客戶側(cè)用電安全監(jiān)測的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用

李冬梅，葛磊蛟

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院機(jī)械與控制工程學(xué)院，山東 東營 257091;2.天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，天津 300072)

目前全國已有27個(gè)省級電力公司已經(jīng)完成了省級用電信息采集系統(tǒng)主站的構(gòu)建，通過安裝智能電表累計(jì)實(shí)現(xiàn)約2億戶用電信息采集。中國用電安全檢查已經(jīng)在防竊電、大客戶管理流程、送電管理、智能用電等方面取得了一些成績［1-6］，但是用電安全生產(chǎn)事件仍時(shí)有發(fā)生，尤其是工商業(yè)用戶的變壓器失火、大型設(shè)備的用電故障等，居民用戶的違規(guī)用電、竊電、線損明顯過高、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)差等。針對這些問題，筆者采用云計(jì)算技術(shù)搭建客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可有效防竊電，而且可提供靈活快捷的增值服務(wù)。從硬件架構(gòu)、功能概述和云系統(tǒng)3方面對基于云計(jì)算技術(shù)的客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)闡述，期望為客戶側(cè)用電安全監(jiān)測的推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 云計(jì)算技術(shù)

中國云計(jì)算網(wǎng)將“云”定義為:云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。

云計(jì)算技術(shù)與客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，主要有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢:(1)云計(jì)算具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以在電力系統(tǒng)廣域網(wǎng)絡(luò)硬件不變的情況下，最大限度地整合當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源和處理器資源，大大提高電網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理和交互能力，為電力系統(tǒng)防竊電提供有效的技術(shù)支持。(2)將云計(jì)算技術(shù)運(yùn)用到客戶側(cè)用電安全監(jiān)測中，可以極大地提高客戶側(cè)用電安全相關(guān)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、計(jì)算能力，對提升電網(wǎng)的智能化、數(shù)字化，提高客戶側(cè)響應(yīng)水平都有極大的促進(jìn)意義。(3)在客戶側(cè)用電安全監(jiān)測中心，云計(jì)算資源管理平臺可以納管管控區(qū)和驗(yàn)證區(qū)的所有設(shè)備，向各省網(wǎng)和運(yùn)維系統(tǒng)提供統(tǒng)一的虛擬化數(shù)據(jù)驗(yàn)證環(huán)境和管理軟件運(yùn)行環(huán)境，從而提高客戶側(cè)用電安全監(jiān)測的管理水平和工作效率。

2 客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 硬件架構(gòu)及功能概況

客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和主站應(yīng)用層;其中數(shù)據(jù)感知層涉及與用電安全檢查相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工作的硬件和系統(tǒng)，主要包括電動(dòng)汽車充電樁管理系統(tǒng)、微網(wǎng)GEMS等系統(tǒng)級平臺，也包括智能終端、采集器/集中器等現(xiàn)場設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)層主要完成數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)功能，主要有智能通訊機(jī)、交換機(jī)和路由器等;主站應(yīng)用層是核心層，其硬件設(shè)備主要涉及用電檢查業(yè)務(wù)相關(guān)的服務(wù)器，包括通信管理服務(wù)器、竊電管理服務(wù)器、安全認(rèn)證管理服務(wù)器、用電進(jìn)網(wǎng)管理服務(wù)器和大客戶的檢查管理服務(wù)器等，其系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件框架

系統(tǒng)主要是對用電安全檢查工作進(jìn)行通信管理、竊電管理、用電進(jìn)網(wǎng)管理和大客戶的檢查管理等分模塊的精細(xì)管理，并可通過IT設(shè)備將用電監(jiān)測的過程和結(jié)論信息在電力企業(yè)與用戶之間形成雙向互動(dòng)，以及與第三方機(jī)構(gòu)之間的信息共享，滿足用電安全的即時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。

2.2 客戶側(cè)用電安全監(jiān)測云系統(tǒng)

