基于云原生構(gòu)架的自主可控流域電力生產(chǎn)系統(tǒng)研究

胥洪遠(yuǎn)

摘??要：電力生產(chǎn)是現(xiàn)代社會(huì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，高效的電力生產(chǎn)對(duì)于確保能源供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。旨在探索并實(shí)現(xiàn)了融合云原生構(gòu)架的現(xiàn)代化技術(shù)與電力生產(chǎn)相結(jié)合的電力生產(chǎn)系統(tǒng)，通過提高電力企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化和信息化水平，促進(jìn)電力生產(chǎn)的智能化。達(dá)到提高電力生產(chǎn)效率、降低成本、提升安全性和可靠性，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：云原生??自主可控性??電力行業(yè)??智能化??可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào)：TM62

Research?on?the?Autonomous?and?Controllable?Basin?Power?Production?System?Based?on?Cloud-Native?Architecture

XU?Hongyuan

（Huadian?Jinsha?River?Upstream?Hydropower?Development?Co.，?Ltd.，?Chengdu，?Sichuan?Province，610095?China）

Abstract：?Electricity?production?is?one?of?the?fundamental?industries?in?modern?society，?and?efficient?electricity?production?is?crucial?for?ensuring?energy?supply?and?economic?development.?This?study?aims?to?explore?and?implement?a?power?production?system?that?combines?modern?technologies?integrating?cloud-native?architecture?and?electricity?production，?which?promotes?the?intelligentization?of?power?production?by?improving?the?digitalization?and?informatization?level?of?the?production?and?operation?of?power?enterprises，?so?as?to?achieve?the?goal?of?improving?power?production?efficiency，?reducing?costs，?enhancing?safety?and?reliability，?and?gaining?better?economic?and?social?benefits.

Key?Words：?Cloud-native;?Autonomous?controllablility;?Electric-power?industry;?Intelligentization;?Sustainable?development

先進(jìn)技術(shù)云原生架構(gòu)的彈性、可維護(hù)性、可伸縮性、容錯(cuò)性和自動(dòng)化，使系統(tǒng)更加靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)，有助于提高電力生產(chǎn)系統(tǒng)的可用性和安全性。自主可控性是在確保數(shù)據(jù)的隱私和系統(tǒng)的安全至關(guān)重要，它強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的獨(dú)立性和可控性，以減少對(duì)外部供應(yīng)商或第三方的依賴，從而提高系統(tǒng)的安全性、可信性和靈活性，確保電力生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性。

1?電力生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀

隨著能源需求的不斷增加和環(huán)保意識(shí)的提高，電力行業(yè)需要不斷調(diào)整和創(chuàng)新，以適應(yīng)新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。同時(shí)，技術(shù)的進(jìn)步也為電力生產(chǎn)管理提供了更多的可能性，比如云計(jì)算，大數(shù)據(jù)分析、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。電力行業(yè)的未來將更加注重可持續(xù)性、智能化和綠色發(fā)展[1]。

2?研究目的和意義

通過研究基于云原生構(gòu)架的自主可控的電力生產(chǎn)系統(tǒng)提高電力生產(chǎn)的效率。這包括提高電力生產(chǎn)的可靠性，可控性和可持續(xù)性，確保電力供應(yīng)滿足需求。通過數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)化控制和智能決策支持，系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)電力需求的變化，提高電力系統(tǒng)的智能化水平。本系統(tǒng)擁有自主的數(shù)據(jù)控制和安全機(jī)制，能夠保護(hù)關(guān)鍵的電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3?研究思路與方法

3.1?研究思路

電力生產(chǎn)系統(tǒng)涉及多個(gè)子系統(tǒng)和設(shè)備，相關(guān)信息化系統(tǒng)較多，各系統(tǒng)定位清晰、責(zé)任主體間分工明確，導(dǎo)致數(shù)據(jù)和信息分散在各個(gè)系統(tǒng)中難以整合和共享。系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控電力生產(chǎn)過程，設(shè)備狀態(tài)和性能。

• 建立一套完善的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)抽取、清洗、加載和轉(zhuǎn)換的體系。
• 建立一套完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理機(jī)制。
• 為了保證數(shù)據(jù)的安全性，各種接口方式都應(yīng)該保證其接入的安全性。?

基于云原生構(gòu)架的自主可控流域電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)搭建管理模塊，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模塊，業(yè)務(wù)保障模塊，解決電站的運(yùn)營(yíng)可視、業(yè)務(wù)可管和風(fēng)險(xiǎn)可控問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行監(jiān)視需要對(duì)各電站、子陣設(shè)備進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)視和告警，保障發(fā)電穩(wěn)定運(yùn)行[2]。依托智能算法開發(fā)多種高級(jí)應(yīng)用，如發(fā)電曲線分析、設(shè)備故障趨勢(shì)分析、電站發(fā)電量同環(huán)比分析、智能運(yùn)維設(shè)備應(yīng)用等，為公司在金上區(qū)域的運(yùn)維管理，提供技術(shù)支撐，能夠極大提升電站運(yùn)營(yíng)運(yùn)維管理成效；建立安防中心，形成技防、物防、人防相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體監(jiān)控、事件高效處置、高效調(diào)查。

