基于GID的智能變電站數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

張學(xué)凱，管荑，金瑤，邵淑燕，韓雪

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250012）

基于GID的智能變電站數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

張學(xué)凱1，管荑1，金瑤2，邵淑燕2，韓雪2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250012）

在GID（通用接口定義）理論基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的變電站智能化數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)其內(nèi)容包括基于CIM／GID的公用模型及數(shù)據(jù)服務(wù)、基于GID的系統(tǒng)集成服務(wù)以及通用技術(shù)支撐體系。其技術(shù)平臺(tái)可以“即插即用”的接入數(shù)字化變電站系統(tǒng)，增加或擴(kuò)充新的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，而所有掛接在數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)之上的系統(tǒng)，均可實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)據(jù)共享及互操作，可以徹底解決系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)和全面整合問(wèn)題。

智能變電站；數(shù)據(jù)化平臺(tái)；通用接口定義

0 引言

隨著新一代智能變電站的發(fā)展，變電站運(yùn)行優(yōu)化控制、變電站設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持、設(shè)備故障診斷、智能告警等都需要建立在變電站各種數(shù)據(jù)的全景綜合有效視圖去實(shí)現(xiàn)。綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用的變電站智能化將可全面改善變電站的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高運(yùn)行安全性、可靠性?；谕ㄓ媒涌诙x（GID）的綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)是智能變電站在總線式架構(gòu)體系支持下，以標(biāo)準(zhǔn)的GID接口進(jìn)行集成化智能設(shè)備一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)形式向各種變電站綜合應(yīng)用提供的服務(wù)平臺(tái)。

1 通用接口定義

GID提供了一系列的API用于其他應(yīng)用軟件獲取電力數(shù)據(jù)或相互之間交換電力數(shù)據(jù)。分布式系統(tǒng)所提供的基礎(chǔ)設(shè)施邏輯上可以跨越整個(gè)基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)，伸展到網(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)集成化智能設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上任何位置的應(yīng)用程序或?qū)ο蠼M件之間的數(shù)據(jù)交互操作。

智能變電站要求有一種全面集成化的應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與調(diào)度、檢修、營(yíng)銷等系統(tǒng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，全面支撐智能電網(wǎng)的運(yùn)行管理。應(yīng)用程序接口項(xiàng)目的GID包含了公用數(shù)據(jù)訪問(wèn)、高速數(shù)據(jù)、通用的事件和訂閱、時(shí)序數(shù)據(jù)訪問(wèn)等服務(wù)內(nèi)容，以滿足智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化的需求，具有開放性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性等特征［1］。

2 基于CORBA技術(shù)的GID實(shí)現(xiàn)

綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)基于CORBA（公共對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu)）分布式系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建，涵蓋DAF（數(shù)據(jù)訪問(wèn)設(shè)施）、HDAIS（工業(yè)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)）、DAIS（工業(yè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)）接口服務(wù)器，用于實(shí)現(xiàn)GID的GDA（通用數(shù)據(jù)訪問(wèn)）、TSDA（時(shí)序數(shù)據(jù)訪問(wèn)）、HSDA（高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)）和GES（通用的事件和訂閱）服務(wù)功能?；跀?shù)據(jù)平臺(tái)之上的應(yīng)用系統(tǒng)可以通過(guò)以上不同服務(wù)功能訪問(wèn)平臺(tái)提供的通用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。多層次的軟件接口為應(yīng)用開發(fā)提供數(shù)據(jù)交換機(jī)制、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)支持、公共服務(wù)功能和系統(tǒng)功能。標(biāo)準(zhǔn)接口適配服務(wù)器的開發(fā)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)的整合，并使之以標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行信息交互，具有良好的系統(tǒng)集成能力，支持應(yīng)用、基礎(chǔ)信息的共享。

2.1 DAF

1）簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。DAF與其它數(shù)據(jù)庫(kù)API是有區(qū)別的，它能簡(jiǎn)單應(yīng)用于成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中。創(chuàng)建快速簡(jiǎn)單的DAF實(shí)現(xiàn)，既能解決小規(guī)模的集成問(wèn)題，又能不損害更復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)。

因此，DAF定義了非常少的接口，不需要實(shí)現(xiàn)管理大量動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的CORBA對(duì)象。大多數(shù)活動(dòng)集中在Resource Query Service（資源查詢服務(wù)）接口上，它定義了一個(gè)小型但可以滿足需求的訪問(wèn)集。DAF定義的這些查詢非常簡(jiǎn)單，能在任何電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)的系統(tǒng)應(yīng)用上加以實(shí)現(xiàn)。

