基于CIM的調(diào)度自動化運行監(jiān)測可視化平臺

張 磊史奎山陳國恩王躍強

（1.國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.浙江創(chuàng)維自動化工程有限公司，杭州 310012）

基于CIM的調(diào)度自動化運行監(jiān)測可視化平臺

張 磊1史奎山2陳國恩1王躍強1

（1.國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.浙江創(chuàng)維自動化工程有限公司，杭州 310012）

為解決不斷增長的自動化業(yè)務(wù)需求和落后的自動化運行監(jiān)測之間的矛盾，結(jié)合自動化的專業(yè)特點和發(fā)展現(xiàn)狀，有必要開發(fā)一套實用性強、擴展性好、可視化程度高、具有智能輔助功能的自動化運行監(jiān)測系統(tǒng)，以減少人工監(jiān)測的失誤，確保自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

電力調(diào)度自動化；調(diào)度支持系統(tǒng)；運行監(jiān)測可視化平臺

在計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動下，電力調(diào)度自動化技術(shù)取得了長足進(jìn)步，自動化系統(tǒng)已成為電網(wǎng)調(diào)度運行、變電站集中監(jiān)控和其他生產(chǎn)管理部門的核心技術(shù)支撐，其重要性日益突出。目前，自動化系統(tǒng)形成了包括智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、二次安全防護系統(tǒng)等在內(nèi)的龐大的系統(tǒng)群，但系統(tǒng)運行卻主要依靠人工單點管理，技能水平要求高，管理效率低下，無法滿足電力生產(chǎn)管理集約化、精細(xì)化的要求，因此需要建立一套功能先進(jìn)、實用性好的電力調(diào)度自動化運行監(jiān)測可視化平臺。

該問題也引起了學(xué)者的重視，取得了一些研究成果[1-4]。但隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)延伸，這些研究一方面對自動化系統(tǒng)間的橫向聯(lián)系研究不足，可視化程度不高，僅適用于系統(tǒng)異常的預(yù)判，對缺陷處理的幫助不大；另一方面對平臺擴展性考慮不足，難以覆蓋自動化最新業(yè)務(wù)；同時還忽略了各自動化系統(tǒng)本身對于業(yè)務(wù)的監(jiān)視和告警，造成重復(fù)采集。

本文力求以調(diào)度自動化管理智能化、監(jiān)控對象一體化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、人機交互規(guī)范化為基礎(chǔ)，簡潔形象展示各自動化系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)之間的實時運行狀態(tài)、設(shè)備健康狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的可測、可觀，確保電力調(diào)度自動化系統(tǒng)高效安全運行。

1 平臺總體設(shè)計

1.1 平臺建設(shè)原則

1）一體化原則。充分考慮不同安全區(qū)域的數(shù)據(jù)的完整性和相關(guān)性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化；軟件體系結(jié)構(gòu)按一體化思想構(gòu)造，實現(xiàn)框架一體化；考慮各生產(chǎn)業(yè)務(wù)的互聯(lián)性，實現(xiàn)應(yīng)用一體化。

2）開放性原則。采用先進(jìn)和成熟的硬件、軟件、協(xié)議和平臺，確保在系統(tǒng)生命周期內(nèi)具有一定的先進(jìn)性；采用開放式體系結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計，且具有擴展的能力，能滿足企業(yè)長期發(fā)展的需要；提供對系統(tǒng)運行的監(jiān)測、控制和管理功能；具有良好的開放式系統(tǒng)接口。

3）實用性原則。設(shè)計友好的人機界面，動態(tài)展示系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)互聯(lián)情況，對異常情況及時報警；在缺陷處理、信息流回溯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)具備完善的智能輔助功能。

4）模塊化原則。實現(xiàn)處理邏輯之間靈活掛接和簡易配置，建立處理單元之間松耦合的交互關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)的透明處理。

