移动互联网技术在电力调度系统中的应用*

2021-10-26叶钟海李小锐

电子器件 2021年4期

程正，吴键，叶菁，叶钟海，李小锐

(国网江西省电力有限公司,江西南昌 330077)

随着信息技术的飞速发展,无线网络通信、多媒体处理等技术水平逐步提升,充分应用智能移动终端的便携性、强大的信息处理能力对复杂庞大的信息业务进行处理,有效降低了人工业务处理的繁琐程度,大大提升了工作效率。基于移动终端的业务处理方法将成为未来信息技术发展的一种必然趋势[1-3]。

国内外研究学者对于智能移动技术的应用展开了大量研究。王跃等[4]从技术范畴、技术架构、技术属性、技术发展以及技术趋势等维度探讨移动智能终端操作系统技术的整体发展,指出形成面向泛终端的统一操作系统已成为一种大趋势；袁彬等[5]从语音识别、语音合成以及语义理解技术3 个方面分析应用于移动智能终端中的语音交互技术的发展现状,提出当前语音交互技术中存在的一些技术难点,并分析其发展趋势；潘娟等[6]阐述了移动智能终端作为移动互联网交互的重要组成部分,并对安全性能方面面临的问题,提出了相应的应对措施,包括:检测平台建设、基础安全技术建设和管理体系建设等；符晨曦等[7]设计一种基于智能移动终端的家庭成员安全监护系统。该系统结合了移动互联网、智能终端操作系统、GNSS 定位、地理围栏等技术,实现对被监护者的实时定位和测速,并根据被监护者行为对被监护者的安全状态进行判断并自动发出预警。该系统功能完善,性能稳定,有良好的应用价值和应用前景；刘武等[8]设计了一种基于移动智能终端管理的远程安防系统(RMAS-MIT),其由前端视频采集系统、预处理、数据传输、处理控制中心以及报警系统组成。处理中心对所采集到的图片进行识别、分析与诊断,若诊断为异常情况,则触发报警并给出详细的故障分析以及解决方案,实现了对重要场所进行实时移动安全监控；陈波等[9]基于移动智能终端和快速发展的互联网技术,分别研发了地震动参数区划图APP(Android 和IOS 版)及B/S 架构的数据库管理系统,实现了对新一代区划图所涉及的“四级地震作用”、“土层影响双参数调整”等技术方法进行无纸化、自动化和智能化处理；Yang等[10]提出了一种基于Android 移动终端的农业虫害智能诊断系统,构建了一个通用的、易于二次开发且人机交互技术成熟的数据库和应用程序开发环境,测试结果显示该系统具有便携性好、界面友好、网络无限制等优点,在实际生产中为农业生产提供了良好的效益。

随着我国电网规模逐渐扩大,电网结构日渐复杂,在电网电力调度管理过程中,对及时、全面掌握电网运行状态提出了更高的要求,建设基于移动通信技术的电力调度系统是电网运行管理规划以及信息化发展的必然趋势。目前关于移动通信技术在电力领域应用的相关研究较少。因此,利用移动通信技术的信息传输量大、高效便捷等优势,将其与电网调度系统相结合,通过对智能移动平台的移动通信、平台管理以及安全控制等关键技术进行研究,构建基于移动平台的电力调度系统,以解决传统电力调度流程繁琐、时效性差、效率低等问题。

1 基于移动互联网的电力调度系统

基于移动平台电力调度系统的总体框架如图1所示,主要由调度核心系统和调度移动通信服务平台两部分组成,调度移动通信服务平台又分为电力调度移动通信服务器和移动通信设备两部分。基于移动通信网络和调度数据网,调度移动通信服务平台经由电力调度移动通信服务器将调度核心系统传来的调度指令及相关调度信息实时地传送到各个移动通信设备中,实现调度指令的快速下达、配调工作人员的移动化作业及现场操作的实时监控[11]。调度移动平台具有较好的灵活性和扩展性,能够兼容来自不同厂家的第三方应用软件的接入,并对第三方应用软件进行统一化管理,提供了完备的安全控制和系统维护等支持服务,能够适应不断扩大的电网运行管理业务需要。