2）高性能實(shí)現(xiàn)。由于電力系統(tǒng)是有實(shí)時(shí)需求的，經(jīng)常產(chǎn)生和執(zhí)行嚴(yán)格時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)作決策。這種特性要求意味著一個(gè)典型的UMS（統(tǒng)一消息服務(wù)）不能使用于商業(yè)化的典型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，導(dǎo)致了對(duì)DAF的嚴(yán)格要求，重點(diǎn)做好以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)工作。

查詢結(jié)果粒度：DAF能簡(jiǎn)單的用Resource Description Sequence（資源描述序列）一次返回大量數(shù)據(jù)。服務(wù)器端方面，不需要預(yù)先讀取schema（圖示），就能優(yōu)化獲取的數(shù)據(jù)。客戶端方面，不需要緩存schema以最小化網(wǎng)絡(luò)延遲。系統(tǒng)中的分析模塊在每一個(gè)分析周期開始時(shí)會(huì)讀取大量的輸入數(shù)據(jù)，在進(jìn)入下一個(gè)分析周期后，這些輸入數(shù)據(jù)一般就過(guò)時(shí)了，所以這些數(shù)據(jù)是不被緩存的。

數(shù)據(jù)值表示：它是基本的數(shù)據(jù)單位，是查詢結(jié)果的組成部分，它是一個(gè)聯(lián)合類型：SimpleValue。SimpleValue使用我們需要的基本數(shù)據(jù)類型，但不是包含CORBA的所有類型，以避免接口的高帶寬，這在累積處理大量數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生很大影響。

支持預(yù)連接視圖：相對(duì)于實(shí)時(shí)或通用情況下，連接優(yōu)化是特別適用于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的。視圖常被定義用來(lái)平滑schema，按照預(yù)先設(shè)想的請(qǐng)求與表格建立預(yù)連接。DAF包含一個(gè)get_descendent_values（）查詢，為這類查詢的實(shí)現(xiàn)提供優(yōu)化。

2.2 HDAIS

HDAIS為應(yīng)用提供GID時(shí)序數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，采用下列技術(shù)提高HDAIS實(shí)現(xiàn)的性能和可靠性。

采用高性能的數(shù)據(jù)訪問(wèn)引擎。高性能的嵌入式數(shù)據(jù)引擎一般用于關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)。它可以直接運(yùn)行在HDAIS服務(wù)器進(jìn)程內(nèi)，不需要單獨(dú)的服務(wù)器和管理維護(hù)人員。它能提供HDAIS服務(wù)器所需的并發(fā)訪問(wèn)、事務(wù)支持以及高可靠和故障容錯(cuò)所需的數(shù)據(jù)復(fù)制功能。進(jìn)程內(nèi)架構(gòu)和不使用高級(jí)語(yǔ)言的直接API式數(shù)據(jù)訪問(wèn)意味著運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)駐留在HDAIS服務(wù)器的內(nèi)部，訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)只需執(zhí)行很少的指令。支持大量的并發(fā)訪問(wèn)，能夠大大提高HDAIS服務(wù)器的并發(fā)能力。支持多版本控制（MVCC）以減少訪問(wèn)沖突，改善系統(tǒng)性能，能夠非常充分地使用系統(tǒng)的資源。完善的事務(wù)子系統(tǒng)確保能夠從軟件和硬件故障恢復(fù)而不丟失數(shù)據(jù)，久經(jīng)考驗(yàn)的復(fù)制子系統(tǒng)提供了高可用性和可伸縮能力?？梢越柚谒膹?fù)制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)HDAIS服務(wù)器集群，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能、可靠性和可伸縮性。

采用負(fù)載均衡技術(shù)。負(fù)載均衡技術(shù)能夠在各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)間平衡負(fù)載，以減少任務(wù)響應(yīng)時(shí)間，提高計(jì)算資源利用效率。具有高可靠性、自適應(yīng)性、可移植性和對(duì)用戶透明的特點(diǎn)?；诳煞植季€程的動(dòng)態(tài)調(diào)度模型和線程池策略以及異步方式的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，既能夠靈活地適應(yīng)更大范圍的突發(fā)請(qǐng)求數(shù)目，也能夠通過(guò)限制線程池中線程數(shù)目的上限等策略來(lái)減少線程無(wú)限增長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的負(fù)面影響，最大限度地實(shí)現(xiàn)在特定硬件條件下、基于最優(yōu)策略的高并發(fā)，以充分利用多核處理器的運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效能的最優(yōu)化配置。

