基于物聯網的電網數字化管理平臺構建

國網陜西省電力有限公司電力科學研究院 閆嵩琦

本文為解決人工巡視傳統工作模式存在的問題，促使電力企業管理向信息化、智能化方向不斷發展，現應用物聯網技術，完成對電網數字化管理平臺的構建。首先，在完成系統架構設計的基礎上，完成對系統運行環境的搭建以及GPS 定位器、GIS 通信光纜核心硬件的設計。其次，依次設計用戶登錄模塊、采集處理電網管理數據模塊、電網主站端管理模塊、基于物聯網構建綜合管理模塊四大核心模塊，保證系統功能模塊實現效果。最后，對系統進行測試。結果表明：在物聯網技術的應用背景下，本文所設計的電網數字化管理平臺在管理海量數據時仍然能表現出良好的運行性能，完全符合預期設計要求。希望通過此次研究，為相關人員提供有效的借鑒和參考。

目前，傳統數字化管理平臺存在管理效率低、功能不完善、管理成本高等問題，而電網數字化管理平臺的構建可以解決以上問題，該平臺構建主要包含基礎設施建設、項目管理評價兩個環節。此外，還要不斷地提高數字化管理水平，結合數據管理需求[1]，自動化采集信息，并保證任務推送的精準性，提高信息錄入的高效性和共享的及時性，極大地提高用戶的使用體驗。所以，在物聯網技術的應用背景下，如何科學地設計電網數字化管理平臺是技術人員必須思考和解決的問題。

1 系統總體設計

1.1 系統架構設計

系統總體結構設計示意圖如圖1 所示，從圖1 中可以看出，用戶向登錄界面輸入正確的用戶名、密碼登錄信息后，系統會自動跳轉到系統主界面中，然后，操作和使用用戶登錄模塊、采集處理電網管理數據模塊、電網主站端管理模塊、基于物聯網構建綜合管理模塊，并利用MySQL 數據庫，對系統中的數據進行增刪改查和存儲管理。

圖1 系統總體結構示意圖Fig.1 Overall system structure diagram

1.2 系統運行環境搭建

1.2.1 硬件環境

在搭建系統硬件環境時，要嚴格按照如表1 所示的硬件環境表，完成對應用服務器、數據庫服務器、客戶端機器在CPU、內存、硬盤三個性能指標的科學化配置，為后期系統硬件設計提供良好的開發環境。

表1 硬件環境表Tab.1 Hardware environment table

1.2.2 軟件環境

在搭建系統軟件環境時，技術人員要嚴格按照如表2所示的軟件環境表，重點做好對數據庫、開發工具、編程語言、系統架構等工具的選用，為后期系統功能設計提供良好的軟件環境，有效地保證系統功能模塊的開發質量和實現效果。

表2 軟件環境表Tab.2 Software environment table

2 系統硬件設計

2.1 GPS 定位器設計

在搭建數字化管理平臺時，相關人員要重視對故障數據的及時定位和自動化處理，而這一環節的實施，離不開GPS 定位器的運用。GPS 定位器作為系統重要硬件組成部分，其應用原理是參照幾何學和物理學相關原理知識，對衛星與地面距離、某點經緯度進行精確化計算。同時，通過運用GPS 定位器，可以實現對多個GPS 衛星具體位置的獲取和確定[2]，然后，采用距離反轉算法，完成對衛星當前空間坐標位置的精確化獲取，便于后期相關人員快速地確定當前電網故障存在的具體位置。

2.2 GIS 通信光纜設計

在GPS 定位方法的應用背景下，所獲得的電網故障信息在實際傳輸時，離不開GIS 通信光纜的運用。在設計GIS 通信光纜時，要結合計算機實際使用需求，在保證人員組織結構設計科學性的基礎上，嚴格遵循相關規則，完成對地理相關信息的及時采集和處理，此時，系統會自動生成相應的規劃方案。該通信光纜應用原理是利用計算機技術，對某一區域的地理信息進行智能化處理，然后，采用綜合分析操作的方式，向用戶呈現出數字化操作界面。

