油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心設(shè)計與實現(xiàn)

中國石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司電力分公司 劉喜軍

本文對油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心業(yè)務(wù)進(jìn)行分解，構(gòu)建了油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心的設(shè)計架構(gòu)；也描述了該中心中每個模塊的設(shè)計細(xì)節(jié)，包括模塊對外提供的數(shù)據(jù)訪問接口、模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)劃分，以及模塊內(nèi)部的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和處理邏輯。提出油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心的架構(gòu)設(shè)計，建立綜合性數(shù)據(jù)展示中心，將電力即時通功能完善、電力營銷系統(tǒng)主站采集模塊、輸電線路可視化系統(tǒng)、視頻融合平臺、油田四化視頻監(jiān)控系統(tǒng)、局氣象信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行接入，及時、全面的為電力生產(chǎn)指揮部門提供電網(wǎng)日常運(yùn)行信息監(jiān)控。

1 核心服務(wù)說明

油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心主要包含統(tǒng)一權(quán)限服務(wù)、可視化數(shù)據(jù)展示前臺服務(wù)、數(shù)據(jù)管理后臺服務(wù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)同步服務(wù)。此四部分服務(wù)為中心的穩(wěn)定運(yùn)行提供了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、服務(wù)接口支撐。

統(tǒng)一權(quán)限服務(wù)。負(fù)責(zé)整個油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心的用戶登錄鑒權(quán)、用戶信息獲取、組織結(jié)構(gòu)獲取[1]。通過對接中石化統(tǒng)一身份認(rèn)證，將系統(tǒng)內(nèi)頁面與數(shù)據(jù)訪問與統(tǒng)一身份認(rèn)證功能進(jìn)行綁定，執(zhí)行油田統(tǒng)一登陸標(biāo)準(zhǔn)；可視化數(shù)據(jù)展示前臺服務(wù)。負(fù)責(zé)對電網(wǎng)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后進(jìn)行可視化展示。主要包括全景展示電網(wǎng)實時運(yùn)行信息、各類生產(chǎn)工作信息、受電網(wǎng)異常波動情況、各個供電分區(qū)的故障搶修綜合情況、節(jié)能減排和綠能支撐情況、重點(diǎn)變電站和關(guān)鍵位置的視頻監(jiān)控、配網(wǎng)自動化的現(xiàn)狀與成效、重要災(zāi)害天氣預(yù)警信息的可視化展示。

數(shù)據(jù)管理后臺服務(wù)。負(fù)責(zé)對電網(wǎng)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集同步與手動管理維護(hù)。主要包括變電站信息維護(hù)、發(fā)電站信息維護(hù)、線路信息維護(hù)、采油區(qū)信息維護(hù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、歷史數(shù)據(jù)查詢與維護(hù)、攝像頭設(shè)備信息維護(hù)以及各中心登錄用戶和組織結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)；生產(chǎn)數(shù)據(jù)同步服務(wù)。主要負(fù)責(zé)采集生產(chǎn)即時通系統(tǒng)、用電計量系統(tǒng)、氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)、輸電線路可視系統(tǒng)、視頻融合中心等已有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步。負(fù)責(zé)提供實時數(shù)據(jù)查詢接入接口，負(fù)責(zé)提供歷史數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計接口。針對停電工作、運(yùn)行檢修數(shù)據(jù)、變電工作數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、油田電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集。

2 數(shù)據(jù)存儲分解及系統(tǒng)需求分析

基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲。基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL 存儲，相關(guān)緩存數(shù)據(jù)使用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Redis 進(jìn)行存儲[2]；視頻及圖片臨時存儲。基于已成型的視頻中心，進(jìn)行視頻接口交互獲取相關(guān)視頻及圖片數(shù)據(jù)。視頻流產(chǎn)生的錄制文件、實時的畫面截圖都由各個視頻業(yè)務(wù)中心自己維護(hù)存儲，本中心不支持相關(guān)視頻圖片的長時存儲，中心的視頻流服務(wù)只提供查詢獲取后的展示以及臨時的視頻流緩存服務(wù)，用于當(dāng)前播放視頻流的短期回放。