數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)。歷史數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)的要求是非常高的，不僅要求有充足可擴(kuò)展的存儲(chǔ)容量，還要求有高速的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)，可以化整為零，利用分布于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各處的較小存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)海量的、可根據(jù)需要持續(xù)增長(zhǎng)的邏輯存儲(chǔ)空間。應(yīng)用請(qǐng)求不同的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)不會(huì)導(dǎo)致訪問(wèn)沖突，多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)響應(yīng)應(yīng)用請(qǐng)求，大大提高數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度。

2.3 DAIS

基于CORBA技術(shù)的DAIS服務(wù)器特別適用于實(shí)時(shí)傳送大量的高速率采樣數(shù)據(jù)。對(duì)性能苛刻的要求決定了典型DAIS服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)只能使用實(shí)時(shí)消息總線而不大可能使用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，如ORACLE、DB2等。DAIS服務(wù)實(shí)現(xiàn)可采用下列手段進(jìn)行高效率地傳遞數(shù)據(jù)而不會(huì)引發(fā)性能瓶頸。

采用實(shí)時(shí)消息總線：利用實(shí)時(shí)消息總線提供高效的發(fā)布訂閱機(jī)制、靈活的服務(wù)品質(zhì)控制以及基于內(nèi)容和時(shí)間的過(guò)濾機(jī)制，可以顯著減少在線操作所需要傳遞的數(shù)據(jù)，從而節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量。

支持異步傳輸方式：異步傳輸能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，減少應(yīng)用系統(tǒng)的等待時(shí)間，減少重復(fù)數(shù)據(jù)的傳遞。

批量傳送機(jī)制：支持批量數(shù)據(jù)處理操作，比一次調(diào)用只處理一個(gè)數(shù)據(jù)值能大大減少網(wǎng)絡(luò)流量。

按需傳送：一次傳遞大宗數(shù)據(jù)有時(shí)是非常低效的，因此很多接口方法并不直接返回?cái)?shù)據(jù)，而是提供給客戶一個(gè)迭代器用來(lái)根據(jù)需要分次批量獲取所需數(shù)據(jù)。

3 軟總線的實(shí)現(xiàn)

綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)涵蓋與數(shù)據(jù)管理、信息傳輸與交換、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)展示等有關(guān)的各種服務(wù)和應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)的高度集成，采用分布式系統(tǒng)技術(shù)解決具體的通信問(wèn)題。

分布式系統(tǒng)技術(shù)所提供的基礎(chǔ)設(shè)施邏輯上如同一條“軟總線”，可以跨越整個(gè)基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)，伸展到網(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)集成化智能設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上任何位置的應(yīng)用程序或?qū)ο蠼M件之間的數(shù)據(jù)交互操作［2］。

4 智能化綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由IEC 61970／IEC 61850與IEC 61850／非標(biāo)準(zhǔn)智能設(shè)備適配網(wǎng)關(guān)、變電站智能化綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、本地智能應(yīng)用構(gòu)成，通過(guò)IEC 61970 CIM／GID服務(wù)于遠(yuǎn)方調(diào)度中心主站系統(tǒng)或當(dāng)?shù)卦O(shè)置的智能應(yīng)用，解決變電站內(nèi)部以及和主站之間的無(wú)縫連接［3］。

4.2 網(wǎng)絡(luò)及硬件平臺(tái)

平臺(tái)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，通信處理服務(wù)器專門負(fù)責(zé)處理通信任務(wù)，同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)連接于主網(wǎng)絡(luò)與通信子網(wǎng)之間，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)隔離。

硬件及網(wǎng)絡(luò)配置內(nèi)容包含：數(shù)據(jù)采集和通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及服務(wù)子系統(tǒng)、系統(tǒng)外設(shè)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.3 軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及組成

變電站智能化數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)主要包括技術(shù)“軟總線”、基于CIM／GID的公用模型及數(shù)據(jù)服務(wù)、基于GID的系統(tǒng)集成服務(wù)以及通用技術(shù)支撐體系?；跀?shù)字化系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)，可以“即插即用”的接入數(shù)字化變電站系統(tǒng)，增加或擴(kuò)充新的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，而所有“掛”在數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)之上的系統(tǒng)，均可實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)據(jù)共享及互操作。該技術(shù)架構(gòu)可以徹底解決系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)和全面整合問(wèn)題［4］。

