輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與需求分析

南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局 姜清雷

21世紀(jì)是一個(gè)數(shù)字化的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)的存在讓人們的生活發(fā)生了了天翻地覆的變化，各種各樣的行業(yè)都充斥著互聯(lián)網(wǎng)的身影。互聯(lián)網(wǎng)可以將所有的一切都聯(lián)系起來，這便有了互聯(lián)網(wǎng)管理的概念，這一概念不僅能夠高效的保持各個(gè)部分之間的聯(lián)系，同樣可以實(shí)現(xiàn)全方位管理，信息化管理的理念深入人心[1]。企業(yè)發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都離不開計(jì)算機(jī),當(dāng)下社會(huì)是一個(gè)信息之上的年代，企業(yè)和社會(huì)發(fā)展就必須有足夠的能力去收集信息和管理信息。

傳統(tǒng)電網(wǎng)行業(yè)也在不斷的與時(shí)俱進(jìn)，不斷與新技術(shù)結(jié)合。以往的正常維修和管理方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)下社會(huì)對(duì)變電設(shè)備，這就對(duì)變電設(shè)備的管理和需求提出了更高的要求。目前電力行業(yè)為了能夠滿足社會(huì)需求，調(diào)整方案、積極借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)合理改革和創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備的管理和運(yùn)行[2]。

隨著科技的不斷進(jìn)步和革新，傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)也在隨之發(fā)生改變，為了研究輸變電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和發(fā)展需求，本文以物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)為基礎(chǔ)，著重開展系統(tǒng)目標(biāo)建設(shè)和系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文中介紹了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的確定和選取范圍，并根據(jù)用戶的需求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以及非功能設(shè)計(jì)，完整的呈現(xiàn)了設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。

隨著科技的不斷進(jìn)步和革新，傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)也在隨之發(fā)生改變，為了研究輸變電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和發(fā)展需求，本文以物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)為基礎(chǔ)，著重開展系統(tǒng)目標(biāo)建設(shè)和系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文中介紹了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的確定和選取范圍，并根據(jù)用戶的需求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以及非功能設(shè)計(jì)，完整的呈現(xiàn)了設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)的目的，是為了將整個(gè)設(shè)備的使用周期都能管理和檢測(cè)到，設(shè)備管理也不斷的向著全面、及時(shí)和準(zhǔn)確的方向發(fā)展。而輸變電設(shè)備的系統(tǒng)管理不僅需要傳統(tǒng)的電力檢測(cè)技術(shù)，更需要結(jié)合當(dāng)下先進(jìn)的通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得變電設(shè)備管理的系統(tǒng)能夠更加高效的完成。

文章所提到的輸變電管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理模式進(jìn)行全方位的跟蹤，并且可以識(shí)別出輸變電設(shè)備的唯一性，這就達(dá)到了給每一個(gè)變電設(shè)備都能賦予一個(gè)獨(dú)一無二的“身份證號(hào)碼”，方便管理和識(shí)別。此系統(tǒng)建立完成，將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸變電設(shè)備的軟件化管理，實(shí)時(shí)記錄輸變電設(shè)備的維修、出庫(kù)或者任何異常情況[3]。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

管理系統(tǒng)的建立涉及到許多技術(shù)指標(biāo)，這些技術(shù)指標(biāo)不僅是系統(tǒng)建設(shè)的需要，也是反映用戶需求的指標(biāo)。在開展設(shè)計(jì)工作之前，首先要進(jìn)行調(diào)研和分析，總結(jié)出用戶對(duì)輸變電系統(tǒng)的需求以及系統(tǒng)最終要達(dá)到的目標(biāo)，確定設(shè)計(jì)的范圍[4]。根據(jù)最終得到的結(jié)論，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，確定相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)。需要確定的參數(shù)主要有射頻識(shí)別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的指標(biāo)，同時(shí)也要考慮計(jì)算機(jī)的相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)的確定要以輸變電設(shè)備的管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在條件允許的情況下，可以超前考慮輸變電系統(tǒng)的未來發(fā)展，避免日后技術(shù)革新帶來的再次改造，影響輸變電設(shè)備的運(yùn)行。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)需要確定的兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)射頻識(shí)別系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，下面做詳細(xì)介紹。

