基于“多站融合”的智能運維平臺研究＊

錢恒順，于 聰，溫 磊，王婷婷

（南瑞集團有限公司，江蘇 南京211106）

1 背景及意義

國網公司2019 年兩會明確樹立了“三型兩網，世界一流”的新時代戰略目標，并指出要“探索利用變電站資源建設運營充換電（儲能）站和數據中心站新模式”。作為公司新時代戰略的重要落腳點，開展變電站、充換電（儲能）站、數據中心站“多站融合”的建設探索，實現多種要素的集成創新、跨界創新，對于推動電網由傳統的樞紐型向共享型發展，為公司注入新的發展動能，具有重要意義[1-2]。

“多站融合”是指利用變電站空閑地表資源，根據“因地因站因需”原則，以對外增值服務為目的，可選集成建設數據中心（數據站）、充換電（儲能）站、光伏、5G 基站、北斗基站、供冷供熱綜合能源站。“多站融合”以能源互聯網為支撐，匯聚各類資源，促進供需對接，挖掘電力基礎資源價值，提高資源利用效率，解決公司和電網發展的突出問題，應對挑戰，開辟新的發展路徑。

2 多站運維需求分析

“多站融合”不是變電站、充放電（儲能）站、數據中心等站的簡單堆砌疊加，而應該是在功能集成復用的基礎上，實現整體的優化。針對“多站融合”場景下的運維需求以及電力行業的發展趨勢，傳統人工運維是基于單站的獨立運維，分散管理，無法滿足“多站融合”的統一運維，需要研究“多站融合”運維體系建設與配套工具，對“多站融合”的運維信息進行有效集成，能夠快速處理海量數據，實現“多站融合”的智能運維，支撐電力物聯網建設與“多站融合”的有序推進。

2.1 變電站需求分析

變電站為改變電壓的場所。為了把發電廠發出來的電能輸送到較遠的地方，必須把電壓升高，變為高壓電，到用戶附近再按需要把電壓降低，這種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站是由一次系統和二次系統構成的，一次系統實現的功能是電能傳輸、電能分配、電壓轉換，二次系統實現的功能是對一次設備進行監視、測量、控制、保護和調節。變電站的智能運維平臺的主要功能是對二次設備進行在線監視、狀態評估及監視預警、故障定位、二次檢修輔助安措、配置文件管理、保護定值管理、故障信息管理及綜合分析等多維度運維管理，提高變電站二次設備維護水平，需要將設備進行可視化展示，為變電站二次系統的日常運維、異常處理、事故分析以及檢修等工況提供多維度的可視化信息支撐、決策及安全操作的運維管理平臺，提高設備精細化管理水平。

2.2 數據中心需求分析

由于企業信息系統的增多及訪問量增大，企業需要持續增加IT 設備數量來維持業務訪問性能，因此數據中心的IT 系統變得越來越復雜，任何一個IT 設備資源出現故障時都需要IT 運維人員手工查找與排查故障，使得運維人員難以從容地處理各種各樣的網絡設備、中間件、業務系統等問題，日常運維工作還是處于被動等待的運維管理狀態中，運維事件的發現收集操作為傳統手工方式，往往是故障事件發生后，運維人員被動告知后去處理問題，而IT 系統通常是復雜的，因此運維人員通常難以對故障根源進行及時的定位和排查，需要耗費大量時間修復故障，嚴重制約IT 設備與系統運維的響應速度和執行效率，影響企業單位IT信息系統的順利使用。出現這些問題的部分原因是企業缺少高效智能的IT 監控和診斷運維工具，導致故障事件難以被高效、準確地處理。通過建立智能運維監控平臺，對網絡、硬件、安全設備、操作系統、數據庫、中間件、應用系統、機房空調、UPS 等資源進行實時監控采集，能夠自動地收集信息系統中各類IT 資源設備運行狀態、數據庫狀態、中間件運行狀態和網絡狀態等，及時發現各類IT 資源運行過程中的異常，通知相關責任人和啟動相關運維流程，大幅度提升IT資源的運維效率和運行質量。

