基于大數據分析的電網精準規劃信息系統設計

楊玉新　馬偉　趙陽

摘 要： 針對當前電網數據管理和信息規劃的集成度低，準確性差的問題，提出大數據分析的電網精準規劃信息系統。采用嵌入式ARM尋址技術進行電網大數據信息的總線調度，構建HP E1485A/B多模信息控制模塊，進行進程管理和文件配置，然后采用LCD控制器進行電網信息傳輸的智能控制，在以Linux 2.6.32為內核的嵌入式環境下進行信息系統的軟件集成設計和調試。最后實驗結果表明，該系統能準確實現電網大數據信息融合和集成管理，電網規劃信息的覆蓋度較高，系統可靠度得到有效提升。

關鍵詞： 大數據分析； 電網規劃； 信息系統； 總線調度

中圖分類號： TN919?34； TP391 文獻標識碼： 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

電網是人們生產生活的基礎設施，電網的精準規劃能有效控制電能開銷，提高電網的調度和管理能力。隨著集成自動電網精準規劃技術的不斷發展，對電網精準規劃信息系統的設計受到人們的關注。電網精準規劃信息系統建立在大規模電網信息和用戶的管理基礎上，采用大數據信息處理和分析方法進行電網傳輸數據的實時監控和信息分析，提高精準規劃的能力，研究電網精準規劃信息系統優化設計在提高電網的智能管理性能方面具有重要意義[1?2]。對電網精準規劃信息管理通常采用的是模糊神經網絡控制方法[3]、人工調度方法[4]、專家系統分析方法等[5?6]，通過構建模糊控制系統進行電網大數據的遠程監測、智能傳感和信息調度，取得了一定的效果，但是隨著電網規模的擴大，電網數據傳輸的負載不斷增大，導致當前電網數據管理和信息規劃的集成度不高，對大數據信息處理的準確性不好。

針對當前電網數據管理和信息規劃的集成度不高，準確性不好的問題，提出基于大數據分析的電網精準規劃信息系統設計方法，并通過實例測試其有效性。

1 系統總體設計基本流程

1.1 電網精準規劃信息系統總體設計

首先分析電網精準規劃總體設計構架并進行功能模塊組件分析和介紹，采用大數據分析技術進行電網傳輸信息處理，電網精準規劃信息系統建立在通用計算機平臺上，在不同的操作系統上進行電網信息管理和數據庫構建，為了提高信息系統的兼容性和可執行性，需要在信息系統中安裝Linux系統，在嵌入式Linux環境下進行電網精準規劃信息系統的開發，Linux操作系統可以運行在ARM，PowerPC上，結合大數據信息采樣進行ARM平臺的控制信息編譯和電網調度。采用嵌入式Linux系統構建電網精準規劃信息系統的數據輸出總線和核心控制模塊，實現控制程序的加載，電網精準規劃信息系統的核心控制模塊根據大數據信息分析技術執行文件系統管理、應用程序的數據加載，在接收模塊和發射模塊進行信息調試，實現數據采集和分析，電網精準規劃信息系統總體設計結構模型如圖1所示。

根據圖1所示的信息系統總體設計構架，得到電網精準規劃信息系統軟件開發的基本處理流程：

（1） 電網精準規劃信息系統的大數據信息處理過程。通過調用設備驅動程序進行大數據信息處理和大數據分析平臺設計，在電網信息調度中進行資源配置和原始數據采集，采用A/D采樣對本地數據庫中的電網信息進行本地調度，將程序驅動模塊移植到云計算平臺中，通過A/D信息采樣和數模轉換執行電網信息的時鐘采樣和濾波，為電網規劃信息系統提供準確的數據輸入。

（2） 信息處理模塊化編程過程。在Linux內核下進行電網精準規劃信息系統的模塊化編程和信息加載，構建數據庫訪問和信息調度模型，實現對海量電網數據信息調度過程中的數據訪問和信息規劃，Linux內核下的引導加載程序（Boot loader）連續地執行數據采樣分析，數據結構定義在include＼linux＼fs.h文件中，采用PCI橋接芯片與上位機通信，結合VIX總線技術進行數據傳輸，完成對數據庫的打開、釋放、讀寫和控制等基本的設備操作。