1.2 平臺基本模塊

本平臺主要包含了DMTF-CIM模型定義模塊，監(jiān)測對象建模模塊，監(jiān)測對象圖模轉(zhuǎn)換模塊，監(jiān)測對象數(shù)據(jù)采集模塊，任務(wù)管理模塊，告警管理模塊。

DMTF-CIM模型定義模塊采用面向?qū)ο蟮?、分層次的管理信息模?CIM[5]（公共信息模型，能夠定義不同被管對象的屬性及其之間的關(guān)系），以實現(xiàn)模型包，模型類，類屬性，類屬性組，類屬性表，表定義，表字段定義，類關(guān)系，類關(guān)系定義，展示樹定義等功能。以此保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)長期發(fā)展的可行性，實現(xiàn)系統(tǒng)建模及其與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化。

監(jiān)測對象建模模塊主要實現(xiàn)監(jiān)測對象基本信息、關(guān)系信息、物理位置等模型信息的存儲功能。

監(jiān)測對象圖模轉(zhuǎn)換模塊主要用于將監(jiān)測對象與監(jiān)測對象位置信息模型轉(zhuǎn)換成2D（3D）圖形。

監(jiān)測對象數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)采集、接收不同安全區(qū)域分區(qū)的設(shè)備信息、事件、告警和SYSLOG系統(tǒng)日志等，將其按照固定的DMTF-CIM格式存放數(shù)據(jù)中心并實時反饋。

任務(wù)管理模塊主要用于監(jiān)測對象的告警閥值、警戒門限的初始化與維護等。

告警管理模塊主要實現(xiàn)監(jiān)測對象達(dá)到預(yù)定閥值或者門限時發(fā)生告警的類別、告警方式及異常處理辦法的提示，對已處理告警及時歸檔等。

2 平臺主要結(jié)構(gòu)

2.1 平臺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

平臺硬件結(jié)構(gòu)主要包括安全二區(qū)的采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)（正/反向隔離裝置傳輸代理）和安全三區(qū)的Web應(yīng)用服務(wù)器、庫數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、采集服務(wù)器、動力設(shè)備監(jiān)控管理站、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)（正/反向隔離裝置傳輸代理）、運行監(jiān)測終端服務(wù)器、環(huán)境監(jiān)控裝置。

圖1 平臺硬件結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

安全二區(qū)的采集服務(wù)器負(fù)責(zé)采集安全一區(qū)、二區(qū)的設(shè)備信息、事件、告警和SYSLOG系統(tǒng)日志，并將采集的數(shù)據(jù)通過安全二區(qū)傳輸代理以文件方式傳遞到安全三區(qū)，由安全三區(qū)傳輸代理轉(zhuǎn)發(fā)到安全三區(qū)采集服務(wù)器指定目錄。此外，安全三區(qū)的采集服務(wù)器還采集安全三區(qū)的設(shè)備信息、事件、告警和SYSLOG系統(tǒng)日志，同時和動力設(shè)備監(jiān)控管理站通信，將動力設(shè)備監(jiān)控管理站采集的所有機房動力環(huán)境設(shè)備數(shù)據(jù)存入統(tǒng)一信息庫。安全三區(qū)的運行監(jiān)測終端服務(wù)器負(fù)責(zé)平臺的操作響應(yīng)和展示。

2.2 平臺數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

平臺是在充分調(diào)研分析的基礎(chǔ)上設(shè)計的智能告警及故障診斷系統(tǒng)。以系統(tǒng)自身的智能采集與自動化系統(tǒng)為主要信息源的可視化平臺。軟件系統(tǒng)基于Java平臺開發(fā)，使用Oracle數(shù)據(jù)庫，依托現(xiàn)有圖形組件，利用Microsoft提供的JDBC（Java database connectivity）組件，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問操作以及可視化顯示。

平臺的軟件結(jié)構(gòu)基于DMTF/CIM模型，具有良好的標(biāo)準(zhǔn)化程度、互操作性與可擴展性，主要包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲層、業(yè)務(wù)分析層及視圖展示層。