圖3 變電站智能化數(shù)據(jù)平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

基于GID智能化變電站數(shù)據(jù)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)變電站智能化的基礎(chǔ)性技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)。通過(guò)對(duì)新一代智能化變電站數(shù)據(jù)服務(wù)方面建設(shè)的研究，逐步形成了IEC 61850或非標(biāo)準(zhǔn)的一般智能裝置向整個(gè)變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，最終全面實(shí)現(xiàn)變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合及智能化應(yīng)用，以更好地服務(wù)于遠(yuǎn)方調(diào)度主站系統(tǒng)或智能化應(yīng)用。

［1］周波曦，孟昭勇，王志臣，等.基于CIM的變電站與配電饋線一次接線圖自動(dòng)繪制算法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（11）：77-80.

［2］易妍，范輝，顧雪平.智能變電站一體化信息支撐平臺(tái)構(gòu)建分析［J］.河北電力技術(shù)，2013，32（1）：10－13.

［3］白建社，江秀臣，薛鈞義.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通用數(shù)據(jù)服務(wù)軟件平臺(tái)研究［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004（3）：6-9.

［4］劉兆田，葛立青，楊凡.基于CIM的通用數(shù)據(jù)服務(wù)在智能變電站中的應(yīng)用［J］.電力信息化，2012（9）：85-88.

圖1 國(guó)有企業(yè)綜合面試問(wèn)題流

3.3 問(wèn)題后續(xù)追蹤

在有限面試時(shí)間所作的判斷，主要是依靠面試官對(duì)問(wèn)題的理解以及面試者對(duì)問(wèn)題的反應(yīng)。但面試問(wèn)題實(shí)際的信度與效度，還依賴于同實(shí)際情況的比對(duì)。對(duì)此，國(guó)有企業(yè)一方面應(yīng)充分發(fā)揮面試人數(shù)較多的大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，在面試后綜合分析各面試問(wèn)題的回答分布情況，測(cè)算問(wèn)題的信度。同時(shí)建立常態(tài)化的新入職員工跟蹤機(jī)制，就某些典型問(wèn)題的回答情況與相關(guān)面試者入職后一段時(shí)期的表現(xiàn)進(jìn)行比對(duì)，判斷相關(guān)問(wèn)題的效度；另一方面須針對(duì)面試問(wèn)題跟蹤分析情況，判斷各個(gè)面試問(wèn)題的有效性，去偽存真，對(duì)問(wèn)題庫(kù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的維護(hù)，以提高下一階段面試的水平。

4 結(jié)語(yǔ)

需要注意的是，面試問(wèn)題設(shè)計(jì)僅是整個(gè)面試環(huán)節(jié)的一部分，要保證國(guó)有企業(yè)面試的整體有效，在完善面試問(wèn)題的同時(shí)，還需在評(píng)委選拔、培訓(xùn)、面試流程等方面進(jìn)行深入的梳理和改進(jìn)，這也是本課題今后的研究方向。

參考文獻(xiàn)

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［4］孫武.OAE面試法的原理與操作［J］.中國(guó)人力資源開發(fā)，2013，6（16）：64-67.

收稿日期：2015-01-28

作者簡(jiǎn)介：

萬(wàn)青（1982），男，博士，工程師，從事人力資源管理工作；

王茜（1981），女，博士，工程師，從事電力營(yíng)銷管理工作。

Design of Intelligent Substation Data Platform Based on GID

ZHANG Xuekai1，GUAN Ti1，JIN Yao2，SHAO Shuyan2，HAN Xue2
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250012，China）

Substation intelligent data services platform is designed based on the theory of the GID.This platform includes the common model and data services based on CIM／GID，the GID-based system integration services as well as general technical support system.The technology of“plug and play”makes it possible and convenient for the platform to be connected to digital substation system，increasing or expanding new application software systems.Moreover，all systems connected with the platform can share data and interoperate with one another.This can help to solve the issues of system fully integrated design and integration.

intelligent substation；data platform；group identification（GID）

TM762

B

1007－9904（2015）04－0055－04

2015-03-02

張學(xué)凱（1979），男，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)工程建設(shè)管理及技術(shù)研究工作；

管荑（1979），女，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化相關(guān)工作；

金瑤（1976），女，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化相關(guān)工作；

邵淑燕（1970），女，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和通信相關(guān)工作；

韓雪（1979），女，工程師，從事電網(wǎng)工程建設(shè)相關(guān)工作。