基于大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊玉新　馬偉　趙陽

摘 要： 針對當(dāng)前電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和信息規(guī)劃的集成度低，準(zhǔn)確性差的問題，提出大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)。采用嵌入式ARM尋址技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息的總線調(diào)度，構(gòu)建HP E1485A/B多模信息控制模塊，進(jìn)行進(jìn)程管理和文件配置，然后采用LCD控制器進(jìn)行電網(wǎng)信息傳輸?shù)闹悄芸刂?，在以Linux 2.6.32為內(nèi)核的嵌入式環(huán)境下進(jìn)行信息系統(tǒng)的軟件集成設(shè)計(jì)和調(diào)試。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息融合和集成管理，電網(wǎng)規(guī)劃信息的覆蓋度較高，系統(tǒng)可靠度得到有效提升。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)分析； 電網(wǎng)規(guī)劃； 信息系統(tǒng)； 總線調(diào)度

中圖分類號： TN919?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）07?0155?04

Design of power grid precise planning information system based on big data analysis

YANG Yuxin1， MA Wei1， ZHAO Yang2

（1. State Grid Heibei Electric Power Company， Shijiazhuang 050021， China；

2. Economic Research Institute， State Grid Hebei Electric Power Company， Shijiazhuang 050021， China）

Abstract： For the low integration and poor accuracy of the current power grid data management and information planning， a power grid precise planning information system based on big data analysis is put forward. The embedded ARM addressing technique is used to perform the bus scheduling of the power grid big data information， and construct the HP E1485A/B multi?mode information control module to conduct the process management and file configuration. The LCD controller is adopted to control the power grid information transmission intelligently. The software integrated design and debugging of the information system are carried out in the embedded environment taking Linux 2.6.32 as the kernel. The experimental results show that the system can realize the information fusion and integration management of the power grid big data accurately， the power grid planning information has high coverage degree， and the system reliability is improved effectively.

Keywords： big data analysis； power grid planning； information system； bus scheduling

0 引 言

電網(wǎng)是人們生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)設(shè)施，電網(wǎng)的精準(zhǔn)規(guī)劃能有效控制電能開銷，提高電網(wǎng)的調(diào)度和管理能力。隨著集成自動電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃技術(shù)的不斷發(fā)展，對電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到人們的關(guān)注。電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)建立在大規(guī)模電網(wǎng)信息和用戶的管理基礎(chǔ)上，采用大數(shù)據(jù)信息處理和分析方法進(jìn)行電網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息分析，提高精準(zhǔn)規(guī)劃的能力，研究電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)在提高電網(wǎng)的智能管理性能方面具有重要意義[1?2]。對電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息管理通常采用的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法[3]、人工調(diào)度方法[4]、專家系統(tǒng)分析方法等[5?6]，通過構(gòu)建模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、智能傳感和信息調(diào)度，取得了一定的效果，但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)載不斷增大，導(dǎo)致當(dāng)前電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和信息規(guī)劃的集成度不高，對大數(shù)據(jù)信息處理的準(zhǔn)確性不好。

針對當(dāng)前電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和信息規(guī)劃的集成度不高，準(zhǔn)確性不好的問題，提出基于大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，并通過實(shí)例測試其有效性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基本流程

1.1 電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

首先分析電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃總體設(shè)計(jì)構(gòu)架并進(jìn)行功能模塊組件分析和介紹，采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)傳輸信息處理，電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)建立在通用計(jì)算機(jī)平臺上，在不同的操作系統(tǒng)上進(jìn)行電網(wǎng)信息管理和數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，為了提高信息系統(tǒng)的兼容性和可執(zhí)行性，需要在信息系統(tǒng)中安裝Linux系統(tǒng)，在嵌入式Linux環(huán)境下進(jìn)行電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的開發(fā)，Linux操作系統(tǒng)可以運(yùn)行在ARM，PowerPC上，結(jié)合大數(shù)據(jù)信息采樣進(jìn)行ARM平臺的控制信息編譯和電網(wǎng)調(diào)度。采用嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出總線和核心控制模塊，實(shí)現(xiàn)控制程序的加載，電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的核心控制模塊根據(jù)大數(shù)據(jù)信息分析技術(shù)執(zhí)行文件系統(tǒng)管理、應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)加載，在接收模塊和發(fā)射模塊進(jìn)行信息調(diào)試，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析，電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，得到電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)軟件開發(fā)的基本處理流程：