圖1 業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境需求分析。本項目整體開發(fā)采用JAVA 語言進(jìn)行實現(xiàn)，該語言在Windows 環(huán)境與Linux 環(huán)境均可穩(wěn)定運(yùn)行，但由于油田運(yùn)行服務(wù)器安全要求，Linux 系統(tǒng)接入油田網(wǎng)絡(luò)需進(jìn)行例外備案申請，為保證系統(tǒng)準(zhǔn)時上線運(yùn)行決定采用Windows 環(huán)境進(jìn)行部署運(yùn)行；現(xiàn)有業(yè)務(wù)接口需求分析。本項目數(shù)據(jù)來源系統(tǒng)提供對外接口系統(tǒng)為視頻融合平臺、局信息中心氣象系統(tǒng)、局信息中心GIS 系統(tǒng)[3]，需針對電力生產(chǎn)即時通功能完善、電力營銷系統(tǒng)主站采集模塊、輸電線路可視化系統(tǒng)進(jìn)行接口開發(fā)。

引進(jìn)業(yè)務(wù)接口需求分析。針對現(xiàn)有業(yè)務(wù)接口分析中所提電力生產(chǎn)即時通功能完善、電力營銷系統(tǒng)主站采集模塊、輸電線路可視化系統(tǒng)均需與系統(tǒng)維護(hù)方進(jìn)行對接，商定接口實現(xiàn)方式，數(shù)據(jù)報文結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)接口調(diào)用認(rèn)證方式等內(nèi)容，并針對協(xié)商項目進(jìn)行針對性開發(fā)工作做。

3 功能詳設(shè)

本項目整體研發(fā)計劃為進(jìn)行各生產(chǎn)運(yùn)行中心數(shù)據(jù)匯總，并將各中心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照應(yīng)用劃分，形成數(shù)據(jù)展示中心，同時構(gòu)建完善權(quán)限管理體系，以實現(xiàn)中心匯集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、統(tǒng)一展示，方便直觀地進(jìn)行在線監(jiān)測和多元化查詢統(tǒng)計的功能。

3.1 可視化數(shù)據(jù)展示前臺

3.1.1 首頁

首頁為電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯總展示頁面，在該模塊下可快速瀏覽電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電量、負(fù)荷、工作工單、故障等日常運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息，同時本頁面可根據(jù)登陸人員權(quán)限判斷自動區(qū)分進(jìn)入首頁(匯總)及首頁(采油廠)。首頁(匯總)模塊用于進(jìn)行油田電網(wǎng)變電站數(shù)量、發(fā)電量、負(fù)荷、日常工作工單、故障等數(shù)據(jù)的匯總展示，以及通過地理信息圖的形式展示110kV 以上電壓等級變電站與各采油廠相對地理位置。

頁面左邊欄顯示天氣信息、系統(tǒng)運(yùn)行時長以及本日值班領(lǐng)導(dǎo)、本日重大工作相關(guān)內(nèi)容；頁面左側(cè)以東營市地圖形式進(jìn)行展示，標(biāo)注110kV 以上電壓等級變電站位置以及各采油廠相對地理位置；頁面右側(cè)以數(shù)字形式統(tǒng)計變電站數(shù)量、輸配線路總數(shù)、用電負(fù)荷、發(fā)電負(fù)荷、新能源發(fā)電負(fù)荷，以柱狀圖形式展示過去10天發(fā)電量統(tǒng)計同時以顏色區(qū)分新能源發(fā)電及火力發(fā)電，以折線圖形式對比展示本日及昨日電網(wǎng)負(fù)荷統(tǒng)計；在本頁面中點(diǎn)擊地理信息圖中各采油廠區(qū)域可穿透跳轉(zhuǎn)至首頁(采油廠)頁面，進(jìn)行以各采油廠為單位的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)；在本頁面點(diǎn)擊今日工單、線路故障可穿透跳轉(zhuǎn)至今日工單、線路故障詳細(xì)信息頁面。

首頁(采油廠)模塊用于進(jìn)行劃分采油廠的電網(wǎng)變電站數(shù)量、發(fā)電量、負(fù)荷、日常工作工單、故障等數(shù)據(jù)的展示[4]，以及通過地理信息圖的形式各采油廠區(qū)內(nèi)110kV 以上變電站以及新能源發(fā)電站的地理相對位置。