數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施：需根據(jù)對(duì)公司、區(qū)域集控中心、電站側(cè)的各類應(yīng)用建設(shè)的需求分析，明確對(duì)ICT基礎(chǔ)設(shè)施支撐能力的需求。需建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、視頻管理平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、GIS＋BIM平臺(tái)等數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)、統(tǒng)籌管理，同時(shí)明確對(duì)數(shù)據(jù)中心及機(jī)房、通信網(wǎng)絡(luò)及安全防護(hù)等系統(tǒng)建設(shè)的需求[3]。

3.2?研究方法

系統(tǒng)配套手機(jī)端的應(yīng)用，通過實(shí)現(xiàn)在手機(jī)端完成待辦的處理、流程的審批、設(shè)備的巡檢、缺陷的登記、操作票的操作等功能，充分利用手機(jī)的功能與特性實(shí)現(xiàn)待辦的提醒、工作現(xiàn)場(chǎng)的拍照、操作數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步與更新，大大提高了用戶使用系統(tǒng)的便捷性、數(shù)據(jù)的時(shí)效性，有效提高了電站管理系統(tǒng)日常生產(chǎn)管理的水平。

與監(jiān)控系統(tǒng)接口獲取監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行情況、機(jī)組的負(fù)荷情況、電站的發(fā)電用電情況等加以梳理、統(tǒng)計(jì)與分析，為電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供輔助決策依據(jù)，并針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)潔、直觀的展示界面。

按照業(yè)務(wù)及配套基礎(chǔ)設(shè)施需求，規(guī)劃建立“1＋4＋N”的智能場(chǎng)站業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，“1”為1個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字平臺(tái)，“4”為4個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，包括工程管理、集控中心、智慧生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)和業(yè)務(wù)保障系統(tǒng)，“N”為各應(yīng)用體系包含的若干應(yīng)用。

3.2.1?開發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)研究采用三峽高科自主研發(fā)的應(yīng)用軟件快速開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)致力于解決管理類應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中，由于技術(shù)體系和開發(fā)工具不一致、開發(fā)流程和規(guī)范不統(tǒng)一等原因?qū)е碌拈_發(fā)效率低、重復(fù)開發(fā)率高、維護(hù)成本高、系統(tǒng)間集成困難等問題，為應(yīng)用系統(tǒng)提供通用、成熟、可復(fù)用的共享服務(wù)和微服務(wù)解決方案。從技術(shù)和業(yè)務(wù)兩方面解決應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中的公共問題，讓應(yīng)用系統(tǒng)聚焦業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)優(yōu)化，提升開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[4]。平臺(tái)通過組件化、配置化、可視化、一體化的方式為企業(yè)管理類軟件開發(fā)業(yè)務(wù)提供較為完整的支撐，從設(shè)計(jì)、開發(fā)、構(gòu)建，到運(yùn)行、維護(hù)，覆蓋軟件開發(fā)全生命周期。

3.2.2?系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)的微服務(wù)架構(gòu)搭建，應(yīng)用系統(tǒng)采用前后端分離的技術(shù)架構(gòu)。后端搭建分布式服務(wù)集群，前端根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景開發(fā)多客戶端系統(tǒng)，滿足水電站場(chǎng)景應(yīng)用的需要。

3.2.3?業(yè)務(wù)架構(gòu)

實(shí)現(xiàn)公司-電廠二層生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全業(yè)務(wù)鏈管理，減輕員工工作強(qiáng)度，提升電站安全生產(chǎn)管理水平和智能化水平。安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)基于統(tǒng)一的技術(shù)構(gòu)架和集成平臺(tái)將管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)合，通過前端、后臺(tái)數(shù)據(jù)智能分析為公司的安全生產(chǎn)管理部門提供集管理、監(jiān)控、預(yù)警和指揮管理于一體的智能管控平臺(tái)[5]。

3.2.4?技術(shù)架構(gòu)

基于微服務(wù)架構(gòu)的電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的核心是建立微服務(wù)架構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將不同廠家、不同產(chǎn)品、不同運(yùn)行環(huán)境、不同開發(fā)工具開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)遵循該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用組件化和服務(wù)化，實(shí)現(xiàn)松散型、低耦合的集成，不同的信息系統(tǒng)可以相互調(diào)用功能服務(wù)。

3.2.5?技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

• 本系統(tǒng)使用?Java?語言開發(fā)，采用前后端分離的架構(gòu)設(shè)計(jì)，移動(dòng)端與?PC?端前端頁(yè)面展示不同，后臺(tái)系統(tǒng)功能一致。
• 整體架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)：采用“前-后”端分離技術(shù)架構(gòu)，微服務(wù)+分布式服務(wù)架構(gòu)。采用服務(wù)化實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。
• 后臺(tái)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：使用?spring?cloud。
• 前端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：使用?React、Vue、Angular?等技術(shù)。
• 數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)：支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)，如：MySQL、SQL?SERVER、Oracle、達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)?DM8。