（1） 電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息處理過程。通過調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序進(jìn)行大數(shù)據(jù)信息處理和大數(shù)據(jù)分析平臺設(shè)計(jì)，在電網(wǎng)信息調(diào)度中進(jìn)行資源配置和原始數(shù)據(jù)采集，采用A/D采樣對本地?cái)?shù)據(jù)庫中的電網(wǎng)信息進(jìn)行本地調(diào)度，將程序驅(qū)動模塊移植到云計(jì)算平臺中，通過A/D信息采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換執(zhí)行電網(wǎng)信息的時(shí)鐘采樣和濾波，為電網(wǎng)規(guī)劃信息系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)輸入。

（2） 信息處理模塊化編程過程。在Linux內(nèi)核下進(jìn)行電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的模塊化編程和信息加載，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫訪問和信息調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)對海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息調(diào)度過程中的數(shù)據(jù)訪問和信息規(guī)劃，Linux內(nèi)核下的引導(dǎo)加載程序（Boot loader）連續(xù)地執(zhí)行數(shù)據(jù)采樣分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義在include＼linux＼fs.h文件中，采用PCI橋接芯片與上位機(jī)通信，結(jié)合VIX總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成對數(shù)據(jù)庫的打開、釋放、讀寫和控制等基本的設(shè)備操作。

（3） 電網(wǎng)規(guī)劃信息的輸出和人機(jī)交互過程。采用交叉編譯環(huán)境進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果的輸出和人機(jī)交互操作，利用文件系統(tǒng)的入口點(diǎn)函數(shù)構(gòu)建交互系統(tǒng)，采用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃信息數(shù)據(jù)的集成智能控制和可視化多線程遠(yuǎn)程信息傳輸調(diào)度。

1.2 軟件開發(fā)環(huán)境的建立及根文件系統(tǒng)構(gòu)建

電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境建立在嵌入式Linux的開發(fā)環(huán)境中，采用交叉編譯的方式作為BootLoader，做完移植工作進(jìn)行內(nèi)核配置，執(zhí)行“Make menuconfig ” 運(yùn)行http服務(wù)器和telnet服務(wù)器的內(nèi)核程序代碼，為：

interface Scheduler {

Application cheduling information grid init（）；

implement File create root directory system. Linux?2.6.32.2 （process creation）； //編譯器的全路徑寫入

Task（TRUE）

Completion TaskBasic ARCH ？= runNextTask；

//使用Linux內(nèi)核源碼目錄

}

由此構(gòu)建電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的模塊化組件設(shè)計(jì)包括根文件系統(tǒng)構(gòu)建和編譯環(huán)境設(shè)計(jì)等。綜合考慮系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)性能進(jìn)行電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的模塊化組件設(shè)計(jì)，在LabWindows/CVI平臺上進(jìn)行系統(tǒng)軟件開發(fā)，完成電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息采集模塊、通信模塊、集成控制模塊組件設(shè)計(jì)。電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用交叉編譯以及使用VisualDSP++集成編譯的方式，根文件系統(tǒng)是所有Unix類操作系統(tǒng)的一個(gè)核心組成部分，在編輯、編譯和調(diào)試過程中，根文件系統(tǒng)完成指令流水查看以及庫文件、腳本、配置文件的相互切換功能，編輯.Bashrc文件，使用如下命令：

tar xvzf arm920t?eabi.tgz// Comply with GPL protocol

執(zhí)行LCD控制器完成編譯，加入系統(tǒng)環(huán)境變量，運(yùn)行命令

#gedit .Bashrc Download the source code

將QWS的LIB庫放入rootfs的/lib下，在基于X86架構(gòu)的Linux服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)編譯，在arch/arm/boot目錄下生成惟一的根目錄“System configuration files and scripts/”，得到包含基本的用戶命令工具程序的bin根文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)，根文件系統(tǒng)配置過程如圖2所示。

