變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統設計

王 芳，陳立威

（國網寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100）

0 引 言

目前，在信息化技術快速發展的背景下，越來越多的變電站采用運維系統完成對各類設備維護的日常巡檢管理工作。對于變電站內部的通信故障，以往主要通過人工方式進行定位與維護，該類維護方式具有人力管理成本高、巡檢數據信息易丟失、不易統計等多個方面的問題。因此，需要開發整個變電站內部的數據通信運維故障在線監測與報警系統，從而加強變電站日常核心業務方面的管理，提供更好的運維服務。該系統的研發具備良好的現實意義，能夠有效整合變電站的業務與信息，運維人員通過該系統能夠及時定位通信故障，并安排巡檢人員進行處理，有效提升巡檢運維的效率[1-3]。

1 關鍵技術

1.1 大數據

在變電站的日常運維中，系統實時產生不同類別的海量數據信息，無法采用常規軟件處理工具完成該類數據信息的預處理、分析與統計工作。因此，大數據分析技術可以采用并行處理能力更強的算法與工具進行決策分析，能夠應對工業場景產生的海量數據信息，并提升這些數據信息的價值。

大數據技術不僅能夠分析日常文本數據，還可以處理容量更大的圖像、聲音、視頻等數據，其核心部分采用人工智能和機器學習等算法，結合高性能的并行處理框架，完成對海量數據信息的處理，同時能夠分析與挖掘工業場景中潛藏數據的價值。

1.2 物聯網

在變電站的日常運維中，數據信息主要來源于各類物聯網終端設備的采集。各類物聯網終端負責讀取與傳輸不同場景下變電站設備狀態的數據信息，終端設備包括視頻監控系統、工業采集系統、各類傳感器以及數控管理系統等。數據信息采集完成后，終端設備能夠將其轉化為電信號進行傳輸。其中，傳輸的方式分為有線傳輸、Wi-Fi 傳輸、窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）傳輸以及藍牙傳輸等。系統對整個通信數據信息的傳輸提供安全保護機制，從而實現數據傳輸監測、報警聯動處理、安全防護、遠程維護、決策支持以及統計分析等功能，實現整個通信數據的互聯互通操作，進而完成變電站的運維管理工作[4]。

1.3 SSM 框架

變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統的設計需要對目前的技術進行選型分析，最終采用的Java開源框架為SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，并通過該框架完成整個變電站故障監測業務的分析與管理。3 種開源框架的介紹如下。

（1）Spring 架構。該開發框架核心為控制反轉（Inversion of Control，IoC）管理機制，主要工作目標是創建整個系統業務層的處理對象，創建的對象能夠完成數據信息配置與管理，提升系統總體的可維護性。

（2）Spring MVC。在系統總體的設計中，Spring MVC 的工作目標是分析與處理數據層、用戶層與業務邏輯層之間的功能流轉過程，處理核心管理機制需要采用前置控制器（DispatcherServlet）。用戶在系統前端進行報警處理和故障監測等各類功能操作，每個功能模塊的操作通過DispatcherServlet 進行分發，系統處理后將處理結果顯示在前端頁面。

（3）MyBatis 框架。該框架核心的處理機制是完成業務程序與數據之間的持久化操作，程序代碼能夠按照操作對象的方式管理相應的表格。整個映射處理機制采用注解方式進行，能夠提升整個數據分析處理的效率。

2 系統業務分析

2.1 可行性分析

對變電站數據通信監測與報警系統而言，需要分析系統開發的可行性，主要圍繞技術、經濟與操作方面，詳細內容如下。

（1）技術角度分析。目前，整個系統采用Java Web、物聯網、大數據等技術進行分析，技術框架總體成熟，安全性良好，能夠結合變電站具體業務的發展進行快速開發，從而滿足用戶的操作需要。開發的系統程序具備較好的擴展性，方便系統后續升級，因此技術開發具有可行性。

（2）經濟角度分析。變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統主要的研發費用包括軟件方面的投入和硬件部分的投入2 個部分。其中，變電站已經具備硬件投入條件，因此主要的成本在于軟件開發，總體開發工作量可控。因此，從經濟角度分析，系統的開發完全可行。