客戶側(cè)用電安全監(jiān)測云系統(tǒng)一方面為有效利用電網(wǎng)企業(yè)的閑置或者負(fù)載率較低的服務(wù)器、存儲器和普通PC機(jī)等IT資源提供良好的渠道，另一方面可充分利用云平臺的強(qiáng)大計(jì)算能力和靈活的構(gòu)建能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用、開發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)分析和輔助決策等。

2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

客戶側(cè)用電安全監(jiān)測云系統(tǒng)是在利用原有硬件架構(gòu)體系的前提下，充分利用現(xiàn)有的閑置硬件設(shè)備，通過系統(tǒng)級軟件平臺的重新搭建和邏輯劃分，構(gòu)成云計(jì)算平臺。在原來的硬件架構(gòu)下，在主站應(yīng)用層和數(shù)據(jù)感知層兩部分進(jìn)行了不同系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

(1)主站應(yīng)用層的系統(tǒng)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層、應(yīng)用層、用戶層以及云安全組成，如圖2所示。

基礎(chǔ)設(shè)施層。基礎(chǔ)設(shè)施層即云計(jì)算架構(gòu)的IasS層，主要包括物理層和管理層;其中物理層利用虛擬機(jī)技術(shù)對服務(wù)器、磁盤陣列和普通PC機(jī)等進(jìn)行虛擬化統(tǒng)一管理，采用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對路由器、交換機(jī)和集線器等進(jìn)行管理;管理層實(shí)現(xiàn)IT資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度管理，通過負(fù)載均衡進(jìn)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源動(dòng)態(tài)分配，采用資源管理調(diào)度進(jìn)程實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源管控和外部需求響應(yīng)，從而達(dá)到將監(jiān)控范圍的空閑計(jì)算資源硬件設(shè)備進(jìn)行云級的統(tǒng)一管理。

圖2 客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)主站應(yīng)用層系統(tǒng)框架

平臺層。平臺層即云計(jì)算框架的PasS層，主要包括SDK開發(fā)環(huán)境、編輯工具共享和跨平臺開發(fā)環(huán)境等，以實(shí)現(xiàn)平臺的開發(fā)快速搭建;其中SDK開發(fā)環(huán)境支持C、C++、C#、Java等多種開發(fā)語言;跨平臺開發(fā)環(huán)境支持Windows、Linux、Mac等。

應(yīng)用層。應(yīng)用層即云計(jì)算框架的SasS層，實(shí)現(xiàn)客戶側(cè)用電安全監(jiān)測相關(guān)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，主要包括安全認(rèn)證、通信管理、竊電管理、大客戶管理、用戶進(jìn)網(wǎng)管理和其他相關(guān)應(yīng)用。

用戶層。用戶層實(shí)現(xiàn)客戶和管理人員的靈活接入，主要包括用戶接入的通信方式和用戶交互方式兩部分;其中用戶接入的通信方式包含無線互聯(lián)網(wǎng)、GPRS、以太網(wǎng)和光纖專網(wǎng);用戶交互方式主要有瘦客戶端、無線終端、Web瀏覽器和其他方式。

云安全。云安全是客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)的保障，主要包括網(wǎng)絡(luò)通信安全、軟硬件防火墻、權(quán)限分層管理、節(jié)點(diǎn)加密、端到端加密、應(yīng)用安全等。

(2)數(shù)據(jù)感知層的系統(tǒng)架構(gòu)由數(shù)據(jù)層和管理層兩部分組成，主要實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)的管理和采集，如圖3所示。

圖3 客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)感知層系統(tǒng)框架

數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)的存儲、分析和引擎;根據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的不同分類，通過GHFS分布式存儲技術(shù)進(jìn)行存儲;應(yīng)用MapReduce海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;應(yīng)用多A-gent處理技術(shù)等高級引擎技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行查找管理。