图1 系统总体框架

2 电力调度系统移动互联网关键技

术研究

基于移动平台的电力调度系统应具备相对独立、灵活、易扩展的基本特性,为此采用多层次的体系结构对系统进行构建,每层基于面向对象模式,各层次间紧密联系形成一个有机整体。

2.1 移动通信设备

移动通信设备,即基于移动平台电力调度系统的移动端,其主要功能是使配调人员能够在现场及时接收调度指令、对现场操作情况的实时掌控、实现移动化作业、与指挥中心进行实时信息交流等,这对移动端人机交互界面的性能提出了较高的要求,主要体现在应用版本的开发和可视化技术这两方面,移动端设计所涉及的关键技术如图2 所示。

图2 移动端设计关键技术

目前市场上智能手机、平板电脑等智能移动终端广泛使用的操作系统主要有2 类,即IOS 系统和Android 系统。因此,需要分别对IOS 和Android 这2 种操作系统采用对应的开发工具和编程语言进行客户端应用软件的开发,使这2 大类移动端设备具有相同的操作权限和功能应用,能够稳定运行。

此外,对于不同的智能移动终端,其屏幕大小、分辨率等可视化界面存在差异,因此,在对移动端进行建设时,还需要重点考虑可视化技术,确保不同移动端所使用的操作界面一致,提升用户在视觉和性能上的体验。

目前,HTML5 作为发展较为成熟的技术,在智能移动终端中受到广泛应用,其具备跨平台特性及强大的Web 图形展现功能,对不同操作系统具有良好的兼容性,大大地节约了移动端设备在时间与经济上所花费的成本,应用HTML5 的异步通信机制和图层表现技术,能够实现数据和表现的分离,如GIS信息、可缩放矢量图形等展示[12]。利用HTML5 在客户端缓存机制存储底图文件,能够对底图的本地缓存及展示,再通过对图形进行数据刷新,不仅实现了逻辑上图数关联的展示效果,还能够确保系统的运行性能[13]。将HTML5 技术应用于移动通信设备终端中,使得用户能够通过客户端软件实时并全面地掌控电网运行状况以及调度管理信息。因此,采用HTML5 进行基于移动平台电力调度系统可视化技术开发是必然选择。

2.2 移动通信网络

大量的电网运行数据,如实时数据、巡检图片等,通过移动通信网络在移动通信设备和调度移动平台之间传输,数据信息的流畅交互是基于有效的通信手段而建立[14]。移动通信网络主要借助三大通信运营商的无线网络实现通信,随着GPRS、3G、4G 通信技术的不断成熟,极大地解决了网络通信卡顿、通信费用高等问题,大大地提升了数据的传输效率。满足电力调度系统移动通信网络要求的成熟技术主要有虚拟专用网络(Virtual Private Network,VPN)和接入点名称(Access Point Name,APN),都是基于专用网络进行访问。

VPN 技术相比于APN 技术,其优势在于自定义开发支持较好,无需切换网络,通信成本低,但安全性没有APN 高。因此,对于各移动通信设备间的通信,主要通过VPN 通道进行,而在与移动通信平台进行数据连接时,为保证数据安全和功能可靠,需通过VPN 服务器认证后,采用APN 通道形式访问移动通信平台和调度核心系统以确保了应用的网络安全性,同时通信过程数据加密[15]。

图3 移动通信网络关键技术

2.3 移动通信服务平台

如图4 所示,调度移动平台主要提供服务管理和数据交互与存储的功能。服务管理,即为智能移动终端的客户端软件提供服务端支持,包括平台服务和子应用服务等,并进行统一的维护管理；数据交互与存储,即为系统提供数据支持。

