变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统设计

王 芳，陈立威

（国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100）

0 引 言

目前，在信息化技术快速发展的背景下，越来越多的变电站采用运维系统完成对各类设备维护的日常巡检管理工作。对于变电站内部的通信故障，以往主要通过人工方式进行定位与维护，该类维护方式具有人力管理成本高、巡检数据信息易丢失、不易统计等多个方面的问题。因此，需要开发整个变电站内部的数据通信运维故障在线监测与报警系统，从而加强变电站日常核心业务方面的管理，提供更好的运维服务。该系统的研发具备良好的现实意义，能够有效整合变电站的业务与信息，运维人员通过该系统能够及时定位通信故障，并安排巡检人员进行处理，有效提升巡检运维的效率[1-3]。

1 关键技术

1.1 大数据

在变电站的日常运维中，系统实时产生不同类别的海量数据信息，无法采用常规软件处理工具完成该类数据信息的预处理、分析与统计工作。因此，大数据分析技术可以采用并行处理能力更强的算法与工具进行决策分析，能够应对工业场景产生的海量数据信息，并提升这些数据信息的价值。

大数据技术不仅能够分析日常文本数据，还可以处理容量更大的图像、声音、视频等数据，其核心部分采用人工智能和机器学习等算法，结合高性能的并行处理框架，完成对海量数据信息的处理，同时能够分析与挖掘工业场景中潜藏数据的价值。

1.2 物联网

在变电站的日常运维中，数据信息主要来源于各类物联网终端设备的采集。各类物联网终端负责读取与传输不同场景下变电站设备状态的数据信息，终端设备包括视频监控系统、工业采集系统、各类传感器以及数控管理系统等。数据信息采集完成后，终端设备能够将其转化为电信号进行传输。其中，传输的方式分为有线传输、Wi-Fi 传输、窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）传输以及蓝牙传输等。系统对整个通信数据信息的传输提供安全保护机制，从而实现数据传输监测、报警联动处理、安全防护、远程维护、决策支持以及统计分析等功能，实现整个通信数据的互联互通操作，进而完成变电站的运维管理工作[4]。

1.3 SSM 框架

变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统的设计需要对目前的技术进行选型分析，最终采用的Java开源框架为SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，并通过该框架完成整个变电站故障监测业务的分析与管理。3 种开源框架的介绍如下。

（1）Spring 架构。该开发框架核心为控制反转（Inversion of Control，IoC）管理机制，主要工作目标是创建整个系统业务层的处理对象，创建的对象能够完成数据信息配置与管理，提升系统总体的可维护性。

（2）Spring MVC。在系统总体的设计中，Spring MVC 的工作目标是分析与处理数据层、用户层与业务逻辑层之间的功能流转过程，处理核心管理机制需要采用前置控制器（DispatcherServlet）。用户在系统前端进行报警处理和故障监测等各类功能操作，每个功能模块的操作通过DispatcherServlet 进行分发，系统处理后将处理结果显示在前端页面。

（3）MyBatis 框架。该框架核心的处理机制是完成业务程序与数据之间的持久化操作，程序代码能够按照操作对象的方式管理相应的表格。整个映射处理机制采用注解方式进行，能够提升整个数据分析处理的效率。

2 系统业务分析

2.1 可行性分析

对变电站数据通信监测与报警系统而言，需要分析系统开发的可行性，主要围绕技术、经济与操作方面，详细内容如下。

（1）技术角度分析。目前，整个系统采用Java Web、物联网、大数据等技术进行分析，技术框架总体成熟，安全性良好，能够结合变电站具体业务的发展进行快速开发，从而满足用户的操作需要。开发的系统程序具备较好的扩展性，方便系统后续升级，因此技术开发具有可行性。

（2）经济角度分析。变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统主要的研发费用包括软件方面的投入和硬件部分的投入2 个部分。其中，变电站已经具备硬件投入条件，因此主要的成本在于软件开发，总体开发工作量可控。因此，从经济角度分析，系统的开发完全可行。

