基于智能運維體系的電力信息系統(tǒng)架構(gòu)

王為

（國家電網(wǎng)上海市電力公司信息通信公司，上海 200072）

0 引言

隨著能源領(lǐng)域的快速發(fā)展，電力行業(yè)對信息化的需求越來越高。電力信息系統(tǒng)作為電力行業(yè)的核心基礎(chǔ)設(shè)施之一，承載著電力生產(chǎn)、輸送、分配等方方面面的重要任務。然而電力信息系統(tǒng)的運維管理卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。電力信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜，涉及多個部門和系統(tǒng)之間的協(xié)同，其數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)來源廣泛，包括傳感器數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，并且在安全性方面要求極高，一旦出現(xiàn)故障或攻擊，將會對電力生產(chǎn)和社會安全造成嚴重影響。為了應對電力信息系統(tǒng)運維管理的挑戰(zhàn)，智能運維體系應運而生。該體系的架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和決策支持等環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集通過傳感器和監(jiān)測設(shè)備實時獲取電力設(shè)備的運行狀態(tài)和工作參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制中心。在中央控制中心，數(shù)據(jù)會經(jīng)過清洗、整合和分析處理，生成設(shè)備的運行報告和故障診斷結(jié)果。基于這些數(shù)據(jù)和結(jié)果，決策支持系統(tǒng)可以提供智能化的維護建議和運行優(yōu)化方案，幫助電力公司做出及時的決策。

1 電力信息系統(tǒng)智能化運維體系

電力信息系統(tǒng)是一個基于現(xiàn)代信息技術(shù)的電力管理系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)對電力生產(chǎn)、傳輸和分配過程的綜合監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息處理和決策支持它將傳統(tǒng)的電力運行與管理方式與現(xiàn)代計算機科學相結(jié)合，提供了一種高效、智能化的電力管理解決方案。

電力信息系統(tǒng)通常由多個子系統(tǒng)組成，包括遠程監(jiān)控與控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)、安全保障子系統(tǒng)和決策支持子系統(tǒng)等。遠程監(jiān)控與控制子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接各個電力設(shè)備，實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、運行參數(shù)和電力負荷等信息，并可以通過遠程操作實現(xiàn)對設(shè)備的控制。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)負責收集、存儲和處理電力系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率等參數(shù)，以及設(shè)備故障信息和用電量數(shù)據(jù)等。安全保障子系統(tǒng)負責確保系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。它包括網(wǎng)絡(luò)安全防護、數(shù)據(jù)備份與恢復、權(quán)限管理等功能，以保護電力信息系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)的安全性。決策支持子系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)分析和建模技術(shù)，提供電力運行狀態(tài)評估、故障診斷和優(yōu)化調(diào)度等決策支持功能，幫助電力管理人員做出科學、合理的決策。

電力信息系統(tǒng)的應用范圍廣泛，涵蓋了電力生產(chǎn)、輸配電和用戶用電等環(huán)節(jié)。它可以實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，電力信息系統(tǒng)還能夠分析用電數(shù)據(jù)，預測用電負荷，優(yōu)化電力調(diào)度，提高電力供需匹配度，降低能源消耗和環(huán)境污染[1]。

2 電力信息系統(tǒng)運維現(xiàn)狀

2.1 信息系統(tǒng)架構(gòu)復雜，運行維護煩瑣

隨著電力行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進步，電力信息系統(tǒng)逐漸從單一的局域網(wǎng)擴展到跨區(qū)域、跨信息內(nèi)外網(wǎng)的復雜系統(tǒng)，導致了系統(tǒng)架構(gòu)的復雜性增加，不同子系統(tǒng)之間的集成和交互變得困難。由于系統(tǒng)中存在大量的設(shè)備和軟件，維護和管理變得異常煩瑣。此外，不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換需要滿足一定的安全性和實時性要求，也給系統(tǒng)運維帶來了新的挑戰(zhàn)。

2.2 運維管理手段簡單，缺少分析預警

電力信息系統(tǒng)運維工作需要進行綜合的管理，包括設(shè)備維護、故障排除、數(shù)據(jù)分析等多個方面。然而在很多企業(yè)中，運維管理手段較為簡單，主要依賴人工巡檢和簡單的維護操作，造成了運維效率低下和運維成本過高的問題。其次，缺少分析預警也是電力信息系統(tǒng)運維工作中的一個突出問題。電力信息系統(tǒng)的運行狀態(tài)可能會受到多種因素的影響，如天氣變化、設(shè)備老化、網(wǎng)絡(luò)波動、人員操作等，這些因素可能會直接或間接地影響到系統(tǒng)的正常運行。如果缺乏有效的分析預警手段，那么這些問題就很難被及時發(fā)現(xiàn)和解決，從而可能導致更大的損失。