（3） 電網規劃信息的輸出和人機交互過程。采用交叉編譯環境進行電網規劃結果的輸出和人機交互操作，利用文件系統的入口點函數構建交互系統，采用LabWindows/CVI實現電網規劃信息數據的集成智能控制和可視化多線程遠程信息傳輸調度。

1.2 軟件開發環境的建立及根文件系統構建

電網精準規劃信息系統的軟件開發環境建立在嵌入式Linux的開發環境中，采用交叉編譯的方式作為BootLoader，做完移植工作進行內核配置，執行“Make menuconfig ” 運行http服務器和telnet服務器的內核程序代碼，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內核源碼目錄

}

由此構建電網精準規劃信息系統的軟件開發環境，電網精準規劃信息系統的模塊化組件設計包括根文件系統構建和編譯環境設計等。綜合考慮系統的技術指標、系統性能進行電網精準規劃信息系統的模塊化組件設計，在LabWindows/CVI平臺上進行系統軟件開發，完成電網精準規劃信息系統的數據信息采集模塊、通信模塊、集成控制模塊組件設計。電網精準規劃信息系統的根文件系統設計采用交叉編譯以及使用VisualDSP++集成編譯的方式，根文件系統是所有Unix類操作系統的一個核心組成部分，在編輯、編譯和調試過程中，根文件系統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

執行LCD控制器完成編譯，加入系統環境變量，運行命令

#gedit .Bashrc Download the source code

將QWS的LIB庫放入rootfs的/lib下，在基于X86架構的Linux服務器上進行數據編譯，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根文件系統目錄結構，根文件系統配置過程如圖2所示。

在根文件系統配置的基礎上，使用tar jxvf busybox?1.14.2.tar.bz2命令執行硬件設備的目錄驅動，驅動程序為：

interface Scheduler {

Set SIC_IWR hosting specifi init（）；

Register set phase locked loop frequency doubling Linux?2.6.32.2 （bool sleep）； //電網精準規劃信息系統的初始化

Task（TRUE）

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

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

}

通過電網精準規劃信息系統的模塊化組件設計，使用DSP仿真器將數據加載至DSP內存，將電網精準規劃信息系統的管理內容傳送到文件編譯器，分別運行http服務器和telnet服務器寫的6個必備的文件夾/etc，/lib， /dev，/usr，/var和/proc，完成信息加載和數據安裝。

2 信息系統的軟件開發設計與實現

2.1 系統的模塊化設計

在進行系統總體設計的基礎上，進行系統功能模塊化設計，本文提出一種基于大數據分析的電網精準規劃信息系統設計方法，系統主要包括信息采集模塊、控制器模塊、程序加載模塊和人機通信模塊等。信息采集模塊根據系統支持多種多樣的輸入/輸出設備，硬件選擇不同的文件系統，支持完整的TCP/IP協議棧，采用Socket編程引導程序（BootLoader）執行交叉編譯，采用嵌入式Web服務對ARM硬件平臺進行移植，實現四個層次軟件的移植，采用“自下而上”的設計方法進行信息采集，利用開源Linux操作系統編輯代碼，虛擬機運行在Windows或Linux計算機上，在Linux下編譯程序生成目標文件，編譯出來的可執行程序Busybox在設計上充分考慮硬件資源，使用腳本和服務器，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、更新和退出。通過目標板中的文件制作電網精準規劃信息系統的大數據信息處理模塊，使用公用vpApp 定制的自定義類，得到電網精準規劃信息系統的大數據信息處理的Linux設備驅動程序為：

class mkyaffsimage： public vpApp

{ public： m_lookAt?>se {}； //構造驅動程序函數

myApp（） {}； //構造操作系統函數

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

private： //初始化和釋放設備

} //myApp類自定義結束

在VP中可以多次定制字符設備驅動程序，調用多個.acf文件。

if （Character device <= 1）

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

else

myApp ?>define（argv[1]）；

關閉程序，開辟一段內存緩沖區，構建電網精準規劃信息系統的程序加載模塊，執行大數據信息處理的程序加載，根據系統的硬件設備進行SuperViVi移植，在電網精準規劃信息系統的Linux文件系統設計中，使用FFT函數設置內核啟動參數，進行控制器模塊設計，配置內核程序代碼為：

