大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下綜合化信息應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)

[摘 要]電力系統(tǒng)自動(dòng)化綜合應(yīng)用信息平臺(tái)在支撐應(yīng)用功能的同時(shí)，要考慮應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)互、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分流、二次安全防護(hù)和跨平臺(tái)能力。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，國(guó)內(nèi)已推出并應(yīng)用了一些一體化主站平臺(tái)，但存在應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交互、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分流、二次安全防護(hù)、跨平臺(tái)等方面的一些不足。主要表現(xiàn)在：各個(gè)應(yīng)用獨(dú)立成系統(tǒng)并要通過(guò)接口方式來(lái)交互數(shù)據(jù)，無(wú)法做到無(wú)縫的應(yīng)用集成；任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)法區(qū)分各應(yīng)用運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)接收、管理的數(shù)據(jù)完全一致；圖形系統(tǒng)只能針對(duì)專門的應(yīng)用；對(duì)于二次安全防護(hù)要求沒有考慮或處理不完善。因此，克服上述缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套全新的綜合應(yīng)用信息平臺(tái)，是十分有意義的 。

[關(guān)鍵詞]綜合化信息平臺(tái)；系統(tǒng)集成；分組管理模式；電力系統(tǒng)自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：F284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）20-0084-01

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，能量管理系統(tǒng)（SCADA/EMS）、電能量采集系統(tǒng)（TMR）、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS）、負(fù)荷管理系統(tǒng)（PLM）、集中監(jiān)控系統(tǒng)等諸多系統(tǒng)都已在各級(jí)電力部門得到應(yīng)用。每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)心電力對(duì)象的不同方面，系統(tǒng)的開發(fā)大多采用獨(dú)立的解決方案。

信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和“大對(duì)象”、“大數(shù)據(jù)”的概念，將一個(gè)特定的應(yīng)用作為一個(gè)大對(duì)象來(lái)處理，使它具備一個(gè)對(duì)象所具有的廣義上的封裝性和繼承性。從數(shù)據(jù)庫(kù)底層、應(yīng)用分布、跨平臺(tái)、物理隔離設(shè)備的處理等方面，進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，使信息平臺(tái)能夠滿足不斷擴(kuò)充的電力自動(dòng)化應(yīng)用的需要，既能支持調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，也能滿足各級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)、電能量集抄系統(tǒng)、集控站系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)等的需要，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的一體化集成。

一、實(shí)時(shí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)平臺(tái)是應(yīng)用實(shí)時(shí)信息交互的基礎(chǔ)。在基于TCP/IP協(xié)議的客戶/服務(wù)器 （C/S）模式下， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)發(fā)、操作、信息流控制、全網(wǎng)發(fā)布等一系列功能。一是要遵循IEC61970/61968 CIM模型，二是要在CIM中繼承（Generalization）關(guān)系的實(shí)現(xiàn)。

從維護(hù)類結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)考慮，如果基類的定義發(fā)生了改變，如增加一個(gè)屬性，采用方法1只需修改基類的定義，易于維護(hù)；而采用方法2需修改基類及所有派生類的定義，難于維護(hù)。

從查找數(shù)據(jù)的方便程度考慮，如果要查找某派生類的對(duì)象繼承的屬性和關(guān)聯(lián)，采用方法 1需要先在派生類中查到其在基類中的位置，再?gòu)幕惾〉脭?shù)據(jù)，當(dāng)屬性和關(guān)聯(lián)是間接繼承時(shí)，查找更為繁瑣；而采用方法 2僅在派生類中即可直接取得數(shù)據(jù)，非常方便。

CIM實(shí)時(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)可根據(jù)數(shù)據(jù)字典自動(dòng)生成，而且結(jié)構(gòu)的變動(dòng)不會(huì)經(jīng)常發(fā)生，因此，維護(hù)類結(jié)構(gòu)的難易不必過(guò)多考慮，而數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問速度是重要的。

綜合考慮上述因素，選用方法2實(shí)現(xiàn)類之間的繼承關(guān)系。

1.3 分組的應(yīng)用管理模式

目前，電力自動(dòng)化主站系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)的信息平臺(tái)在分層的基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)用分組管理。

信息平臺(tái)包括公共服務(wù)層和數(shù)據(jù)總線層。各種電力實(shí)時(shí)監(jiān)控主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均基于 C/S機(jī)制， 通過(guò)廣義軟總線，系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享與訪問。結(jié)構(gòu)方式在調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化和電能量集抄等系統(tǒng)中均得到了廣泛應(yīng)用。不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息交互是通過(guò)協(xié)議的方式相互轉(zhuǎn)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)信息共享。

綜合應(yīng)用信息平臺(tái)提出的按應(yīng)用分組的設(shè)計(jì)打破了主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，在統(tǒng)一平臺(tái)的基礎(chǔ)上， 實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化和電能量集抄等系統(tǒng)的集成。這種設(shè)計(jì)模式真正實(shí)現(xiàn)了信息平臺(tái)支撐應(yīng)用的一體化設(shè)計(jì)，調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、電能量采集和負(fù)荷管理系統(tǒng)作為大系統(tǒng)的一部分，其基礎(chǔ)平臺(tái)是統(tǒng)一的，不同系統(tǒng)之間的信息交互完全基于軟總線，構(gòu)成了電力系統(tǒng)應(yīng)用的統(tǒng)一平臺(tái)。