2.3 運維技術(shù)人員缺乏，運維工作量大

運維技術(shù)人員的缺乏是電力信息系統(tǒng)運維工作中的一個主要問題。由于電力信息系統(tǒng)技術(shù)的高度復雜性和專業(yè)性，需要擁有一批具備豐富運維經(jīng)驗和技術(shù)水平的專業(yè)人員來維護和管理系統(tǒng)。然而，目前市場上的運維技術(shù)人員較少，導致電力信息系統(tǒng)運維人員的招聘和培訓難度較大。另外，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電力信息系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度不斷增加，運維工作量也隨之增大，包括系統(tǒng)監(jiān)控、故障排查、安全防護等等。這些工作需要持續(xù)不斷地進行，因此對于運維人員的工作壓力較大。此外，由于電力信息系統(tǒng)的重要性，任何一點小的問題都可能引起嚴重后果，因此運維人員工作必須十分耐心和細致。這種情況下，必須采取一系列有效的措施，如自動化運維、精簡流程等，以降低運維工作的難度[2]。

3 電力信息系統(tǒng)智能運維架構(gòu)

3.1 監(jiān)控管理層

監(jiān)控管理層通過傳感器、監(jiān)測設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接，實時獲取電力系統(tǒng)各個節(jié)點的狀態(tài)信息，包括電壓、電流、頻率、溫度等參數(shù)，以及設(shè)備的工作狀態(tài)和性能指標。監(jiān)控管理層在接收到這些數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)分析和處理，形成運行狀態(tài)的綜合評估。同時，監(jiān)控管理層利用先進的算法技術(shù)，對電力系統(tǒng)進行故障診斷和預測。通過對歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，監(jiān)控管理層可以準確地判斷設(shè)備是否存在異常，并及時發(fā)出警報。當設(shè)備發(fā)生故障或潛在故障時，監(jiān)控管理層能夠迅速定位問題所在，并提供相應的解決方案，以避免停電和損失。監(jiān)控管理層還負責對電力系統(tǒng)進行性能評估和優(yōu)化。通過對電力設(shè)備運行數(shù)據(jù)的長期分析，監(jiān)控管理層可以發(fā)現(xiàn)潛在的性能瓶頸和優(yōu)化空間。它可以提供電力系統(tǒng)的負荷預測，幫助電力公司合理規(guī)劃供電能力，并提出調(diào)整方案以提高系統(tǒng)的效率和可靠性。此外，監(jiān)控管理層還實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的遠程控制和操作。通過與各個設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控管理層可以對設(shè)備進行遠程監(jiān)控、配置和控制。無論是實時調(diào)整設(shè)備參數(shù)，還是進行日常維護和巡檢，監(jiān)控管理層都能夠提供便捷的遠程操作接口，有效提升了運維效率和便利性。

3.2 運行數(shù)據(jù)采集與存儲層

運行數(shù)據(jù)采集與存儲層的作用是實時采集電力信息系統(tǒng)各個節(jié)點的運行數(shù)據(jù)，并將其存儲在中央數(shù)據(jù)庫中，以供后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、報告生成、預測分析等工作使用。運行數(shù)據(jù)采集與存儲層的應用如圖1 所示，該子系統(tǒng)需要解決的核心問題是數(shù)據(jù)采集的可靠性和數(shù)據(jù)存儲的安全性。為了保證數(shù)據(jù)采集的可靠性，需要選擇穩(wěn)定、高效、可擴展的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并對采集設(shè)備進行定期維護和更新。同時，為了避免數(shù)據(jù)丟失或損壞，需要設(shè)置數(shù)據(jù)備份和容錯機制，保證數(shù)據(jù)的完整性和可恢復性。在數(shù)據(jù)存儲方面，需要考慮數(shù)據(jù)的安全性和可擴展性。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，需要采用多層次的安全措施，如訪問控制、加密存儲、防火墻等，防止數(shù)據(jù)被非法獲取或篡改。為了保證數(shù)據(jù)的可擴展性，需要選擇高效的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和存儲設(shè)備，并對其進行定期升級和維護。除了以上問題，運行數(shù)據(jù)采集與存儲層還需要考慮數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。為了方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和預測分析，需要對采集的數(shù)據(jù)進行格式化處理和標準化，以保證數(shù)據(jù)的一致性和可比性。同時，為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，需要對采集設(shè)備進行定期校準和檢查，并對異常數(shù)據(jù)進行過濾和處理。