（3）操作可行性分析。用戶在進行日常故障監測和報警處理等模塊的操作時，系統能夠及時響應用戶的操作，并給出相應的操作提示內容，因此具有較好的操作可行性。

綜合技術、經濟與操作角度進行分析，確定整個系統的開發完全可行[5]。

2.2 功能需求分析

變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統的功能需求分析中，需要規劃不同模塊的業務處理流程，從而確定系統功能，后續對系統功能進行設計編碼、實現與測試工作。具體系統功能用例如圖1 所示。

圖1 系統功能用例

整個系統主要的功能包括用戶管理、故障監測、報警管理、數據統計以及巡檢管理。

2.3 非功能需求分析

系統在進行分析與處理操作時，需要關注整個系統的功能與性能，從而完成對系統總體的分析工作。性能需求需要考慮的因素包括系統響應時間和用戶并發性需求2 個方面，詳細如下。

（1）系統響應時間。開發變電站數據通信監測與報警系統的不同功能時，響應時間是需要核心考慮的因素。該系統的最大響應時間不能超過3 s，此時系統能夠對用戶的操作進行快速響應，否則容易造成不好的用戶體驗。

（2）并發性需求。變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統進行工作時，由于系統需要面向多用戶進行管理，并發最少應支持100 個用戶。同時，能夠通過并發性測試判斷系統的穩定性。

3 系統設計

3.1 設計原則

變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統設計中，需要遵循多方面的工作原則，從而提升系統穩定性，詳細設計原則如下。

（1）系統維護性。在進行功能編碼時，需要注重總體系統的可維護性。為保證后續能夠對系統進行快速升級，需要降低功能編碼之間的耦合度，結合用戶的使用體驗完成系統優化，有效降低系統升級維護成本。

（2）系統安全性。設計過程中，需要注重應用程序與數據信息2 個方面的安全，可以采用權限設置和數據備份恢復等機制提升系統安全性。

（3）系統功能使用友好性。在系統功能的操作中，需要注重整個業務功能模塊使用的友好程度，及時對用戶的操作進行響應。

3.2 體系架構設計

對變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統設計而言，圍繞系統設計的需求并結合系統開發采用的SSM 框架，整個系統的架構設計可以分為3 層，分別為應用層、功能層及數據層。系統體系架構如圖2 所示。

圖2 系統體系架構

采用該設計模式的主要優點在于能夠降低不同層次之間的耦合度，有效提升各個層次后續的可擴展性。每個層次的詳細功能如下。

（1）應用層。該層的主要工作是為系統不同類型的用戶提供操作接口，使得用戶能夠完成故障監測、報警管理、數據統計以及巡檢管理。為提升用戶使用的便利性，系統提供多個數據統計分析接口。

（2）功能層。用戶在應用層操作之后，系統的響應與處理主要在功能層進行。該層主要功能包括故障監測、報警管理、數據統計以及巡檢管理的業務處理代碼，需要調用底層數據信息，從而更好地響應用戶的操作需求。

（3）數據層。變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統的設計中，數據層主要的任務是存儲系統所有的業務數據信息，包括故障、用戶、報警等核心數據，系統對其進行持久化操作，從而提升數據處理效率。

變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統主要采用Java 語言進行開發，不同的業務系統都需要對具體的業務數據信息進行處理。對海量數據和半結構化數據而言，能夠采用海量非結構化的數據庫進行存儲管理，其典型代表是Hbase 數據庫和MongoDB數據庫。結合本系統的具體處理需要，主要采用MongoDB 數據庫。

4 結 論

結合系統實現的內容，對目前的技術進行選型分析，最終確定采用Java Web 技術來設計變電站數據通信運維故障在線監測與報警系統。文章通過例圖分析與確定系統功能，后續將對系統功能進行總體設計。下一步的工作將采用Java、云計算、物聯網等技術進行實現，主要原因在于該技術具備開源和安全穩定的優點。該系統主要實現的功能包括故障監測、報警管理、數據統計以及巡檢管理等，采用3 層架構設計方式，能夠對變電站的通信故障進行快速監測與報警，并提醒巡檢人員及時處理，從而有效提升整個變電站的運維效率。