這種分組的平臺(tái)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用按需擴(kuò)展和應(yīng)用的無(wú)縫集成能力 。

二、跨平臺(tái)圖形包設(shè)計(jì)

圖形界面承擔(dān)著監(jiān)視、操作、系統(tǒng)觀察等非常重要的工作， 以往圖形軟件在跨平臺(tái)方面往往是一個(gè) 圖形格式，2套代碼 （Windows和 Unix代碼不同 ），跨平臺(tái)的界面功能能做到相同 ，但操作風(fēng)格做不到完全相同 ，帶來(lái)了圖形應(yīng)用軟件開發(fā)難度增大、開發(fā)成本提高以及維護(hù)困難等問題。

現(xiàn)采用Qt圖形工具包，它是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面庫(kù)工具，可以支持Windows及 各不同廠商Unix平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)圖形系統(tǒng)跨平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一套代碼，各種操作系統(tǒng)平臺(tái)上的界面功能和操作風(fēng)格完全一致。

圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型。針對(duì)應(yīng)用功能的獨(dú)立性，該模型采用數(shù)據(jù)源、圖形核心算法和應(yīng)用 分離的思想 ，降低應(yīng)用與圖形之間的耦合，使得圖形系統(tǒng)能非常簡(jiǎn)便地適應(yīng)各個(gè)應(yīng)用，比如， 調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化、電能量采集等應(yīng)用只是數(shù)據(jù)性質(zhì)和來(lái)源不同，應(yīng)用功能采用不同的插件 ，整個(gè)圖形核心都是一樣的，極大地簡(jiǎn)化了維護(hù)和使用。不同的應(yīng)用使用同一圖形界面 ，系統(tǒng)的集成度也很高。

三、安全隔離設(shè)備的鏡像代理

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，將鏡像代理系統(tǒng) （包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器 ）放在安全Ⅲ 區(qū)。鏡像代理系統(tǒng)與 Ⅰ區(qū)系統(tǒng)服務(wù)器具有相同的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)（包括實(shí)時(shí)庫(kù)），它相當(dāng)于Ⅰ區(qū)主系統(tǒng)的一個(gè)鏡像。根據(jù)電力系 統(tǒng)二次安全防護(hù)的要求，在Ⅰ區(qū)系統(tǒng)與鏡像代理系統(tǒng)之間必須安裝安全隔離裝置。通過(guò) I區(qū)的同步軟件，將Ⅰ區(qū)信息通過(guò)安全隔離裝置發(fā)至鏡像代理系統(tǒng)。鏡像代理系統(tǒng)運(yùn)行在系統(tǒng)的鏡像節(jié)點(diǎn)，可接收所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)及各種事項(xiàng)。鏡像代理系統(tǒng)將接收到的信息提供給各個(gè)應(yīng)用，比如：Web用戶通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)外實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的發(fā)布。

在同步軟件的設(shè)計(jì)上，考慮數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同，同步軟件的設(shè)計(jì)包括2部分：一組負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同步，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要級(jí)別，在不同的時(shí)間間隔內(nèi)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步到鏡像代理系統(tǒng)；另一組負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)事項(xiàng)、文件、參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)的同步，實(shí)時(shí)事項(xiàng)產(chǎn)生時(shí)立即發(fā)送，文件、參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)更新時(shí)在一定時(shí)間間隔內(nèi)同步至鏡像代理系統(tǒng)。如果安全隔離裝置故障等原因不能傳送數(shù)據(jù)時(shí)， 第2組數(shù)據(jù)傳送會(huì)建立緩存機(jī)制，當(dāng)設(shè)備恢復(fù)后會(huì)重發(fā)，以保證事項(xiàng)、文件、參數(shù) 和歷史數(shù)據(jù)的完全同步。在此需要說(shuō)明的是， 歷史數(shù)據(jù)雖然在物理隔離設(shè)備的兩邊都可以相互獨(dú)立地存儲(chǔ)， 但是考慮到兩邊歷史數(shù)據(jù)的一致性，必須由I區(qū)同步軟件完整地發(fā)送到鏡像代理系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

綜合應(yīng)用信息平臺(tái)是電力自動(dòng)化各系統(tǒng)業(yè)務(wù)的支撐基礎(chǔ)，采用分組的應(yīng)用管理模式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)不同應(yīng)用基于軟總線的無(wú)縫應(yīng)用集成；基于Qt工具開發(fā)包的界面具有跨操作系統(tǒng)的能力， 數(shù)據(jù)源、圖形核心代碼和插件的設(shè)計(jì)，更利于圖形應(yīng)用的維護(hù)和使用；采用鏡像代理系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理隔離設(shè)備的透明傳輸和信息共享，既滿足了實(shí)時(shí)SCADA系統(tǒng)安全防護(hù)的要求，又成功解決了SCADA系統(tǒng)在Ⅲ區(qū)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳福保.侯保永.李貴民. ON2000一體化配網(wǎng)綜合調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)

作者簡(jiǎn)介

李洪民（1972—），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，現(xiàn)任職于遼寧傳媒學(xué)院，工程師，本科學(xué)位，研究方向：工業(yè)電氣自動(dòng)化。