2.3 儲能站需求分析

儲能系統作為“多站融合”的重要支撐子系統，其運行的穩定性、可靠性和安全性直接影響項目的成功與否。儲能系統由大量的單節電池串并聯組成各個子系統，子系統再組成整個大的儲能系統。整個儲能系統中包含上萬個電壓信號、幾千個溫度信號以及其他的各種信號數據，因此帶來了龐大的儲能系統數據。儲能電站的運維不僅僅是基本的巡檢、值守、保養，更要不斷積累運行數據，對當前電池的容量和健康指標進行實時跟蹤，進而不斷調整控制策略，甚至可能涉及設備硬件層面的改動等。因此運維人員需要具備較高的知識水平和豐富的實操經驗，才能高水平地運維，提升電站的盈利。但現實情況下，優秀的運維人員稀缺而難招，提升運維能力也不能一蹴而就。通過智能運維平臺，借助數據信息的力量，對電池側海量運行數據進行采集、存儲，實時監控電站狀態，基于大數據分析引擎進行統計分析，自動運算分析結果，包括趨勢分析、電池預警分析等，幫助運維人員快速預警、排除故障，從而實現全景展現電池運行狀態和精細管理電池全生命周期，保障電池系統的安全運行。

3 運維平臺架構設計

在“多站融合”場景下，運維監控將從傳統人工運維向數據運維進行轉變，對多站生成的運維數據，如變電數據、儲能數據、IT 設備數據、日志數據等全站運維數據進行集中采集、統一存儲，采用機器學習、大數據分析等技術，識別出具體的關鍵運維數據、挖掘多站運維數據間的內在邏輯關系，建立不同應用場景的運維模型，對變電站設備運行狀態、業務數據進行全方位運維管理，對數據中心的環境進行監控顯示，對儲能電池的全生命周期健康狀態進行管理。

3.1 數據采集層

數據采集層負責從變電站、儲能站、數據中心站采集各類設備的運行信息、狀態信息、日志信息、流量信息等，數據經過統一接口采集適配器的建設部署，實現數據的采集、緩存及并發處理。首先基于數據的來源不同遵從標準接口協議，利用服務編排組件實現對接，并按照需求對來源數據進行格式處理后借助數據隊列定義的分類，進行數據分組發送到不同的隊列中，最終利用隊列將數據發送到大數據平臺，再經過數據格式標準化、數據歸并、數據壓縮等處理后，完成“多站融合”場景下的全站運維數據采集，提交給上層數據處理平臺。采集后的信息經過歸并匯總后可在系統中進行查看和編輯。

3.2 數據處理層

數據處理層將采集到的原始數據按照遙信數據、遙測數據、業務系統數據、IT 資源狀態數據、網絡數據、日志數據等進行分類、統一存儲。統一數據存儲是一種基于Bigtable 數據模型構造的面向對象的分布式圖數據庫，將多源異構數據統一存儲于一個大數據平臺，進行統一的數據建模、查詢和分析。在數據處理過程中，通過規則引擎，進行數據解析、數據清洗、數據豐富、數據轉換、數據映射、數據關聯等操作，調用相關性分析算法，進行關聯告警或者預警。同時，可以根據知識圖譜，檢測實體間的關聯關系，實現配置實體數據和關系數據的實時更新提示。數據經過基于站點、基于統計、基于規則的關聯分析后，科學合理地定義運維事件的性質和處理級別，作為展示平臺的數據基礎。

3.3 數據分析層

數據分析層對實時采集數據信息進行分析判斷，對發現的大量事件進行過濾、分析和管理，對監控歷史數據進行分析和管理，以豐富的報表展示手段對各類數據進行直觀顯示，輔助以網絡拓撲圖形化功能為平臺用戶提供方便快捷的信息獲取途徑。借助知識庫提供的分析策略，對運維數據進行分析，提高數據分析的準確性。知識庫在運維系統中主要用來記錄運維中的事務和日志[3]。智能運維平臺的知識庫內容主要包括系統操作記錄、系統故障排查經過、系統事務或流程的成功案例、告警或預警方案實施的全過程等；還涉及對不同疑難問題和突發事件的問題解決方案。有效開展知識庫的管理和關聯可以降低運維成本，可以避免重復解決相同問題的情況，問題和解決方案都能在知識庫中方便快捷地獲取，提高運維工作效率。在運維體系中，以運維事務為基礎，結合運維故障、流程、日志、報表等模塊的信息建立知識庫，為后期故障提供解決方案，可以大幅提升系統運維的處置效率和響應速度。