3 系統主要功能模塊設計

3.1 用戶登錄模塊設計

用戶登錄模塊主要用于對用戶登錄行為的實時識別和認定，避免因出現用戶非法登錄而造成系統數據的丟失和泄露。在設計該模塊時，系統會自動接收和檢測用戶所提交的用戶名、密碼等登錄信息，并使用數據加密技術，對這些登錄信息進行加密處理，避免這些信息在傳輸期間被網絡黑客、網絡病毒惡意攻擊和竊取，從而實現對這些信息的有效保護[3]，當加密后的登錄信息傳輸到系統服務器，系統服務器會自動匹配數據庫中的數據，識別和認證用戶登錄行為合法性，如果認證通過，說明用戶登錄行為合法，系統會自動將系統登錄成功的界面呈現在用戶面前；如果認證失敗，說明用戶登錄行為不合法，存在用戶名或者密碼輸錯問題，用戶需要核實和重新輸入登錄信息。用戶登錄模塊核心代碼如下：

public class demo{

public static void main(Stirng[] args){

string username = "123456";

string password = "abedefg";

for (int i=0; i ＜3; i++){

Scanner sc = new Scaner (Sysytem.in);

System.out.println("請輸入賬號:");

string name = sc.nextLine();

System.out.println("請輸入密碼:");

string pwd = sc.nextLine();

if(name.equals(username)&& pwd.equals(password)){

System.out.println("登錄成功。");

break;

}else if (i ＜3){

System.out.println("賬號密碼錯誤，你還有"+2-i＋"次機會。");

}else{

System.out.println("賬號密碼錯誤，請聯系管理員。");

}

}

3.2 采集處理電網管理數據模塊設計

該模塊主要包含電網管理數據采集模塊和電網管理數據處理模塊。在正式采集電網管理數據之前，需要重視對數據采集處理模塊的設計，結合系統實際運行環境，加強對電網內各類數據的有效采集和整合，以保證數據采集模塊設計質量。同時，在整個電力數據網絡中，通過利用該模塊，可以實現對原始數據的全面化采集[4]，并將采集好的信息數據安全、可靠地傳輸到上級部門，由上級部門利用系統接口，完成對所需信息數據的有效采集和存儲。另外，在設計數據處理模塊時，要標準化、規范化處理所采集好的數據，保證數據預處理的及時性和有效性。最后，還要采用過濾提取的方式，提取處理數據特點[5]，為后期電網數字化管理提供重要的依據和參考。

3.3 電網主站端管理模塊設計

當數據采集處理工作完成后，需要做好對電網主站端管理模塊的設計。該模塊主要包含以下幾個模塊：（1）光纜檢測項目管理模塊。該項目管理模塊除了涉及到通信光纖線路和節點對象的管理外，還可以直接用于對線路通信性能、通信電纜安裝方法的維護，通過利用該項目管理模塊，可以同時集成化采集和處理光通信光纖線路相關信息。（2）系統管理模塊。用戶管理模塊主要用于對節點與通信光纜線路關系的對應處理，通過使用電子地圖可以實現對線路方向的確定和繪制，同時，還能更好地維護塔型、塔高、塔數等光纜線路安裝塔的相關信息數據。（3）數據服務模塊。該模塊在實際設計時，要利用主站，完成對所需數據包的發出，并完成對相關服務功能的創建，同時，還要采用數據轉換的方式，完成對數據類型的統一處理，然后，使用移動端，對其進行實時發送。另外，在下載數據包時，可以直接向便攜終端安全、可靠地傳輸所創建好的數據包。當數據采集工作完成后，可以利用移動終端，實時接收和上傳數據。為保證數據傳輸的安全性和可靠性，在正式上傳數據之前，要做好對數據的統一轉換，確保所轉換后的數據直接存儲到系統數據庫中。最后，還要采用安全控制服務模式，加密處理所傳輸的數據，并采用后臺注冊的方式，及時注冊、加密傳輸各個終端設備信息，確保系統與移動終端之間建立安全、可靠的數據通信關系。