2.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)的選取有一定的規(guī)范和要求。例如調(diào)制波頻率選擇高頻或者超高頻段是因?yàn)檎{(diào)制波頻率關(guān)系到電子標(biāo)簽識(shí)別的距離和穩(wěn)定性，一旦頻率不高，電子標(biāo)簽將會(huì)面臨失穩(wěn)。變電設(shè)備從國(guó)外引回先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)時(shí)也要根據(jù)國(guó)內(nèi)的環(huán)境做出適當(dāng)?shù)母膭?dòng)，例如大部分設(shè)備標(biāo)簽都是英文或者是簡(jiǎn)寫的英文，在國(guó)內(nèi)就極為不方便，應(yīng)將其改為中文標(biāo)識(shí)，方便操作。

表1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和要求

2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與射頻識(shí)別系統(tǒng)不同。確定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該根據(jù)國(guó)家政府和軍隊(duì)的相關(guān)規(guī)范以及ANSI、EIA、EEE、ITU，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的束腰技術(shù)指標(biāo)如表2。

表2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)及要求

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分，功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相輔相成的，輸變電設(shè)備系統(tǒng)的管理功能都是通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又是根據(jù)用戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。分布式結(jié)構(gòu)層次明確、分布較廣，并且系統(tǒng)的反應(yīng)速度較快，是未來設(shè)備系統(tǒng)的發(fā)展方向。因此本文將從分布式結(jié)構(gòu)著手研究，對(duì)輸變電設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理，網(wǎng)絡(luò)化管理之后再接著細(xì)化。在上一節(jié)提到過網(wǎng)絡(luò)化管理的總體目標(biāo)和主要的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)所提出的目標(biāo)和用戶需要的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文章介紹的功能設(shè)計(jì)模塊主要分為以下幾點(diǎn)：設(shè)備信息、設(shè)備的日常管理、備件設(shè)備管理、查詢管理和系統(tǒng)管理等幾大板塊。圖1詳細(xì)介紹了每隔板塊之間的結(jié)構(gòu)聯(lián)系，比如設(shè)備信息管理包括設(shè)備的基礎(chǔ)信息管理和設(shè)備的運(yùn)行信息管理。與上文所說的一致，輸變電設(shè)備管理是將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化建立起來，再進(jìn)一步對(duì)各個(gè)板塊細(xì)分。

圖1 系統(tǒng)功能組織結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相互結(jié)合的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，確定了系統(tǒng)的整體目標(biāo)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化管理，最終得到細(xì)化。而邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)就是將這些目標(biāo)和任務(wù)以線條化的形式展現(xiàn)出來。了解用戶的主要目標(biāo)和需求，分析重點(diǎn)的目標(biāo)并提取出主要功能，明確各個(gè)部分之間的邏輯關(guān)系，然后才能對(duì)邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖2是一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系圖，從設(shè)備信息編碼到后臺(tái)服務(wù)器運(yùn)算和錄入，這一過程看似簡(jiǎn)單，但是需要設(shè)計(jì)師對(duì)每一個(gè)功能都能熟悉，了解各功能之間的關(guān)系。