3.2.6?開發(fā)框架

在微服務(wù)架構(gòu)中，API網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)中各個(gè)服務(wù)之間的協(xié)作樞紐，不允許直接調(diào)用微服務(wù)提供者。同步調(diào)用采用HTTP?REST方式，支持負(fù)載均衡，通常使用FeignClient或RestTemplate。此外，系統(tǒng)還提供了多種異步調(diào)用方案，如RabbitMQ、Kafka和Spring?Cloud?Stream，以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。

為了確保系統(tǒng)的安全性，API接口需要授權(quán)才能訪問，用戶登錄成功后會(huì)生成驗(yàn)證信息，如token或cookie，以確保接口調(diào)用的合法性。

通過斷路器（Circuit?Breaker）機(jī)制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)故障或壓力過載時(shí)的熔斷和降級(jí)。使用Netflix的Hystrix組件，系統(tǒng)可以自動(dòng)應(yīng)對(duì)各種異常情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，系統(tǒng)還采用了統(tǒng)一的日志管理，ELK集合框架用于集中管理和分析所有微服務(wù)的日志。監(jiān)控管理方面，系統(tǒng)使用Hystrix進(jìn)行服務(wù)的監(jiān)控，同時(shí)使用Nagios進(jìn)行服務(wù)器資源的監(jiān)控。統(tǒng)一配置管理由Spring?Cloud?Config配置中心來實(shí)現(xiàn)，確保各微服務(wù)的配置信息能夠及時(shí)通知到各個(gè)組件[6]。

系統(tǒng)通過Mock方式進(jìn)行單元測(cè)試模擬各組件，確保代碼的質(zhì)量。分布式Session采用Redis來實(shí)現(xiàn)，負(fù)載均衡采用軟負(fù)載均衡（Soft?Load?Balancing），由Ribbon實(shí)現(xiàn)。

4?經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用前景

4.1?經(jīng)濟(jì)效益

基于云原生構(gòu)架的自主可控流域電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)的實(shí)施將在多個(gè)方面為電力生產(chǎn)行業(yè)帶來豐富的經(jīng)濟(jì)效益。通過智能化監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，使電力企業(yè)能夠更好地協(xié)調(diào)和監(jiān)督生產(chǎn)活動(dòng)，降低資源浪費(fèi)，從而減少生產(chǎn)成本。系統(tǒng)的自主可控性有助于數(shù)據(jù)安全，保護(hù)關(guān)鍵生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性，減少潛在損失。云原生構(gòu)架的靈活性和可伸縮性也有助于降低部署和維護(hù)成本，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能決策支持有助于改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)管理，降低生產(chǎn)中斷和損失，進(jìn)一步提高電力生產(chǎn)的可靠性，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。

基于云原生構(gòu)架的自主可控流域電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)帶來的價(jià)值：解決種類繁多的設(shè)備的管理需求；增加設(shè)備運(yùn)行的可靠性和可用性；提高生產(chǎn)績(jī)效，以減少成本上升的影響優(yōu)化庫(kù)存水平，降低成本；掌握準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，以驅(qū)動(dòng)狀態(tài)修計(jì)劃；可視、可控，自動(dòng)化地管理所有設(shè)備和基礎(chǔ)架構(gòu)；優(yōu)化運(yùn)營(yíng)流程，以達(dá)到通過最小代價(jià)獲得更大回報(bào)；在統(tǒng)一平臺(tái)管理設(shè)備和服務(wù)，給客戶帶來更大回報(bào)。

4.2?應(yīng)用前景

該系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和智能決策支持，能夠不斷優(yōu)化電力生產(chǎn)的各個(gè)方面，降低資源浪費(fèi)，從而確保電力供應(yīng)能夠滿足不斷增加的需求。云原生架構(gòu)和自主可控性有助于降低部署和維護(hù)成本，同時(shí)通過數(shù)據(jù)分析功能，電力企業(yè)更有效地管理資源和能源利用，降低生產(chǎn)成本，提高盈利能力。系統(tǒng)可以確保關(guān)鍵生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)不受威脅，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。智能化生產(chǎn)也是這個(gè)系統(tǒng)不可或缺的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)中的智能決策支持功能幫助電力企業(yè)更好地管理風(fēng)險(xiǎn)，減少生產(chǎn)中斷，改進(jìn)運(yùn)營(yíng)效率，從而提高競(jìng)爭(zhēng)力。

5?結(jié)語

本研究旨在探索云原生技術(shù)與自主可控性在流域電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，以應(yīng)對(duì)電力行業(yè)的新挑戰(zhàn)。國(guó)家政策文件的支持為推動(dòng)電力生產(chǎn)智能化和現(xiàn)代化提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)提高了電力生產(chǎn)的效率，確保電力供應(yīng)滿足需求，降低資源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，并提高電力系統(tǒng)的智能化水平。系統(tǒng)的自主可控性有助于確保數(shù)據(jù)安全，保護(hù)關(guān)鍵生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)，提高電力生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性。此外，云原生構(gòu)架的靈活性和可伸縮性有助于降低部署和維護(hù)成本，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能決策支持改進(jìn)了風(fēng)險(xiǎn)管理，降低了生產(chǎn)中斷和損失，提高了競(jìng)爭(zhēng)力。

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