智能电网应急通信管理系统研究与设计

2018-05-16傅强

电子测试 2018年7期

傅强

（来宾供电局，广西南宁，530000）

0 引言

电力是国民经济改革和发展的重要基础，也是国家经济建设的支柱。智能电网设备运行于户外，面临着风雨雷电等自然灾害的侵袭，非常容易发生电力安全事故，影响国家经济的发展和增长。通信不仅仅是电网安全生产的重要技术支撑，也是电网数据智能化、共享化运行的关键基石，因此通信管理的作用日趋重要，管理方法和思路也逐渐清晰。因此，保障智能电网的通信安全成为国家电网研究的重点。智能电网应急通信管理系统可以实时地监控电网通信情况，优化配置通信资源，实现电网通信的应急调配，保障实时通信功能，具有重要的作用和意义。

1 智能电网应急通信管理系统分析

应急通信不是指一般意义上的数据信息交互，更重要的是需要在指挥中心对信息进行汇聚和指挥调度，应用服务层可以安装到智能移动终端APP上，统一应急指挥通信平台，根据电力应急通信的应用场景分析可以获知，应急通信需要实现移动终端之间的紧急呼叫，实现通讯内容的强拆、转接、监听、录音等操作。应急通信最为关键的就是即时通信，准确的记录应急指挥人员的命令，通过文字、图片、视频等进行通信，实现应急处置人员之间的快捷、可靠交流。应急通信还要能够为用户提供事件、位置、时间等信息，将这些现场的信息经过加工，能够在指挥中心实现信息加工和处理操作。智能电网应急通信管理系统的主要业务是监控、分配、优化通信资源，实现应急通信指挥，系统功能业务如图1所示。

图1 智能电网应急通信管理系统组成结构

1.1 通信实时监视

智能电网组成设备非常多，应急通信管理系统需要在设备网管操作服务的基础上扩大网络监控范围，实时地整合通信设备的日志数据，然后将这些数据进行加工和分析，为通信运行、管理操作提供更加全面、完整的视频监控图，实现对电网多厂商设备的集中运行监控，面向智能电网实现告警分析，强化故障处理的时效性。通信的实时监控能够为用户提供一种调度分析手段，采用一个强大的网络状态自动分析工具，构建一个设备故障自动化预警功能，将电网设备和故障记录关联在一起，针对告警信息进行智能化分析，进一步提高网络故障定位的精准性，实时监控还需要采用一个可视化的服务界面，利用可视化的服务为用户提供更加直观的、形象的信息展示，便于电网应急通信监控人员的管理、操作。

1.2 通信资源管理

通信资源包括无线和有线两类，可以根据电网数据采集、传输的方法将这些资源集成起来，形成一个统一的、规范的、完整的资源数据库，面向智能电网运行业务需求按需提供通信资源服务。因此，通信资源管理需要包括三个关键方面的内容，分别是通信资源查询、通信资源升级维护、通信资源智能调度和预警分析。通信资源查询可以为应急通信管理人员提供一个强大的操作支撑，便于应急通信管理人员分配可用资源。通信资源升级维护可以根据需求，实时地将同轴电缆升级为光纤，也可以将3G移动通信升级为4G或5G通信，这样就可以更好地发展智能电网的通信服务，加快通信传输速度，为应急通信提供更多的可用频带。智能调度和预警分析可以根据应急通信的响应优先级，为应急通信分配通信带宽，如果带宽不够使用，无法为用户提供通信操作支撑，更好地优化应急通信方式，确保应急通信的可靠运行。

1.3 电网架构管理

电网架构管理是应急通信系统的一个重要功能。电网架构涵盖的通信设备非常多，这些通信设备接入的模式不一样，因此电网架构管理可以引入更加先进的ESB技术，利用企业服务总线为不同的设备、电网监控系统提供注册、认证和共享数据服务，进一步提高电网的服务性能，保证配电操作管理的自动化，实现动力传输的可扩展性、可维护性，进一步提高数据通信的辅助能力。

1.4 数据采集与控制

数据采集与控制能够为应急通信管理提供一个动态的数据源，实现电网通信设备资源的集中化，构建一个模型匹配的操作服务功能。数据采集和控制的目标对象非常多，这些对象包括传输系统、接入网系统、机房动力环境等。应急通信管理系统可以根据数据采集的结果，发出不同的控制指令，通过执行这些操作指令，可以进一步约束信息资源，实现信息加工和处理，具有重要的作用和意义。

1.5 故障定位决策功能

应急通信管理系统不仅仅需要为电网提供通信传输服务，同时还需要适应电网通信的集约化、扁平化管理需求，面对日益庞大和复杂的骨干通信网络，快速地定位电网的故障位置，实现告警信息自动化分析、故障设备自动捕捉，为通信提供一个可视化、集中化的服务功能，优化资源调配方案，实现故障处理响应，保证电网的正常、可靠运行，同时利用故障决策定位服务，实现对信息的加工和处理，也可以为用户提供强大的应用支撑。