圖2 平臺軟件結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

3 主要功能實現(xiàn)

電力調(diào)度自動化運行監(jiān)測可視化平臺主要包含主站設(shè)備監(jiān)測、關(guān)鍵應(yīng)用監(jiān)測、重要數(shù)據(jù)監(jiān)測、廠站工況監(jiān)測、動力環(huán)境監(jiān)測、性能管理、告警管理、智能輔助決策、拓?fù)涔芾?、系統(tǒng)管理九大功能，收集各自動化系統(tǒng)自帶的告警信息，采集其它的告警信息，以圖形視圖和頁面相結(jié)合的方式，全方位形象展示不同維度的自動化關(guān)鍵業(yè)務(wù)和核心信息流。

1）主站設(shè)備監(jiān)測。以安全分區(qū)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)為層級，分類維護主站設(shè)備基本信息；以機房屏柜視圖維護設(shè)備的位置信息；通過 SNMP[6]采集設(shè)備運行信息，并以多種形式展示，針對服務(wù)器設(shè)備主要有CPU、內(nèi)存、磁盤空間等，針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要有端口信息、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷信息等。

2）關(guān)鍵應(yīng)用監(jiān)測。通過 SNMP協(xié)議采集操作系統(tǒng)信息（服務(wù)器系統(tǒng)名稱、系統(tǒng)已運行時間、內(nèi)存總?cè)萘?、?dāng)前用戶數(shù)、交換區(qū)總?cè)萘俊?dāng)前進(jìn)程數(shù)、空閑物理內(nèi)存、空閑虛擬內(nèi)存、CPU使用率等）、進(jìn)程信息（所有進(jìn)程的名稱、進(jìn)程號、運行狀態(tài)等）、文件系統(tǒng)（文件系統(tǒng)名稱、文件系統(tǒng)類型、存儲空間大小、已使用空間大小等）、網(wǎng)絡(luò)通信（網(wǎng)絡(luò)通訊信息MAC地址、IP地址、子網(wǎng)掩碼等）。以業(yè)務(wù)系統(tǒng)分類展示關(guān)鍵應(yīng)用運行概況，并且以圖形平臺為依托，建立關(guān)鍵應(yīng)用拓?fù)鋱D，展示關(guān)鍵應(yīng)用的每一個節(jié)點（進(jìn)程、文件等）組成。

3）重要信息監(jiān)測。以EMS系統(tǒng)為依托，統(tǒng)一匯總EMS系統(tǒng)的重要告警信息，實時監(jiān)測和展示廠站數(shù)據(jù)不刷新、廠站通道中斷等廠站運行情況和重要數(shù)據(jù)跳變、不刷新等數(shù)據(jù)異常情況。

4）動力環(huán)境監(jiān)測。通過 SNMP協(xié)議或者接口的形式監(jiān)測機房電源、水浸、空調(diào)、UPS、溫濕度探頭的運行情況，并以圖形的形式展示機房動力環(huán)境布線、設(shè)備形狀、設(shè)備位置等動力環(huán)境圖形。

5）性能管理?？筛鶕?jù)監(jiān)控對象，靈活設(shè)置采集周期（最小間隔5s），并選擇多項監(jiān)測性能指標(biāo)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集。采集的性能數(shù)據(jù)可以以曲線圖形方式實時展現(xiàn)。

6）告警管理。根據(jù)對采集數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析，對各自動化系統(tǒng)的運行狀況進(jìn)行統(tǒng)一告警處理，對系統(tǒng)運行異常情況進(jìn)行統(tǒng)一展示和通告。

7）智能輔助。根據(jù)系統(tǒng)需求，自動化系統(tǒng)存在三種基本狀態(tài)：正常態(tài)；異常態(tài)；故障態(tài)。對于自動化運維人員來說，需要從三種基本狀態(tài)入手進(jìn)行分析，以更好的對系統(tǒng)進(jìn)行管控，對此，平臺提供智能輔助功能，包括：正常態(tài)的事故預(yù)想及檢修安排、異常態(tài)的告警推圖及異常分析、故障態(tài)的智能故障分析及處理異常分析。

