能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林 璐

(國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司滄州供電分公司,河北 滄州 061000)

0 引言

能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合應(yīng)用于能源工業(yè)的產(chǎn)物,可在傳統(tǒng)能源工業(yè)中結(jié)合運(yùn)用多種先進(jìn)技術(shù),以化解能源開(kāi)采粗放化、能源利用過(guò)度化所造成的危機(jī)。能源互聯(lián)網(wǎng)由存儲(chǔ)、傳送、熱力供應(yīng)等多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建而成,運(yùn)行時(shí)具有信息生成量巨大、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的特征,存在較高的風(fēng)險(xiǎn)隱患。而從技術(shù)性、社會(huì)性、經(jīng)濟(jì)性各個(gè)層面分析,打造能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)用于維持能源互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有較高的可行性。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的功能需求

能源互聯(lián)網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)要滿足5個(gè)方面的功能需求:一是數(shù)據(jù)采集管理需求,其中包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)預(yù)處理以及數(shù)據(jù)操作[1]。二是風(fēng)險(xiǎn)視角的預(yù)警需求,由宏觀、微觀2方面的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警需求構(gòu)成,應(yīng)具備包括模型設(shè)計(jì)、模型演算、結(jié)果呈現(xiàn)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)管理等多個(gè)功能。三是用戶權(quán)限設(shè)置與管理需求,不同層級(jí)的系統(tǒng)管理員擁有不同級(jí)別賬戶及角色設(shè)置權(quán)限。四是歷史數(shù)據(jù)管理需求,主要是移動(dòng)、存儲(chǔ)與查詢歷史數(shù)據(jù)及以往模型結(jié)果。五是系統(tǒng)設(shè)置需求,用于修改個(gè)人信息、申請(qǐng)角色權(quán)限、調(diào)整系統(tǒng)界面布局。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程

2.1 基于宏觀視角的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程

通過(guò)分析能源互聯(lián)網(wǎng)中央系統(tǒng)及局域系統(tǒng)各自的風(fēng)險(xiǎn)演化情況發(fā)現(xiàn),能源互聯(lián)網(wǎng)的部分子系統(tǒng)具備較高的風(fēng)險(xiǎn)隱患。在模型構(gòu)建后、根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果,設(shè)計(jì)人員可構(gòu)建基于宏觀視角的能源互聯(lián)網(wǎng)宏觀風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程,如圖1所示。首先,設(shè)計(jì)人員應(yīng)分析能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)并采集能量、信息2個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù),再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。而后應(yīng)簡(jiǎn)化能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),構(gòu)建對(duì)應(yīng)模型,分析風(fēng)險(xiǎn)傳播方向、路徑,再設(shè)定具體權(quán)重值及綜合風(fēng)險(xiǎn)傳遞權(quán)重、明確風(fēng)險(xiǎn)一致度系數(shù),并展開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。其次,設(shè)計(jì)人員需要確定風(fēng)險(xiǎn)保留比例、推演風(fēng)險(xiǎn)傳遞過(guò)程、計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)。最后,要明確風(fēng)險(xiǎn)閾值,根據(jù)閾值發(fā)出告警與提示,并實(shí)時(shí)修正相關(guān)參數(shù)。

圖1 基于宏觀視角的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程

2.2 基于微觀視角的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型的構(gòu)建理論,總結(jié)出能源互聯(lián)網(wǎng)面臨電力側(cè)、信息側(cè)以及其他風(fēng)險(xiǎn),由此可構(gòu)建出常規(guī)微觀風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程,如圖2所示。(1)此流程構(gòu)建時(shí),設(shè)計(jì)人員需先收集能量、信息2個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù),并了解電力市場(chǎng)變化、氣象等外部信息,然后對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。(2)構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,歸一化處理各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)樣本。(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)互信息理論,分析樣本數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn),提取關(guān)鍵性風(fēng)險(xiǎn)因素,更新與完善關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)庫(kù)。(4)分析各關(guān)鍵因素的內(nèi)在關(guān)聯(lián),打造關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)傳輸鏈條,設(shè)定各個(gè)鏈路的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重并預(yù)測(cè)各鏈路風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨向。(5)設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)置對(duì)應(yīng)情境,確保能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)能夠以風(fēng)險(xiǎn)鏈為支持完成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提示任務(wù)[2]。