图4 移动通信服务平台关键技术

电力调度移动通信服务平台基于企业内部数据交互的规范及标准[16],采用基于SOA 架构模式的总线服务方式,通过对数据进行服务化封装,在服务总线上发布服务接口,其具有易扩展,灵活性高的优点。当移动客户端向移动通信服务平台发送数据请求时,平台通过代理服务器接口,从调度核心系统获取调度指令及相关调度信息数据返回给移动客户端。此外,移动通信服务平台还应具备数据存储的功能,根据某时间段内某类业务的需求量制定相应的存储策略,对从调度核心系统中接收到的数据进行单独存储,若实时传递的信息量较大,那么仅保留时效性最新的数据。

2.4 调度核心系统

调度核心系统是建立基于移动平台的电力调度系统的根基所在,提供电网运行调度数据的来源以及辅助平台应用建设的规范和标准,包括了运行管理系统、运行监控系统、数据中心和气象系统等,通过调度核心系统进行停电检修计划、调度指令、图纸信息等实时信息的收发,实现对大电网的电力调度。

图5 调度核心系统

2.5 系统安全控制

在大电网电力调度运行控制的过程中,需要对信息数据进行加密处理,防止信息泄露情况的发生,以保障系统的安全性。而移动通信设备终端所具备的可移动性、高网络开放性、所处环境复杂等基本特点,无法保证信息传输的安全性和保密性。为此,基于《电力监控系统安全防护规定》的基本准则,按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的总体策略对移动平台进行设计,从通信、认证、数据3 个方面对系统安全进行控制[17]。系统的总体安全架构图如图6 所示。

图6 网络安全架构图

(1)设备通信。各移动通信设备基于VPN 通道在外部公用数据网间进行通信的,采用APN 通道形式访问供电局内网与移动通信平台进行通信,如图6 所示。通过防火墙等网络防护技术以及软硬件系统构建移动通信服务平台的隔离区(Demilitarized Zone,DMZ)和可靠性高、扩展性强、技术先进以及安全性高的调度核心系统数据中心(IDC),实现隔离区与调度核心系统的可控通信[18]。

(2)信息认证。对于移动通信设备,其用户密码与动态口令需要通过移动通信服务平台的集中认证系统的认证,才能保证移动智能终端以及访问客户的合法性。对于第三方应用软件,其携带有用户凭证并装设了票据验证插件的业务服务器,因此无需像移动通信设备那样需要输入用户密码,可通过票据认证结果来进行移动通信服务平台的访问,若票据认证通过,则允许访问相关业务数据,否则无法访问相关业务数据。需要说明是,当第三方应用软件需要与调度核心系统进行数据交互时,必须要经过移动通信服务平台转发,且数据信息需要做加密处理。

(3)数据交互。基于DMZ 的移动通信服务平台与调度核心系统数据中心IDC 进行业务往来时无法直接访问,平台通过在内网增加服务反向代理ATP 的方式,使得移动通信服务平台在满足网络安全规则的前提下能够将业务处理请求转发至调度核心系统中处理。

3 基于移动平台的电力调度系统功

能架构设计

如图1 所示,基于移动互联网技术的调度移动通信服务平台分为电力调度移动通信服务器(PC端)和移动通信设备(移动端)2 部分,通过权限设置机制,PC 端和移动端能够实现与调度核心系统之间的调度操作指令、图纸信息以及配调人员与各地市局操作人员间网络发令全过程的实时交流,能够显著提升电力调度运行管理的效率[19]。其主要包括:命令票查询、网络发令以及信息处理3 大模块。