8）拓?fù)涔芾?。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D集中網(wǎng)絡(luò)主要設(shè)備之間的連接情況，可自動發(fā)現(xiàn)并生成包括全網(wǎng)運行設(shè)備以及設(shè)備之間的物理連接關(guān)系的拓?fù)鋱D，以實現(xiàn)自動化系統(tǒng)各關(guān)鍵設(shè)備節(jié)點的運行狀態(tài)，信息流情況，網(wǎng)絡(luò)連接狀況等信息。

9）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理主要包括位置設(shè)備管理、用戶管理、權(quán)限管理、主要遙測點管理。

4 結(jié)論

該平臺在嘉興地調(diào)運行一年多來，友好的界面直觀展示設(shè)備物理位置、業(yè)務(wù)組成、監(jiān)測對象關(guān)系、設(shè)備運行概貌、設(shè)備定位等信息，降低了自動化專業(yè)的技術(shù)門檻，在很大程度上替代了值班巡視作業(yè)，降低了自動化運維人員的工作強度，提高了自動化專業(yè)的自動化水平。

平臺側(cè)重于各自動化系統(tǒng)橫向之間的聯(lián)系，強調(diào)信息流傳遞的重點環(huán)節(jié)，使得自動化系統(tǒng)內(nèi)部以及自動化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間，信息的追查和回溯更為方便和快捷。

系統(tǒng)實現(xiàn)自動化系統(tǒng)異常狀態(tài)的主動識別與預(yù)防，為自動化運維人員提供了行之有效的故障定位和排查手段，建立了異常發(fā)生事前有效預(yù)警、事中應(yīng)急處理、事后整理歸檔的工作模式，同時智能輔助功能可以通過當(dāng)前告警檢索到歷史同類告警的解決方案，輔助故障排查，增加了故障排查效率，更加有效的保障電力安全穩(wěn)定運行。

[1]劉臣亮, 劉宇.電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)監(jiān)視報警軟件[J].水電自動化與大壩監(jiān)測, 2007, 30(1): 29-31, 53.

[2]孫暉, 趙菁.建立專業(yè)電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)的探討[J].自動化儀表, 2003, 24(6): 17-20.

[3]王民昆, 田立峰, 茍驍毅.四川電網(wǎng)調(diào)度自動化綜合監(jiān)控系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù), 2006, 30(21): 89-93.

[4]秦杰, 馬韜韜, 郭創(chuàng)新.調(diào)度自動化設(shè)備狀態(tài)在線報警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化, 2009, 33(6): 95-98.

[5]賴培榮.基于 CIM 的電力通信運行管理建模.自動化應(yīng)用, 電力專欄: 103-105.

[6]李俊, 熊文龍, 宮浩然.SNMP原理及安全性分析[J].交通與計算機, 2003, 21(1): 16-19.

The Research based on CIM Operation Dispatching Automation Monitoring Visualization Platform

Zhang Lei1Shi Kuishan2Chen Guoen1Wang Yueqiang1
(1.Jiaxing Power Supply Company, Jiaxing, Zhejiang 314033;（2.Zhejiang Skyworth Automation Engineering Co., Ltd, Hangzhou 310012)

To solve the problem of automation of the growing business needs and the contradiction between the backward monitoring automation operation, combined with the characteristics and current situation of the development of automation specialty, it is necessary to develop a strong practicability, good scalability, high degree of visualization, has the automatic operation of the auxiliary function of intelligent monitoring system, in order to reduce the mistake of manual monitoring to ensure the safe and stable operation of automation system.

electric power dispatching automation; scheduling support system; operation monitoring visualization platform

張 磊（1986-），男，工程師，國網(wǎng)嘉興供電公司調(diào)控中心自動化運維班主管，長期從事電力調(diào)度自動化工作。