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

Program loading BootLoader development?>setOverallColor（PORT0_TCLKDIV）； //設置runNextTask（）的狀態

Power grid precision planning information?>setTextureMode（ vpFx：：TEXTURE_MODE_MODULATE ）； //執行進程管理

Use post keyword mach?mini2440.c?>setTextureFile（ "explosion.inta" ）； //設置post關鍵字

電網精準規劃信息系統的一個組件使用post關鍵字mach?mini2440.c進行編譯，系統資源都可以抽象成文件，通過read（），write（）等系統調用去訪問網絡設備，關鍵代碼實現如下：

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）

//調用free_irq（）函數釋放中斷

{switch（event）

{

case vsChannel：： module_init（）：

{

}

break； }

case unregister_blkdev（）：：EVENT_POST_DRAW：

{ //內核函數完成注銷

break；}}

2.2 電網精準規劃信息系統的軟件集成實現

在進行了電網精準規劃信息系統的模塊化開發設計的基礎上，基于大數據分析技術進行信息系統的開發設計，構建HP E1485A/B多模信息控制模塊，嵌入式Linux系統由啟動引導程序（BootLoader）進行大數據分析信息系統的存儲設計，充分利用開源Linux操作系統的內核啟動功能，將可執行文件下載到硬件上，構建HP E1485A/B多模信息控制模塊，加載PLL_DIV寄存器安裝Emulator啟動時鐘，進行程序加載的BootLoader開發。執行“Make menuconfig”設計LCD控制器進行電網信息傳輸的智能控制，通過Linux的根文件系統創建系統的初始化調度指令，電網精準規劃信息系統的初始化流程如圖3所示。

設定SIC_IWR寄存器，對系統進行進程管理和文件配置，采用LCD控制器進行電網信息傳輸的智能控制，分別運行目錄的/etc，/lib，/dev，/usr，/var和/proc指令執行大數據分析和電網信息調度，在Linux 2.6.32內核環境下進行信息系統的軟件集成設計和調試。電網精準規劃信息系統軟件設計和調試的流程如圖4所示。

3 仿真測試

在LabWindows/CVI平臺上進行系統軟件開發，實現電網精準規劃信息系統的設計和代碼開發，在對電網精準規劃信息系統的調試過程中，使用的儀器為：XFR_TYP3220A函數信號發生器和PERIPHERA PST3202可編程電源，運行make menuconfig命令進行程序加載配置，電網大數據信息離散采樣率為200 kHz，信息系統的時鐘電壓為3.5 V，內核電壓為1.26 V，根據上述仿真環境和參數設定進行系統調試仿真，仿真的測試效果表面，本文系統能準確實現電網大數據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方法，以電網節點的覆蓋度為測試指標，得到的對比結果如圖5所示。

分析上述仿真結果得出，采用本文方法進行電網規劃電網信息的覆蓋度較高，展示了本文設計系統的有效性。

4 結 語

為了提高電網規劃性能，本文提出一種基于大數據分析的電網精準規劃信息系統設計方法，對系統的總體設計進行描述，系統包括信息采集模塊、控制器模塊、程序加載模塊和人機通信模塊等。在以Linux 2.6.32為內核的嵌入式環境下進行信息系統的軟件集成設計和調試。研究表明，采用本文設計信息系統能準確實現電網大數據信息融合和集成管理，電網信息的覆蓋度較高，展示了較好的應用價值。

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