3.4 基于物聯網構建綜合管理模塊設計

該模塊主要用于對通信光纜線路圖的配置，并借助電子地圖，完成對通信光纜方向的繪制和確定，然后，將通信光纜節點數量呈現在用戶面前。另外，還要做好對電網信息的實時轉化，使其轉化為各個圖形元素，這為后期開展電網故障日常維護工作提供一定的便利。此外，通過運用該模塊，可以快速確定和繪制出通信線路，并結合該通信線路，完成對某些故障具體坐標信息的繪制，然后，利用電子地圖，繪制出相應的圖例，便于用戶快捷、有效地查看和了解導軌所對應的安裝方式。

4 系統測試

為實現對該平臺信息預警性能的有效測試，現結合相關標準和要求，完成對測試系統的搭建，然后，測試和分析該平臺對海量數據的管理成效。

4.1 測試準備

在進行本次測試時，要采用分布式服務器部署的方式，將GIS 服務器、應急管理系統統一安裝和部署到第一臺系統服務器上；將Web 服務器配置和部署到第二臺系統服務器上；將LoadRunner 測試軟件安裝和部署到第三臺服務器上。然后，利用該測試軟件，完成對各個樣例站點的全面化記錄，從而保證平臺信息預警性能測試的有效性。平臺運行界面如圖2 所示。

圖2 平臺運行界面Fig.2 Platform running interface

從圖2 中可以看出，該測試服務器的設計，可以實現對各個測試功能的覆蓋，該測試軟件在實際應用中，可以結合并發測試實際情況，選取合適的測試渠道，然后借助表格，統計和整理最終測試結果。本文所設計的測試服務器在實際應用中，需要做好對并發數的限制，所以，在后期測試中，需要將測試最大并發用戶數量統一設置為510 臺，當計算機配置性能越高，局域網所對應的帶寬速度越高，說明平臺信息預警性能越高，這表明影響平臺性能測試結果的因素除了涉及到計算機配置高低外，還涉及到局域網寬帶大小。

4.2 測試結果與討論

通過對上述測試環境進行科學配置，可以實現對本文平臺信息預警性能的有效測試，最終測試結果如表3 所示。

表3 系統測試結果Tab.3 System test results

從表3 中的數據可以看出，本文平臺具有較高信息預警性能，完全符合數字化管理相關標準和要求。

5 結語

綜上所述，在數字化時代背景下，本文所設計的電網數字化管理平臺，可以實現對電網相同數據的自動化、數字化管理，保證數據管理的高效性和有效性，同時，還能避免因人工管理出現差錯，而增加數據出錯概率。通過對該平臺進行測試，發現該平臺具有運行性能良好、操作簡單、安全可靠等特點，完全滿足現有數據的智能化管理需求，表現出較高的應用價值和應用前景。

引用

[1] 戚振彪,周遠科,凌松,等.基于信息化平臺的配電網工程數字化管理研究[J].電工技術,2021(13):156-157+161.

[2] 胡璟懿,匡堯,張蘭瀾.電網企業數字化審計平臺構建淺析[J].財務與會計,2021(4):85-90.

[3] 周圣棟,解蕾,宋若晨,等.基于BIM的變電站數字化建設管控平臺構建及應用[J].中國電力,2019,52(5):142-147.

[4] 李豐,吉小恒.電網大生產管理平臺探討[J].湖北電力,2005,29(z1):114-116.

[5] 戴志敏,路輝.電網現場作業可視化管理平臺建設與應用研究[J].科技創新與應用,2022,12(33):71-74.