3.4 監控預警層

監控預警層實現整個平臺系統的監控信息展示和配置管理，并向用戶提供訪問監控數據的操控界面，預警平臺定期掃描變電站、數據中心站和儲能站設備的運行狀態，使用聚類的方法把一段時間內所有監控到的參數峰值進行分類，根據類別從高到低劃分預警等級，當監控項的監控參數超過設定的預警值，系統會生成預警方案，并結合預警體系，給相關運維人員發出警告。預警結束后系統會生成相關的告警日志，記入數據庫。從效率上看，預警比告警顯得更快速，加快了處理運維實務的速度，提高運維的效率。成熟的運維預警體系，不單單是發現現有系統已經出現的問題，更重要的是能預測可能出現的故障。監控預警層通過豐富的圖形化展示方式呈現變電站、儲能站、數據中心站資源以及業務系統的整體運行狀況，提供有效的安全預警，減少資源和系統運行故障的發生，降低事故造成的損失。

4 “多站融合”投入應用

4.1 應用情況

上海市35 kV 殷家浜變電站位于張江科學城，主變容量為2×31.5 MVA，周邊電力用戶已穩定，未來不會有新增用戶，且有設備布置空間，適合作為“多站融合”試點站點。殷家浜站現狀負載率較高，通過配置一定的儲能可有效實現削峰填谷，減小站點峰谷差。采用模塊化數據中心裝備，更加有效地利用了“多站融合”站點面積資源和電能資源，提升上海試點機房的能效比。上海電力公司經過充分的論證分析，選擇了35 kV 殷家浜變電站進行“多站融合”試點工作，實現國網云之企業管理云與公共服務云在上海電力“多站融合”落地，進行配電物聯網、CDN、綜合能源服務等多個創新應用的試點[4]。通過部署“多站融合”運維平臺，避免多個運維主體，降低運維復雜度，優化“多站融合”運維模式，簡化運維工作，變被動運維為主動運維，提高運維工作效率，為“多站融合”系統穩定運行提供強有力的支撐和保障。

4.2 經濟效益

在經濟效益方面，通過“多站融合”智能運維平臺建設，快速滿足監控需求，全面提升故障定位能力，縮短故障修復時間，減少故障損失，實現變電站、數據中心站、儲能站的一體化監控、能源優化控制，實現全站運行狀態的全景展現和故障聯合告警，保障“多站融合”系統的安全穩定運行，有效提高全站的運行可靠性、經濟性及環境適應性，擴展數據服務新型業務，具有巨大的市場潛力。

4.3 社會效益

在社會效益方面，多站一體化融合運維管理模式，對于“多站融合”場景下的變電站、數據中心站及儲能站的運維具有直接或間接的借鑒指導作用，能有效提升具有“多站融合”特點的變電站、儲能站、數據中心的運維效率。“多站融合”的設計利用變電站站址資源，建設“多站融合”，可以緩解建成城區的土地資源緊缺，有益于節約土地、節省投資，減少建設環節，優化社會資源，提高社會的土地資源利用率，通過與智能電網的融合，切實推動電網高質量發展。

5 展望

開展多站智能運維平臺研究，實現多站系統的融合運維、智能告警、智能定位、統一展現，有效地縮短了故障排除的時間，大大提高了問題解決的效率，提升“多站融合”的運維效率。當前智能運維平臺檢測到運維數據異常，仍然需要運維人員對異常信息進行人工檢查，確認是否自動執行運維知識庫生成的操作建議和執行策略，以保證軟硬件系統的安全、可靠運行。未來需要深入開展大數據關聯分析技術、信息通信狀態評估技術、信息通信趨勢預測技術的研究，針對歷史事件的聚類分析，針對當前事件的異常檢測以及針對未來事件的趨勢預測，實現風險實時預警和趨勢準確預測，加強對整個多站系統運維工作的自主決策分析，無需運維人員的干預，實現真正的無人值守、智能化運維。