在根文件系統(tǒng)配置的基礎(chǔ)上，使用tar jxvf busybox?1.14.2.tar.bz2命令執(zhí)行硬件設(shè)備的目錄驅(qū)動，驅(qū)動程序?yàn)椋?/p>

interface Scheduler {

Set SIC_IWR hosting specifi init（）；

Register set phase locked loop frequency doubling Linux?2.6.32.2 （bool sleep）； //電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的初始化

Task（TRUE）

Completion SuperViVi ARCH ？= arm； //存儲器初始化

Declare the state of runNextTask （） //核源碼目錄

}

通過電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的模塊化組件設(shè)計(jì)，使用DSP仿真器將數(shù)據(jù)加載至DSP內(nèi)存，將電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的管理內(nèi)容傳送到文件編譯器，分別運(yùn)行http服務(wù)器和telnet服務(wù)器寫的6個(gè)必備的文件夾/etc，/lib， /dev，/usr，/var和/proc，完成信息加載和數(shù)據(jù)安裝。

2 信息系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)功能模塊化設(shè)計(jì)，本文提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)主要包括信息采集模塊、控制器模塊、程序加載模塊和人機(jī)通信模塊等。信息采集模塊根據(jù)系統(tǒng)支持多種多樣的輸入/輸出設(shè)備，硬件選擇不同的文件系統(tǒng)，支持完整的TCP/IP協(xié)議棧，采用Socket編程引導(dǎo)程序（BootLoader）執(zhí)行交叉編譯，采用嵌入式Web服務(wù)對ARM硬件平臺進(jìn)行移植，實(shí)現(xiàn)四個(gè)層次軟件的移植，采用“自下而上”的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行信息采集，利用開源Linux操作系統(tǒng)編輯代碼，虛擬機(jī)運(yùn)行在Windows或Linux計(jì)算機(jī)上，在Linux下編譯程序生成目標(biāo)文件，編譯出來的可執(zhí)行程序Busybox在設(shè)計(jì)上充分考慮硬件資源，使用腳本和服務(wù)器，初始化添加模塊和用戶定制模塊需要使用以下句法：

vpModule： ： System Loaded （“vp” ）；

vpModule： ： angstrom?linux （“vpMarine” ）；

vpModule： ： mknod console （“vpFx” ）；

> /dev/tty1

利用mkyaffsimage工具定義.acf、配置仿真類、仿真循環(huán)、更新和退出。通過目標(biāo)板中的文件制作電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息處理模塊，使用公用vpApp 定制的自定義類，得到電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息處理的Linux設(shè)備驅(qū)動程序?yàn)椋?/p>

class mkyaffsimage： public vpApp

{ public： m_lookAt?>se {}； //構(gòu)造驅(qū)動程序函數(shù)

myApp（） {}； //構(gòu)造操作系統(tǒng)函數(shù)

virtual void onKey setStrategy（vpMotion：：Key key，int mod） //屏蔽硬件的細(xì)節(jié)

private： //初始化和釋放設(shè)備

} //myApp類自定義結(jié)束

在VP中可以多次定制字符設(shè)備驅(qū)動程序，調(diào)用多個(gè).acf文件。

if （Character device <= 1）

myApp ?>define（"issue read / write request"）；

else

myApp ?>define（argv[1]）；

關(guān)閉程序，開辟一段內(nèi)存緩沖區(qū)，構(gòu)建電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的程序加載模塊，執(zhí)行大數(shù)據(jù)信息處理的程序加載，根據(jù)系統(tǒng)的硬件設(shè)備進(jìn)行SuperViVi移植，在電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的Linux文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用FFT函數(shù)設(shè)置內(nèi)核啟動參數(shù)，進(jìn)行控制器模塊設(shè)計(jì)，配置內(nèi)核程序代碼為：

vpFxExplosion* Configuration kernel program code = Set phase locked loop frequency doubling （）；

Program loading BootLoader development?>setOverallColor（PORT0_TCLKDIV）； //設(shè)置runNextTask（）的狀態(tài)

Power grid precision planning information?>setTextureMode（ vpFx：：TEXTURE_MODE_MODULATE ）； //執(zhí)行進(jìn)程管理

