基于PAM平台的输配电一体化系统设计

2017-04-20,

电气开关 2017年5期

(1.国网厦门供电公司，厦门　361000；2.国网泉州供电公司，福建　泉州　362000)

1　前言

系统是工程八大应用中最大且最复杂的应用之一。随着实用化过程及各类应用的深入，其功能仍在不断完善中[1]。为实现电网生产管理真正意义上的信息系统，提出了其建设目标是：首先是以电网构架的设施为基础，结合信息科学技术领域，形成垂直一体化的生产管理综合信息平台，在全国实现统一标准；达到集中统一管理生产管理信息的目标，完整互联各级系统，满足公司发展要求；实现生产运行、设备管理、日常管理等各个方面的工作，使整个电网的生产形成一个紧密联系的快捷系统[2-3]。

由于目前在配网业务功能这一块的建设，PMS系统并未完善，各局配网还是使用原先独立开发的生产管理系统，只是在PMS系统中通过数据抽取方法实现与省公司及国网的垂直接入[4]。现阶段公司各单位普遍使用独立开发的配网管理信息系统，在建设中缺少统一规范和应用系统的统一标准，这和主网的信息系统建设水平是不协调的[5]。

鉴于目前存在的问题，本文在系统设计的基础上，对系统所需各种数据进行了准备和割接，并先期部署了合理的硬件平台，最终基于PAM平台实现了整个系统，并对系统各模块的各种流程进行了说明。最终该系统实现了统一的业务流程、业务规范，以及统一的数据结构、信息模型，建设实现了输配电业务高效处理的公共支撑平台。

2　系统架构设计

系统设计的三大基本原则为基于组件开发、基于模型和建立开放标准访问机制[6]。基于组件开发是综合多种优秀设计思想和实践的产物。基于组件的技术模型，可以在不更新整个应用的情况下，安装和升级组件。基于模型就是要求生产管理应用平台应该基于科学的、契合业务特点的、标准的、开放的业务对象模型。为了使电力公司的其他应用能够提取得到各类分析数据、基础数据和事务数据有必要监理电力生产业务数据中心。这种服务的直接要求就是生产应用平台应该具有良好的通用访问机制，这是生产业务数据中心应用的关键。开放、标准的接口访问体系意味着应用平台必须一方面支持开放接口技术表现型式，另一方面遵循业务模型标准[7]。这是打破信息孤岛，抛弃点对点接口方式，实现统一业务数据中心的关键。

PAM平台具有电网图数模一体维护的工具，如电网建模、GIS平台、基本数据维护及使用的服务等，同时也具有应用开发框架、权限系统、工作流管理等基本支撑功能。PAM 平台的总体架构包括业务架构、应用架构、数据架构、技术架构、物理架构、安全架构和应用集成等。PAM 平台的总体架构如图1所示。

图1　系统总体架构

业务架构是结合电网拓扑分析、图形服务等业务需求，分析归纳各类电网基础数据如电网资源、设备、量测以及地理数据后,设计形成的业务功能体系，满足各类系统对数据操作的需求，并在业务发展过程中根据需求形成相应的业务模型。应用架构主要有七个组成部分：电网模型管理，电网设备管理及电网基本变更服务，电网设备服务和空间信息服务、拓扑服务等，典型应用框架，数据架构，技术架构与桌面及Web应用使用的技术体系，物理架构[8]。应用架构、数据架构、技术架构和物理架构设计如下：

(1)按照PAM 平台定位，应用架构抽象出各业务模块的总体需求，通过分析设计后划分各应用的功能范围及关系，将PAM 平台的应用架构划分为上述七大管理模块。PAM 平台的应用架构如图2所示。

图2　应用架构

(2)PAM 平台的数据包括电网资源数据、设备(资产)的数据、测量数据、空间数据、拓扑数据、地理数据、管理数据及文档数据。电网资源数据主要通过存储在数据库中的各类应用的资源空间数据、资产间关系数据，经由不同的关键字与资源属性和拓扑数据进行关联，实现对设备信息的准确描述。电网设备数据主要包括电网资产参数、关系数据以及参数模版的资产数据。电网拓扑数据反映了电网设备间的关系模型，通过图形对数据进行自动操作和维护。平台管理数据，包括地图切片配置、平台模型、权限、日志和工作流等的管理数据。所有数据均统一部署在省公司中。除地理基础数据存储在SMALLWORLD中外，其他所有数据均存放在ORACLE数据库中。