3.1.2 主要支持以下功能

頁面左邊欄顯示天氣信息、系統(tǒng)運(yùn)行時長以及本日值班領(lǐng)導(dǎo)、本日重大工作相關(guān)內(nèi)容，在左邊欄下方位置展示當(dāng)前采油廠用電量、線路、線損、新能源發(fā)電量、變電站數(shù)量等信息；頁面左側(cè)以各采油廠區(qū)域地圖進(jìn)行展示，標(biāo)注110kV 以上電壓等級變電站位置以及各采油廠區(qū)域內(nèi)新能源發(fā)電站位置；頁面右側(cè)以數(shù)字形式統(tǒng)計各采油廠區(qū)域內(nèi)變電站數(shù)量、輸配線路總數(shù)、用電負(fù)荷、發(fā)電負(fù)荷、新能源發(fā)電負(fù)荷，以柱狀圖形式展示過去10天發(fā)電量統(tǒng)計，同時以顏色區(qū)分新能源發(fā)電及火力發(fā)電，以折線圖形式對比展示本日及昨日電網(wǎng)負(fù)荷統(tǒng)計；在本頁面點(diǎn)擊今日工單、線路故障可穿透跳轉(zhuǎn)至今日工單、線路故障詳細(xì)信息頁面，并以采油廠為條件查詢工單、線路故障數(shù)據(jù)。

3.2 今日工作

今日工作模塊用于展示停電檢修等日常工作統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以圖表形式統(tǒng)計停電原因占比、各供電管理區(qū)工單數(shù)量、停電數(shù)量排名及影響油區(qū)產(chǎn)量排名，同時以列表形式展現(xiàn)工作工單的詳細(xì)內(nèi)容：頁面左側(cè)以圖表形式展示停電原因占比、工單數(shù)量統(tǒng)計、停電數(shù)量及影響油區(qū)產(chǎn)量排名，其中停電原因占比與工單數(shù)量統(tǒng)計均為本日數(shù)據(jù)，停電數(shù)量及影響油區(qū)產(chǎn)量為上周數(shù)據(jù)；今日工作詳細(xì)內(nèi)容查詢展示應(yīng)包含工單標(biāo)題、工作內(nèi)容、是否停電、停電原因、停電范圍、影響客戶范圍、開始時間、結(jié)束時間等信息，且支持按時間跨度進(jìn)行查詢。

3.3 電網(wǎng)異常

電網(wǎng)異常模塊用于展示本日電網(wǎng)異常相關(guān)數(shù)據(jù)，包括線路故障統(tǒng)計、越線告警統(tǒng)計、線路異常詳細(xì)信息展示，并以地理信息圖形式將異常線路在地圖中進(jìn)行標(biāo)注顯示：頁面左側(cè)加載離線地圖，并根據(jù)故障線路信息及線路桿塔坐標(biāo)，將故障線路在離線地圖中標(biāo)注顯示；頁面左側(cè)以數(shù)字統(tǒng)計形式，顯示線路故障影響線路條數(shù)、影響井口數(shù)及過負(fù)荷統(tǒng)計、電壓異常、發(fā)熱、施工次數(shù)等越線告警信息，同時以向上滾動形式展示線路異常具體信息內(nèi)容。

3.4 應(yīng)急搶險

應(yīng)急搶險模塊用于展示本日應(yīng)急搶險相關(guān)內(nèi)容，包括應(yīng)急搶險現(xiàn)場視頻展示、應(yīng)急搶險施工區(qū)域定位及施工影響區(qū)域顯示、應(yīng)急搶險施工詳情展示：在本頁面左側(cè)展示應(yīng)急搶險施工區(qū)域現(xiàn)場視頻，可通過點(diǎn)擊頁面中間施工區(qū)域地圖中的施工地點(diǎn)來切換視頻源；在本頁面居中位置以離線地圖形式展示搶先施工區(qū)域定位，以及施工影響范圍；在頁面右側(cè)以向上滾動形式顯示本日應(yīng)急搶險詳細(xì)信息，包括搶險地點(diǎn)、影響范圍、施工隊伍、施工開始時間、施工結(jié)束時間等信息。

