺，當(dāng)計算機配置性能越高，局域網(wǎng)所對應(yīng)的帶寬速度越高，說明平臺信息預(yù)警性能越高，這表明影響平臺性能測試結(jié)果的因素除了涉及到計算機配置高低外，還涉及到局域網(wǎng)寬帶大小。

4.2 測試結(jié)果與討論

通過對上述測試環(huán)境進(jìn)行科學(xué)配置，可以實現(xiàn)對本文平臺信息預(yù)警性能的有效測試，最終測試結(jié)果如表3 所示。

表3 系統(tǒng)測試結(jié)果Tab.3 System test results

從表3 中的數(shù)據(jù)可以看出，本文平臺具有較高信息預(yù)警性能，完全符合數(shù)字化管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在數(shù)字化時代背景下，本文所設(shè)計的電網(wǎng)數(shù)字化管理平臺，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)相同數(shù)據(jù)的自動化、數(shù)字化管理，保證數(shù)據(jù)管理的高效性和有效性，同時，還能避免因人工管理出現(xiàn)差錯，而增加數(shù)據(jù)出錯概率。通過對該平臺進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)該平臺具有運行性能良好、操作簡單、安全可靠等特點，完全滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)的智能化管理需求，表現(xiàn)出較高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

引用

[1] 戚振彪,周遠(yuǎn)科,凌松,等.基于信息化平臺的配電網(wǎng)工程數(shù)字化管理研究[J].電工技術(shù),2021(13):156-157+161.

[2] 胡璟懿,匡堯,張?zhí)m瀾.電網(wǎng)企業(yè)數(shù)字化審計平臺構(gòu)建淺析[J].財務(wù)與會計,2021(4):85-90.

[3] 周圣棟,解蕾,宋若晨,等.基于BIM的變電站數(shù)字化建設(shè)管控平臺構(gòu)建及應(yīng)用[J].中國電力,2019,52(5):142-147.

[4] 李豐,吉小恒.電網(wǎng)大生產(chǎn)管理平臺探討[J].湖北電力,2005,29(z1):114-116.

[5] 戴志敏,路輝.電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)可視化管理平臺建設(shè)與應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2022,12(33):71-74.