2 智能电网应急通信管理系统设计

智能电网应急通信管理系统可以实现语音呼叫、语音会议、语音群组对讲、视频图像回传、视频转发、图片拍传和实时定位功能。应急通信过程中，电力设备巡检人员之间的业务沟通或巡检人员向领导汇报都可以实现点对点语音单呼。电力调度员通过控制台根据业务类型可以随时召开远程多方语音电话会议。巡检人员给调度员或领导汇报线路现场情况时，可以通过“一键对讲”方式实现群组呼叫。巡检人员通过无线网络可将智能采集终端的现场情况实时回传到巡检中心，调度人员可也可同时呼叫多个巡检人员，查看多路视频图像，并且与现场的工作人员进行视频通话。调度人员通过查看控制台的视频图像后，可将该路视频图像根据需要转发给外线智能手机、领导可视话机、中心大屏幕或正在进行的视频会议等。巡检人员通过智能终端对杆塔上的电子标签及线路情况以图片方式传回到后台服务器，调度人员可随时查看。调度系统与GIS系统对接后，可实现对巡检人员的定位。在控制台上显示人员的具体位置，并且可点击人员进行语音呼叫、查看视频监控图像等。

设计智能电网应急通信管理系统时采用分层化的架构，集成传感器、云计算和移动通信等技术，提高了应急通信的实时性、快速性。应急通信管理系统利用先进的云计算技术，实现了多层次的、矩阵式的信息解析，将智能电网中的每一个设备的所处位置和计算机信息集成在一起，为用户提供一个可视化、共享化、形象化、直观化和数字化的应用软件，实现对智能电网组成部件的精确探测和位置标识。应急通信管理系统总体架构设计如图2所示。

图2 智能电网应急通信管理系统业务流程图设计

应急通信管理系统为用户提供一个友好的交互界面，这个界面是采用先进的HTML5技术实现的，能够实时地根据终端屏幕的大小进行适时调整，这个界面自适应应用终端界面。另外，利用云计算技术可以将底层数据、业务处理和交互界面集成在一起。交互层能够为用户提供一个先进的访问接口，能够利用图形化的操作界面实现信息输入和控制服务，保证对用户操作结果的处理。业务处理层可以根据应急通信的逻辑业务处理需求，将数据实现模型化、存储化管理，实现一个强大的设备处理功能，进一步维护系统的操作，保证信息解析的准确度。数据服务是应急通信最为关键的一个层次，数据的来源非常多，这些数据均为电网中的允许数据，为了能够提供更加强大的操作服务，应急通信管理可以实现数据库连接、数据库处理、数据库共享、数据库加工，进一步实现信息的处理服务，具有重要的作用和意义，数据处理层可以实现就是基本信息的保存、查询、修改和删除，实现大数据的访问操作。

云计算最为关键的技术是设备资源虚拟化，由于电网的设备非常多，为了能够将这些设备全部集成整合到应急通信管理系统中，需要将这些硬件设备进行虚拟化，实现信息的并发访问操作，能够为用户提供强大的操作支撑。应急通信管理系统引入虚拟化技术，可以为每一类通信资源赋予不同的优先级，这些优先级可以包括很多种，实现CPU资源的加工分配、实现优先级的处理，加快了应用软件的快速高效响应，进一步虚拟化互联网的利用率，保证系统的操作普及和应用。虚拟化还有一个非常关键的作用，就是保证应急通信管理系统可扩展，保证每一类设备都可以安全稳定地接入系统，实现对信息的加工和服务。分布式透明性软件架构可以利用MapReduce技术实现，MapReduce可以实现对数据的采集处理、清洗转换、加载装配和应用展示，能够实现应急通信管理系统的加工处理和服务，保证系统的强大操作支撑，具有重要的作用和意义。

TD-LTE是媒体流和网络信令业务承载的一个重要通道，数据操作的方式包括IP承载方式、ATM承载方式，其可以实现逻辑业务通信的呼叫控制、连接管理、开放业务接口等功能，负责互联网的大部分信息传输功能。应用层可以完成客户的具体操作，为用户提供强大的呼叫服务。TD-LTE通信传输时引入的关键技术很多，本文结合使用情况具体分析软交换、多输入多输出、正交频分多址接入、自适应技术等。正交频分多址接入作为一种下行多址接入方式，使用离散傅里叶变换，将OFDM作为上行多址接入方式，以便能够有效地地提高频率，进一步改善对频率的利用率。多输入多输出MIMO是一种关键的数据通信技术，该技术利用智能天线进行操作，实现多个渠道的输入输出，能够有地抑制通信传输信道存在的衰减，保证用户可以获取更多的增益，构建一种强大的阵列服务模式，提供更加广阔的空间。多输入多输出作为一个发送端和接收端均可以采用的技术，在4G通信中引入先进的智能天线操作技术，智能天线可以实现信息的同时发送和接收，构建一个强大的并发通信传输通道，能够为用户提供更多的传输资源，在不需要增加无线通信带宽的条件下，可以增大通信传输发射的功率，这样就可以避免通信频道存在的多径衰落，保证信息传输的可靠性、完整性，具有重要的作用和意义。