圖2 基于微觀視角的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程

3 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

3.1 框架設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)總體框架,如圖3所示,采用的是B/S框架架構(gòu),以.Net Frame work平臺(tái)作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件,并利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù),以系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的層次要求、系統(tǒng)功能需求作為設(shè)計(jì)依據(jù)。此架構(gòu)共分為6個(gè)層次:一是感知層,由電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)量測(cè)設(shè)備、傳感裝置構(gòu)成,主要作用是為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。二是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層,此層涵蓋本地及異地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、云端數(shù)據(jù)庫(kù)等多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,主要作用是存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)以及風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)。三是數(shù)據(jù)訪問(wèn)層,其作用是將連接指令或關(guān)閉指令傳送給數(shù)據(jù)庫(kù),為預(yù)警分析業(yè)務(wù)開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支持。四是業(yè)務(wù)邏輯層,此結(jié)構(gòu)層涵蓋風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型相關(guān)算法,且此層中會(huì)有原始數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn),是風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警結(jié)果的生成層。五是表示層,此層的作用是面向用戶展示風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息,具備與用戶交互的功能,可將經(jīng)過(guò)其他層處理后得到的預(yù)警結(jié)果展示在系統(tǒng)終端的顯示器中。六是Model層,此層是唯一一個(gè)貫穿其他層的引用層,貫穿層次從上到下依次為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層,其作用是封裝分散數(shù)據(jù)變量,并簡(jiǎn)化上述3層間的數(shù)據(jù)傳送流程。

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的總體框架

3.2 功能設(shè)計(jì)

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的功能模塊應(yīng)根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的功能需求而確定,需要把握降低模塊間功能相關(guān)性、提高模塊內(nèi)功能相關(guān)性的模塊設(shè)計(jì)原則。結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能需求,設(shè)計(jì)人員可將系統(tǒng)功能劃分為數(shù)據(jù)管理模塊、宏觀預(yù)警模塊、微觀預(yù)警模塊、歷史管理模塊以及系統(tǒng)設(shè)置模塊。數(shù)據(jù)管理模塊下設(shè)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、預(yù)處理、編輯、備份及恢復(fù)5個(gè)二級(jí)功能目錄;宏觀預(yù)警模塊則包含方案建立、初值生成、專家值導(dǎo)入、方案演算、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警5個(gè)二級(jí)功能;微觀預(yù)警與宏觀預(yù)警的差別是將專家值導(dǎo)入換成了指標(biāo)管理,其他二級(jí)功能不變;歷史數(shù)據(jù)管理功能下設(shè)置歷史數(shù)據(jù)采集、歷史宏觀方案以及歷史微觀方案3個(gè)二級(jí)功能;而系統(tǒng)設(shè)置模塊的二級(jí)功能為賬戶管理、角色管理、權(quán)限管理、人員管理以及界面設(shè)定5部分。

3.3 人機(jī)交互設(shè)計(jì)