(1)命令票查询。此模块一般用于待执行、执行中以及执行完毕3 种类型状态命令票查询操作。

(2)网络发令。此模块是电力调度移动通信服务器的核心,其中心任务是对系统调度指令全过程进行网络传输。系统调度操作指令全过程包括:地调方发令、厂站方复述、地调方核实、厂站方核实、厂站方报告操作结果、地调方复述、厂站方核实、地调方收令。对于上述系统调度操作指令全过程中的各项调度指令,必须逐项完成；对于同一操作层面的、相互独立的各项调度指令,允许同时对这些调度指令进行并行下发,但需等待这些并行调度指令全部执行完成后方可下发下一操作指令[20]。此外,电力调度移动通信服务平台还提供了“发送预览”以及“预览确认”这两个功能项。各地区配调部门可以通过预览调度指令通知,实时地向调度指挥中心反馈本地区的电力运行状态,能够为电力调度指令的下发顺序提供依据,防止出现指令不能及时传递的情况。

(3)信息处理。信息处理模块的主要功能是实现对待处理以及已处理命令票的管理。信息处理中心将命令票的动态变化情况实时发送至相应的操作部门和操作人员,工作人员也可通过消息中心主动查询其所负责命令票相关的历史处理信息,掌握命令票执行的全过程。

4 应用案例分析

4.1 在远程业务中的应用

如图7 所示,在传统的电网调度业务中,操作单的执行、设备运维情况的拍摄、故障操作信息的报送等,大多需要工作人员到发电厂、变电站、线路等现场去执行操作[17]。而电力调度移动通信平台具有无纸化作业,信息实时传输、搜索、操作等特点,能够实现移动端应用与平台数据的同步传输,及时提交现场操作处理结果,有效提高了工作效率,其典型应用主要有:

图7 不同模式下,远程业务的执行流程

(1)操作单执行。工作人员通过智能移动终端对所需要执行的工单信息进行查询,根据查询结果按照规定逐条操作,在完成工单所列全部任务后可对结果进行提交。此外,还可通过智能移动终端中查询知识库找到故障相应的解决方法。执行完成后可在现场上传提交执行结果,删繁就简实现了无纸化作业的同时,也提升了工作效率。

(2)故障操作信息的报送。智能移动终端具备拍照录像等功能,能够以图片或是视频的形式对现场工作进行记录,通过将图片或是视频信息上传至对应的表单中,实现信息的快速填写和汇报,极大地提高了工作效率。

4.2 电网信息直观展示应用

移动通信设备采用了可视化技术对发电量统计、负荷预测、错峰限电、电厂分布情况等业务进行图形化展示,具有友好、直观的可视化人机交互界面。

通过GIS 操作界面,能够在地理信息图上实现对电气设备运行环境的勘察,如覆冰、雷电、降雨等；通过电网实时潮流信息操作界面,调度人员可以实时了解线路负载情况,以便对现场调度做出正确决策；通过装机容量信息展示界面,能够清晰查看各电厂、各省的装机容量信息,如图8 所示,为设备运行状态的简单展示界面。

图8 设备运行工况展示

4.3 电网信息告警应用

在我们的日常生活中,移动通信设备具有定时提醒、短信业务提醒等功能,对于电网调度业务也同样适用。传统模式下,故障监测系统能够将故障检测告警信息传递至PC 端,而基于移动平台的电力调度移动平台为每个智能移动终端提供告警信息的分类查询功能。此外,根据不同智能移动设备用户使用性质的不同,按需提供短信告警功能,更具有灵活性,为便捷了解电网工作状态提供支持,如图9 所示,为系统异常状态的短信告警提醒。

图9 短信告警提醒

4.4 电网调度审批流程应用

图10 为电网调度的审批流程,其中流程中灰色区域部分的审批流程可简要概括为意见表决(同意/否定)和少量审批意见的处理。对于决策领导层而言,基于移动通信设备进行操作处理,能够避免繁琐的人事安排处理耗费时间,进而提高信息传输的高效性；对于执行者而言,基于移动通信设备可随时随地查询流程审批状态以及审批意见,或是通过电网信息告警功能,等待流程审批完毕后接收待办工作提示消息,能够实时地掌握工作实况,缩短信息传递时间。