管理層。管理層實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度管理，主要包括負(fù)載均衡、通信進(jìn)程管理和資源調(diào)度管理;其中負(fù)載均衡進(jìn)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源動(dòng)態(tài)分配;通信進(jìn)程管理實(shí)現(xiàn)通信的阻塞、調(diào)度等管理;資源管理調(diào)度進(jìn)程實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源管控和外部需求響應(yīng)。

2.2.2 操作流程

客戶側(cè)用電安全監(jiān)測云系統(tǒng)為A、B、C、D、E五類電力用戶以及第三方機(jī)構(gòu)提供靈活互動(dòng)的接入方式，其云應(yīng)用流程如圖4所示。以客戶的新用戶變壓器報(bào)裝流程為例，對客戶側(cè)用電安全監(jiān)測云平臺的操作流程進(jìn)行說明。

圖4 客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用流程

(1)用戶向云系統(tǒng)提交特有的信息資源，在系統(tǒng)平臺進(jìn)行注冊，獲得用戶名ID和密碼。

(2)用戶根據(jù)注冊的用戶名和密碼，進(jìn)行登錄;云系統(tǒng)對用戶名進(jìn)行安全認(rèn)證，通過后提供在線的電力企業(yè)服務(wù)人員與用戶進(jìn)行信息咨詢對接服務(wù)。

(3)用戶登錄后，對所辦事務(wù)(新用戶變壓器報(bào)裝)按照固有的信息提交表格，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)提交;提交完成后等待事務(wù)處理結(jié)果。

(4)云平臺系統(tǒng)接收事務(wù)處理申請后，電力企業(yè)服務(wù)人員進(jìn)行報(bào)裝數(shù)據(jù)對接，進(jìn)入新用戶變壓器報(bào)裝流程手續(xù)的網(wǎng)絡(luò)申報(bào)流程審批。

(5)系統(tǒng)平臺根據(jù)電力企業(yè)服務(wù)人員提交的審批信息，自動(dòng)推送相關(guān)的報(bào)裝手續(xù)給主管人員，進(jìn)行信息核對，確認(rèn)是否滿足新裝條件，反饋意見給系統(tǒng)平臺。

(6)系統(tǒng)平臺如接收到報(bào)裝通過信息，一方面及時(shí)從網(wǎng)絡(luò)平臺、系統(tǒng)平臺變壓器安裝資質(zhì)單位的數(shù)據(jù)庫中提取推薦安裝單位，進(jìn)行輔助決策信息報(bào)送;另一方面及時(shí)將相關(guān)報(bào)裝審批結(jié)果報(bào)送給用戶。

(7)系統(tǒng)平臺如果接收報(bào)裝不通過信息，及時(shí)將報(bào)裝不通過結(jié)論報(bào)送用戶。

3 結(jié)束語

采用云計(jì)算技術(shù)搭建客戶側(cè)用電安全監(jiān)測系統(tǒng)，不僅通過大范圍的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，可有效防竊電，而且可提供靈活快捷的增值服務(wù)，期望為中國客戶側(cè)用電安全監(jiān)測的推廣應(yīng)用提供借鑒。

［1］王玨昕，孟宇，殷樹剛，等.用電信息采集系統(tǒng)反竊電功能現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(增2):177-178.

［2］朱發(fā)國.基于現(xiàn)場監(jiān)控終端的配網(wǎng)線損計(jì)算［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25(5):38-40.

［3］韓松林，尚德祖.反竊電、防竊電及防竊電產(chǎn)品［J］.電測與儀表，2002，39(9):10-15.

［4］施江濤，蟻澤沛.送電管理所生產(chǎn)管理軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26(7):77-81.

［5］殷樹剛，張宇，拜克明.基于實(shí)時(shí)電價(jià)的智能用電系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(19):11-16.

［6］朱征，顧中堅(jiān)，吳金龍，等.云計(jì)算在電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)災(zāi)備業(yè)務(wù)中的應(yīng)用研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36(9):43-50.