（3）操作可行性分析。用户在进行日常故障监测和报警处理等模块的操作时，系统能够及时响应用户的操作，并给出相应的操作提示内容，因此具有较好的操作可行性。

综合技术、经济与操作角度进行分析，确定整个系统的开发完全可行[5]。

2.2 功能需求分析

变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统的功能需求分析中，需要规划不同模块的业务处理流程，从而确定系统功能，后续对系统功能进行设计编码、实现与测试工作。具体系统功能用例如图1 所示。

图1 系统功能用例

整个系统主要的功能包括用户管理、故障监测、报警管理、数据统计以及巡检管理。

2.3 非功能需求分析

系统在进行分析与处理操作时，需要关注整个系统的功能与性能，从而完成对系统总体的分析工作。性能需求需要考虑的因素包括系统响应时间和用户并发性需求2 个方面，详细如下。

（1）系统响应时间。开发变电站数据通信监测与报警系统的不同功能时，响应时间是需要核心考虑的因素。该系统的最大响应时间不能超过3 s，此时系统能够对用户的操作进行快速响应，否则容易造成不好的用户体验。

（2）并发性需求。变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统进行工作时，由于系统需要面向多用户进行管理，并发最少应支持100 个用户。同时，能够通过并发性测试判断系统的稳定性。

3 系统设计

3.1 设计原则

变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统设计中，需要遵循多方面的工作原则，从而提升系统稳定性，详细设计原则如下。

（1）系统维护性。在进行功能编码时，需要注重总体系统的可维护性。为保证后续能够对系统进行快速升级，需要降低功能编码之间的耦合度，结合用户的使用体验完成系统优化，有效降低系统升级维护成本。

（2）系统安全性。设计过程中，需要注重应用程序与数据信息2 个方面的安全，可以采用权限设置和数据备份恢复等机制提升系统安全性。

（3）系统功能使用友好性。在系统功能的操作中，需要注重整个业务功能模块使用的友好程度，及时对用户的操作进行响应。

3.2 体系架构设计

对变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统设计而言，围绕系统设计的需求并结合系统开发采用的SSM 框架，整个系统的架构设计可以分为3 层，分别为应用层、功能层及数据层。系统体系架构如图2 所示。

图2 系统体系架构

采用该设计模式的主要优点在于能够降低不同层次之间的耦合度，有效提升各个层次后续的可扩展性。每个层次的详细功能如下。

（1）应用层。该层的主要工作是为系统不同类型的用户提供操作接口，使得用户能够完成故障监测、报警管理、数据统计以及巡检管理。为提升用户使用的便利性，系统提供多个数据统计分析接口。

（2）功能层。用户在应用层操作之后，系统的响应与处理主要在功能层进行。该层主要功能包括故障监测、报警管理、数据统计以及巡检管理的业务处理代码，需要调用底层数据信息，从而更好地响应用户的操作需求。

（3）数据层。变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统的设计中，数据层主要的任务是存储系统所有的业务数据信息，包括故障、用户、报警等核心数据，系统对其进行持久化操作，从而提升数据处理效率。

变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统主要采用Java 语言进行开发，不同的业务系统都需要对具体的业务数据信息进行处理。对海量数据和半结构化数据而言，能够采用海量非结构化的数据库进行存储管理，其典型代表是Hbase 数据库和MongoDB数据库。结合本系统的具体处理需要，主要采用MongoDB 数据库。

4 结 论

结合系统实现的内容，对目前的技术进行选型分析，最终确定采用Java Web 技术来设计变电站数据通信运维故障在线监测与报警系统。文章通过例图分析与确定系统功能，后续将对系统功能进行总体设计。下一步的工作将采用Java、云计算、物联网等技术进行实现，主要原因在于该技术具备开源和安全稳定的优点。该系统主要实现的功能包括故障监测、报警管理、数据统计以及巡检管理等，采用3 层架构设计方式，能够对变电站的通信故障进行快速监测与报警，并提醒巡检人员及时处理，从而有效提升整个变电站的运维效率。