考慮到人機(jī)交互設(shè)計(jì)要兼顧管理利用系統(tǒng)人員的指令接收情況以及系統(tǒng)后臺(tái)的信息反饋情況,設(shè)計(jì)人員需要將人機(jī)交互設(shè)計(jì)為以下2個(gè)層次:輸入設(shè)計(jì)與輸出設(shè)計(jì)[3]。輸入設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)計(jì)人員應(yīng)將輸入類型的全面性納入考量,涵蓋以系統(tǒng)信息錄入為主的點(diǎn)擊式輸入方式,為數(shù)據(jù)預(yù)處理、角色及系統(tǒng)界面設(shè)定等操作提供支持;還要設(shè)置用于字符等信息錄入的文本式輸入方式,以便快捷完成參數(shù)設(shè)定、方案基礎(chǔ)信息錄入等操作,在輸入后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕便可完成指令輸入過(guò)程;并應(yīng)設(shè)計(jì)好文件式輸入方式,主要用于專家意見(jiàn)以及原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入環(huán)節(jié)。輸出設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)置聲音輸出、文件導(dǎo)出、圖文信息顯示3種不同的輸出類型。其中,圖文信息顯示屬于最基礎(chǔ)的輸出方式,能夠直接將風(fēng)險(xiǎn)分析后得到的預(yù)警結(jié)果展示在顯示屏上;而聲音輸出是指在發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)對(duì)象時(shí)發(fā)出告警音樂(lè);文件輸出則是導(dǎo)出包含預(yù)警模型分析圖表及信息的文件。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)秉持降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的設(shè)計(jì)原則,主要措施是降低冗余數(shù)據(jù),縮短數(shù)據(jù)讀寫所需時(shí)間。而數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于規(guī)范數(shù)據(jù)表及字段名稱命名規(guī)則,并幫助其功能更加完善。數(shù)據(jù)管理模塊中,需要設(shè)計(jì)2類數(shù)據(jù)表,分別是數(shù)據(jù)類型表、數(shù)據(jù)信息表,如表1所示范例,前者要能夠體現(xiàn)出原始數(shù)據(jù)的基本類型,后者則要具備數(shù)值記錄、附帶信息登記功能。數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員要注意相同類型數(shù)據(jù)的單位統(tǒng)一。而預(yù)警模塊需要對(duì)各個(gè)子功能分別進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)。其中,宏觀預(yù)警及微觀預(yù)警時(shí)可通用的數(shù)據(jù)表為預(yù)警方案表,表格的表頭設(shè)計(jì)完全相同,但二者的字段存儲(chǔ)值存在差異,分別用1與0表示[4]。專家意見(jiàn)表的各個(gè)記錄應(yīng)與首尾結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的有向路徑一一對(duì)應(yīng),而微觀預(yù)警情況下需要單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)表,此表的作用是記錄電力側(cè)風(fēng)險(xiǎn)、信息側(cè)風(fēng)險(xiǎn)以及其他風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)信息。除此之外,設(shè)計(jì)人員還需要在歷史管理及系統(tǒng)設(shè)置模塊下設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表,如歷史數(shù)據(jù)表、歷史方案表以及用戶信息表、角色信息表等,范例如表2所示。

表1 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息范例

表2 能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的角色信息范例

3.5 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員需要高度重視系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),應(yīng)采取有效措施防御數(shù)據(jù)信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)及系統(tǒng)漏洞被攻擊風(fēng)險(xiǎn)。由于此系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,系統(tǒng)利用者在登錄賬戶、錄入數(shù)據(jù)信息時(shí),需要調(diào)用文本框組件,此時(shí)需要重點(diǎn)預(yù)防結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)注入風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)直接將SQL語(yǔ)句輸入文本框,以便快捷完成數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的讀寫[5]。為保障用戶登錄及數(shù)據(jù)傳送過(guò)程的安全性,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還需要引入MD5加密技術(shù),以提升能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)成效。

4 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)電力與信息深度融合的目標(biāo),文章提出了一種用于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的系統(tǒng),此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要圍繞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的功能需求而展開(kāi)。文章以B/S架構(gòu)為框架,.Net Framework平臺(tái)為開(kāi)發(fā)軟件,Qracle為數(shù)據(jù)庫(kù),設(shè)計(jì)了涵蓋6個(gè)層次的能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng),并依次完成了系統(tǒng)功能、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)及系統(tǒng)安全設(shè)計(jì),旨在打造運(yùn)行穩(wěn)定、響應(yīng)迅捷的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng),從而保障電力企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)的安全運(yùn)行。