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

輸變電設(shè)備的相關(guān)信息進(jìn)行信息編碼后存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽內(nèi)，該電子標(biāo)簽粘貼在輸變電設(shè)備上。在輸變電設(shè)備上安裝存儲(chǔ)其相關(guān)信息的電子標(biāo)簽，當(dāng)使用便攜式電子標(biāo)簽閱讀器對(duì)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行注冊(cè)和清點(diǎn)時(shí)，電子標(biāo)簽閱讀器在計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令都對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、寫入作業(yè)，并將其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，然后輸入控制在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。并通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺(tái)管理中心，管理人員通過工作電腦瀏覽器端對(duì)輸變電設(shè)備管理信息進(jìn)行處理后，即可及時(shí)了解該資產(chǎn)的基本信息以及它的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體技術(shù)結(jié)構(gòu)是指基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)的構(gòu)成及其互聯(lián)結(jié)構(gòu)和處理結(jié)構(gòu)，是確定整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著許多的困難和挑戰(zhàn)，比如技術(shù)條件無法滿足，預(yù)算不足或者管理人員的限制，然而系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最為核心的部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著決定性的作用。所以系統(tǒng)在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮時(shí)間、技術(shù)和成本等一系列的因素，保證每一部分都能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求，并且在以后的發(fā)展中仍然能夠繼續(xù)發(fā)展。以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)，系統(tǒng)需要一定的技術(shù)支撐，主要是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和射頻技術(shù)為核心開展設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)過程中做到自動(dòng)采集信息，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心就是科學(xué)合理的組建網(wǎng)絡(luò)。

4 系統(tǒng)非功能性需求設(shè)計(jì)

系統(tǒng)非功能性設(shè)計(jì)任務(wù)有系統(tǒng)的性能需求和用戶操作界面的需求。完整的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)不僅要有強(qiáng)大的功能基礎(chǔ)還要同時(shí)滿足用戶的其他非功能需求，這一部分雖然不是主要的功能設(shè)計(jì)，但是它關(guān)乎到用戶使用者的習(xí)慣性，因此非功能性的設(shè)計(jì)也是不可忽視的。以下主要從性能需求和界面需求展開分析各部分所要達(dá)到的目標(biāo)。

4.1 性能需求

性能包括很多種比如設(shè)備的運(yùn)行速度，設(shè)備的容量或者設(shè)備的保密性等等。不同的系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的性能都提出了不同的要求，有的要求保密性高，有的要求運(yùn)行速度快，而輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)對(duì)性能的要求主要是運(yùn)行速度和安全性能。重點(diǎn)是滿足這兩方面，下面分別介紹安全性和運(yùn)行速度的詳細(xì)要求。

運(yùn)行速度快。輸變電設(shè)備牽扯多個(gè)部門之間的協(xié)調(diào)配合，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過程中如果運(yùn)行速度過慢會(huì)導(dǎo)致各個(gè)部門之間信息不對(duì)等，影響信息的更新頻率，降低各個(gè)部門之間工作效率，沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)；安全性高。輸變電設(shè)備管理屬于安全性較高的行業(yè)，一旦沒有做好安全防護(hù)，數(shù)據(jù)泄露，將造成不可挽回的損失。系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的“一人一戶”以及不同層次的人設(shè)置不同的權(quán)限，提高系統(tǒng)的安全性。

4.2 界面需求

截面設(shè)計(jì)雖然對(duì)功能沒有什么影響，但是操作者和使用者首先接觸到的就是操作界面，操作界面簡(jiǎn)潔清晰，操作起來方便，提高管理的效率：使用瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)（B/S）。與客戶端/服務(wù)器（C/S）相比，B/S結(jié)構(gòu)維護(hù)和升級(jí)都比較簡(jiǎn)單并且外觀簡(jiǎn)單便于操作；布局優(yōu)化。操作界面有很多的功能鍵，盡量將各個(gè)功能點(diǎn)按照用戶的操作習(xí)慣進(jìn)行布局，方便用戶在操作過程中的流暢度，提高工作效率。

5 結(jié)語

文章為了研究分析輸變電設(shè)備管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和需求，從多個(gè)方面開展研究，結(jié)合當(dāng)下國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。首先確定設(shè)備管理系統(tǒng)的建設(shè)總體目標(biāo)，根據(jù)總體目標(biāo)去設(shè)計(jì)其他相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。文中也介紹了頻射識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，這些技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)是相互反饋的。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)主要從功能設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三方面展開。最后介紹系統(tǒng)的非功能設(shè)計(jì)，包括性能需求和界面需求。文章系統(tǒng)的講述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，以期為相關(guān)從業(yè)者提供借鑒。