3.5 綠能節(jié)能

綠能節(jié)能模塊用于展示新能源發(fā)電相關(guān)信息統(tǒng)計，包括新能源發(fā)電裝機(jī)容量、總功率、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、減排量等，以分站形式展示各新能源電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以地理圖形式標(biāo)注各新能源站地理信息，以及區(qū)分顯示新能源站發(fā)電去向：就地消化/輸送至變電站并入電網(wǎng)，同時可實時展示新能源發(fā)電站站內(nèi)實時監(jiān)控。主要支持以下功能：

本頁面左側(cè)以數(shù)字統(tǒng)計的形式展示新能源發(fā)電裝機(jī)容量、總功率、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、減排量；本頁面中間位置加載離線地圖，顯示東營市內(nèi)新能源發(fā)電站位置，并以潮流圖的形式體現(xiàn)新能源發(fā)電去向；本頁面右側(cè)以圖表形式顯示分地區(qū)新能源發(fā)電量統(tǒng)計及新能源發(fā)電總量統(tǒng)計，并以不同顏色區(qū)分火力發(fā)電及新能源發(fā)電占比；本頁面右側(cè)下方展示新能源站內(nèi)視頻監(jiān)控實時視頻，可通過點(diǎn)擊進(jìn)行放大顯示，且可通過列表等形式進(jìn)行監(jiān)控攝像頭切換操作。

3.6 重點(diǎn)視頻

重點(diǎn)視頻模塊用于進(jìn)行油田電網(wǎng)視頻監(jiān)控，可選擇已入網(wǎng)視頻攝像設(shè)備，進(jìn)行監(jiān)控切換，便于快速了解電網(wǎng)各線路、變電站實時情況。主要支持以下功能：本頁面左側(cè)嵌入視頻設(shè)備控制臺，可通過控制臺遠(yuǎn)程控制攝像頭進(jìn)行鏡頭移動、縮放等功能；本頁面視頻設(shè)備樹按移動視頻設(shè)備、固定視頻設(shè)備、線路走廊可視化設(shè)備、四化及油井視頻設(shè)備等設(shè)備屬性進(jìn)行劃分，且可支持設(shè)備名稱快速查詢；本頁面視頻顯示方式支持單屏、四屏、九宮格等形式進(jìn)行視頻展示。

3.7 配網(wǎng)自動化

配網(wǎng)自動化模塊用于進(jìn)行油田配網(wǎng)運(yùn)行情況展示，包括配網(wǎng)運(yùn)行情況、配網(wǎng)故障事件統(tǒng)計、以及配網(wǎng)線路地理信息展示、線路運(yùn)行情況展示等。主要支持以下功能：本頁面加載離線地圖，將配網(wǎng)線路通過線路桿塔坐標(biāo)將線路走向標(biāo)注在地圖中，點(diǎn)擊地圖中線路，可展示該線路運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括線路長度、線路負(fù)荷、線路安裝FTU 總數(shù)、線路載荷油井?dāng)?shù)量；本頁面以列表形式，以供電管理區(qū)為單位，分項展示配網(wǎng)線路數(shù)量、FTU 總數(shù)、在線運(yùn)行數(shù)量、在線運(yùn)行率等信息；本頁面以列表形式，按線路展示線路故障事項、告警等級、告警時間等信息。

3.8 氣象數(shù)據(jù)

氣象信息模塊用于進(jìn)行東營市本地氣象信息預(yù)報展示，包括未來24小時溫度、濕度、降水、風(fēng)力以及未來三天信息，同時在地理信息圖中展示當(dāng)前時間各區(qū)域降水量和臺風(fēng)路徑。主要支持以下功能：本頁面通過調(diào)用局信息中心氣象服務(wù)獲取東營市氣象信息數(shù)據(jù)，嵌入東營市離線地圖并將降水量及臺風(fēng)路徑實時顯示在地圖中；以折線圖形式展示未來24小時溫度、濕度、降水、風(fēng)力數(shù)據(jù)；實時更新未來三天天氣預(yù)報信息。

綜上，油田電網(wǎng)全景智慧指揮中心將電力即時通功能完善、電力營銷系統(tǒng)主站采集模塊中的電網(wǎng)運(yùn)行、全網(wǎng)工作等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，同時將電力視頻中心實時視頻進(jìn)行匯總接入，將整合后的數(shù)據(jù)信息融合到中心控制層，為電力生產(chǎn)可視化展示提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支撐，直觀了解電網(wǎng)各項指標(biāo)參數(shù)狀態(tài)。