(3)从总体来看，技术架构可以从下到上划分为数据层、数据访问层、应用逻辑层、应用服务层、表现层等五个层次。数据层是物理存储层，提供在平台中管理的各类数据的存储；数据访问层为存储的数据提供访问的统一接口；在此基础上，应用逻辑层才能建立各种组件，提供管理图形和设备的功能；然后在应用服务层将这些组件封装为服务，以便各类业务应用调用，并通过表现层展现给用户。总体技术架构如图3所示。

(4)在全省集中的硬件部署模式下，原则上地县公司不再需要保留服务器主机设备，而是直接通过省公司集中维护和管理所部署的各个主机,部署方式如图4所示。

图3　技术架构

在“省公司-地市局”和“地市局-分县局”的网络带宽和延迟能够保证的前提下(省公司到每个地市局1Gbps的专享带宽)，原则上，不需要在地市局和分县局部署图形服务器。只有当网络带宽不大或不稳定时，可以部署缓存图形服务器(Smallworld的持久高速缓存服务器)，以提高基础地理信息的访问速度。

图4　物理架构

3　系统设计与开发

3.1　硬件设计

电网GIS服务平台采取全省集中硬件部署，所有服务器都在省公司集中维护和管理,部署方法如图所示。省公司到地市局的主网网为1Gbps。地市局到大部分的分县局的主干网也是1Gbps。GIS平台物理部署示意图如图5所示。

图5　GIS平台物理部署示意图

针对电网实际情况适当调高单台服务器的CPU数量和内存配置容量，各服务器的硬件配置如表1所示。

表1　服务器配置情况表

每台Oracle和Smallworld服务器的本地磁盘配置为2 块146GB 硬盘，采用RAID1 冗余方式保证可靠性。对于电网GIS应用服务器，考虑到需要在本地磁盘进行一些数据的缓存，适当增加硬盘的容量配置为4块146GB硬盘，采用RAID5冗余方式保证可靠性和吞吐性能。

3.2　软件设计

电网数据库由数据库、商用数据库(Smallworld VMDS)、背景地图切片文件等三部分组成，如图6所示。Oracle数据库存储系统管理数据，电网资源的图形、拓扑、基本属性等。Smallworld中包含三部分基础地理信息，一部分是电子地形图资源，包括省市范围1∶10000地形图；城区、重点乡镇的1∶500地形图等；一个部分是卫星和航空拍摄正射影像数据，索引和存储使用Smallworld平台提供的金字塔方式进行；另外一部分是三维地表数字高程数据(DEM)。为了加快背景地图发布，根据固定尺寸(例如256×256像素)，采用切片技术对常用的背景地图和卫星影像按照指定的图层比例和显示方式进行渲染后切割，Web服务将保存在文件服务器的图片文件发布出来，通过相关应用功能和图形客户端对背景地图进行合成及拼接。

图6　GIS数据库组成图

通过对模型关系、图元符号、显示样式、平台权限、日志和地图等功能的有效管理，平台支撑应用在维护资源、提供空间信息服务、搭建典型应用框架和高级GIS应用等方面提供了大力支持。

平台通过应用服务引擎，经由ESB发布的空间信息服务和典型应用框架等组件对外提供服务，如图7所示。

客户端主要由地县局用户使用，采用C/S方式运行、管理和维护，客户端在一定程度上利用了各地县多年的应用开发成熟成果，结合全省集中和输变配一体化的需求进行改造，较好地实现了对电网资源、图形和资产的图形展示、流程管理的运行和维护。管理客户端的架构如图8所示。

图8　C/S方式图形管理结构图

4　实现系统一体化架构

某电力企业GIS平台沿着总体技术路线分步实施、逐步过渡、实现改造。

第一阶段，完成省级集中部署GIS数据库和应用服务器；完成空间信息服务的基础模块封装和典型应用框架的基础模块开发；改造PMS的输电GIS模块，将空间和拓扑数据存储于电网GIS数据库中，并调用PMS服务实现设备台帐维护；保留各个地市局的配电GIS系统，完成地市局配电GIS数据和图形到GIS平台同步接口开发；实现输配电GIS服务与生产、营销业务应用的基础功能集成。

第二阶段，根据典设对输配电GIS客户端进行功能改造和完善，并将配电GIS客户端改造为全省大集中部署模式；进一步完善和丰富空间信息服务和典型应用框架的功能模块，优化信息传输量和网络带宽。

第三阶段，完成全省大集中部署的配电GIS在试点地市局的建设，并逐步迁移各地市局现有独立运行的配电GIS至全省GIS平台；将GIS平台服务与生产、营销的查询、缺陷、工作票、停电计划等模块进行深度集成。

平台与各类业务应用的集成，一是各业务应用提供可供调用的服务，由平台对其中的资源数据进行管理和维护，二是平台为业务系统提供各类空间信息服务。