圖1 運行數(shù)據(jù)采集與存儲層的應用

3.3 數(shù)據(jù)分析和預警決策層

在電力系統(tǒng)中，存在著大量的數(shù)據(jù)需要收集、處理和分析，這些數(shù)據(jù)涉及電力設(shè)備的運行狀態(tài)、電力負荷的變化、天氣等因素對電力系統(tǒng)的影響等。通過對這些數(shù)據(jù)的深入挖掘和研究，可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題并及時進行處理。同時，數(shù)據(jù)分析還可以幫助制定更加科學合理的電力系統(tǒng)規(guī)劃和管理策略，提高電力系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。預警決策層可以基于歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，進行預測和判斷，及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中可能存在的故障和問題，并針對性地制定解決方案。例如，當設(shè)備溫度超過一定閾值時，預警決策層會發(fā)出警報并提醒運維人員進行檢修或更換設(shè)備[3]。此外，預警決策層還可以進行風險評估和優(yōu)化調(diào)度，提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。數(shù)據(jù)分析和預警決策層在電力信息系統(tǒng)智能運維架構(gòu)中的作用不僅僅是單純的監(jiān)測和預警。它們更是整個系統(tǒng)的核心，通過對數(shù)據(jù)的深入挖掘和研究，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自主學習和自我優(yōu)化，促進電力系統(tǒng)的智能化和自動化發(fā)展，實現(xiàn)真正意義上的智慧電力。

3.4 運維數(shù)據(jù)中心存儲層

運維數(shù)據(jù)中心存儲層的功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。它通過各種傳感器、監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)實時采集電力系統(tǒng)各個節(jié)點的運行數(shù)據(jù)，例如電流、電壓、溫度等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)以高速率不斷流入數(shù)據(jù)中心存儲層，確保了對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的及時監(jiān)測。運維數(shù)據(jù)中心存儲層將采集到的運行數(shù)據(jù)進行有效的存儲和管理。這涉及大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲和處理技術(shù)，以確保數(shù)據(jù)的可靠性、安全性和高效性。常見的數(shù)據(jù)存儲方式包括分布式數(shù)據(jù)庫、云存儲和虛擬化存儲等。同時，為了滿足數(shù)據(jù)的快速訪問和查詢需求，數(shù)據(jù)中心存儲層還需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)索引和優(yōu)化技術(shù)，以加快數(shù)據(jù)的檢索速度。另外，該子系統(tǒng)還承擔著對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析的任務。通過應用當前信息技術(shù)和人工智能等技術(shù)，數(shù)據(jù)中心存儲層可以對電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行實時分析和預測，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障風險和優(yōu)化運維策略，為運維人員提供決策支持，幫助他們及時采取相應的措施，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。除此之外，運維數(shù)據(jù)中心存儲層還需要進行數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復和數(shù)據(jù)安全等方面的工作。由于電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量龐大且具有重要性，因此必須確保數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。數(shù)據(jù)中心存儲層需要建立災備機制，定期進行數(shù)據(jù)備份，并保證數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)泄露和非法訪問[4]。

3.5 運維管理層

運維管理層是電力信息系統(tǒng)智能運維架構(gòu)中的一個關(guān)鍵組成部分，它負責協(xié)調(diào)、監(jiān)控和管理整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在運維管理層中，各種智能化的技術(shù)手段被應用于實時數(shù)據(jù)采集、故障診斷和預測、設(shè)備管理等方面，從而實現(xiàn)對電力信息系統(tǒng)的全面監(jiān)控和智能化管理，運維管理層的應用如圖2 所示。

圖2 運維管理層的應用

具體來說，運維管理層通過實時數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將來自電力信息系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集和整合。這些數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)運行狀態(tài)、設(shè)備工作參數(shù)、負荷情況等信息，通過數(shù)據(jù)采集平臺進行實時傳輸和處理，為后續(xù)的分析和決策提供基礎(chǔ)。通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘和對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的異常情況和潛在風險。同時，通過故障診斷和預測模型，可以提前預警并準確判斷設(shè)備的故障概率，進而采取相應的維護措施，避免事故的發(fā)生。此外，運維管理層還負責設(shè)備管理和維護工作。通過智能化的設(shè)備管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對電力信息系統(tǒng)中各個設(shè)備的全面監(jiān)控和維護。例如，對變壓器、開關(guān)設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障或老化情況，并進行相應的維修或更換，從而保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。運維管理層在整個電力信息系統(tǒng)智能運維架構(gòu)中扮演著指揮中心的角色。通過與其他子系統(tǒng)的無縫集成，運維管理層可以實現(xiàn)對整個電力信息系統(tǒng)的一體化管理和調(diào)度。例如，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或突發(fā)事件時，運維管理層可以快速響應，并啟動相應的緊急處理機制，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[5]。

4 結(jié)語

智能運維體系的建立是電力信息系統(tǒng)管理的必然趨勢。本文從電力信息系統(tǒng)架構(gòu)出發(fā)，介紹智能運維的理念和技術(shù)，論述了一種電力信息系統(tǒng)智能運維架構(gòu)。該電力信息系統(tǒng)智能運維架構(gòu)包括監(jiān)控管理層、運行數(shù)據(jù)采集與存儲層、數(shù)據(jù)分析和預警決策層、運維數(shù)據(jù)中心存儲層和運維管理層。隨著技術(shù)的不斷進步，智能運維架構(gòu)將會更加完善和智能化，為電力信息系統(tǒng)運維管理提供重要支撐。