Use post keyword mach?mini2440.c?>setTextureFile（ "explosion.inta" ）； //設(shè)置post關(guān)鍵字

電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的一個(gè)組件使用post關(guān)鍵字mach?mini2440.c進(jìn)行編譯，系統(tǒng)資源都可以抽象成文件，通過read（），write（）等系統(tǒng)調(diào)用去訪問網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，關(guān)鍵代碼實(shí)現(xiàn)如下：

Int CMyApp： ： Static compilation mode （ ）

{User with root privileges *channel = *vpChannel： ：

begin （Command uninstall driver module ） ；

channel ?> addinsmod commedn （vsChannel： ： EVENT_POST_DRAW， include＼linux＼fs.h） ；}

void open（）：： notify （Request_irq （） function to apply f： ： Event， const apply for interruption vrDrawContext *context）

//調(diào)用free_irq（）函數(shù)釋放中斷

{switch（event）

{

case vsChannel：： module_init（）：

{

}

break； }

case unregister_blkdev（）：：EVENT_POST_DRAW：

{ //內(nèi)核函數(shù)完成注銷

break；}}

2.2 電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的軟件集成實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行了電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的模塊化開發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行信息系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，構(gòu)建HP E1485A/B多模信息控制模塊，嵌入式Linux系統(tǒng)由啟動引導(dǎo)程序（BootLoader）進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析信息系統(tǒng)的存儲設(shè)計(jì)，充分利用開源Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核啟動功能，將可執(zhí)行文件下載到硬件上，構(gòu)建HP E1485A/B多模信息控制模塊，加載PLL_DIV寄存器安裝Emulator啟動時(shí)鐘，進(jìn)行程序加載的BootLoader開發(fā)。執(zhí)行“Make menuconfig”設(shè)計(jì)LCD控制器進(jìn)行電網(wǎng)信息傳輸?shù)闹悄芸刂?，通過Linux的根文件系統(tǒng)創(chuàng)建系統(tǒng)的初始化調(diào)度指令，電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的初始化流程如圖3所示。

設(shè)定SIC_IWR寄存器，對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)程管理和文件配置，采用LCD控制器進(jìn)行電網(wǎng)信息傳輸?shù)闹悄芸刂?，分別運(yùn)行目錄的/etc，/lib，/dev，/usr，/var和/proc指令執(zhí)行大數(shù)據(jù)分析和電網(wǎng)信息調(diào)度，在Linux 2.6.32內(nèi)核環(huán)境下進(jìn)行信息系統(tǒng)的軟件集成設(shè)計(jì)和調(diào)試。電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試的流程如圖4所示。

3 仿真測試

在LabWindows/CVI平臺上進(jìn)行系統(tǒng)軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和代碼開發(fā)，在對電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)的調(diào)試過程中，使用的儀器為：XFR_TYP3220A函數(shù)信號發(fā)生器和PERIPHERA PST3202可編程電源，運(yùn)行make menuconfig命令進(jìn)行程序加載配置，電網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息離散采樣率為200 kHz，信息系統(tǒng)的時(shí)鐘電壓為3.5 V，內(nèi)核電壓為1.26 V，根據(jù)上述仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)定進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試仿真，仿真的測試效果表面，本文系統(tǒng)能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息融合和集成管理，為了對比分析性能，采用本文方法和傳統(tǒng)方法，以電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的覆蓋度為測試指標(biāo)，得到的對比結(jié)果如圖5所示。

分析上述仿真結(jié)果得出，采用本文方法進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃電網(wǎng)信息的覆蓋度較高，展示了本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性。

4 結(jié) 語

為了提高電網(wǎng)規(guī)劃性能，本文提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行描述，系統(tǒng)包括信息采集模塊、控制器模塊、程序加載模塊和人機(jī)通信模塊等。在以Linux 2.6.32為內(nèi)核的嵌入式環(huán)境下進(jìn)行信息系統(tǒng)的軟件集成設(shè)計(jì)和調(diào)試。研究表明，采用本文設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息融合和集成管理，電網(wǎng)信息的覆蓋度較高，展示了較好的應(yīng)用價(jià)值。

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