基于智能运维体系的电力信息系统架构

王为

（国家电网上海市电力公司信息通信公司，上海 200072）

0 引言

随着能源领域的快速发展，电力行业对信息化的需求越来越高。电力信息系统作为电力行业的核心基础设施之一，承载着电力生产、输送、分配等方方面面的重要任务。然而电力信息系统的运维管理却面临着诸多挑战。电力信息系统的结构复杂，涉及多个部门和系统之间的协同，其数据量巨大，数据来源广泛，包括传感器数据、监测数据、历史数据等，并且在安全性方面要求极高，一旦出现故障或攻击，将会对电力生产和社会安全造成严重影响。为了应对电力信息系统运维管理的挑战，智能运维体系应运而生。该体系的架构主要包括数据采集、数据传输、数据处理和决策支持等环节。数据采集通过传感器和监测设备实时获取电力设备的运行状态和工作参数，将数据传输至中央控制中心。在中央控制中心，数据会经过清洗、整合和分析处理，生成设备的运行报告和故障诊断结果。基于这些数据和结果，决策支持系统可以提供智能化的维护建议和运行优化方案，帮助电力公司做出及时的决策。

1 电力信息系统智能化运维体系

电力信息系统是一个基于现代信息技术的电力管理系统，旨在实现对电力生产、传输和分配过程的综合监控、数据采集、信息处理和决策支持它将传统的电力运行与管理方式与现代计算机科学相结合，提供了一种高效、智能化的电力管理解决方案。

电力信息系统通常由多个子系统组成，包括远程监控与控制子系统、数据采集与处理子系统、安全保障子系统和决策支持子系统等。远程监控与控制子系统通过网络连接各个电力设备，实时监测设备状态、运行参数和电力负荷等信息，并可以通过远程操作实现对设备的控制。数据采集与处理子系统负责收集、存储和处理电力系统中的各类数据，包括电压、电流、功率等参数，以及设备故障信息和用电量数据等。安全保障子系统负责确保系统运行的可靠性和安全性。它包括网络安全防护、数据备份与恢复、权限管理等功能，以保护电力信息系统的正常运行和数据的安全性。决策支持子系统利用数据分析和建模技术，提供电力运行状态评估、故障诊断和优化调度等决策支持功能，帮助电力管理人员做出科学、合理的决策。

电力信息系统的应用范围广泛，涵盖了电力生产、输配电和用户用电等环节。它可以实时监测电力系统的运行情况，及时发现并处理设备故障，提高电力系统的可靠性和稳定性。同时，电力信息系统还能够分析用电数据，预测用电负荷，优化电力调度，提高电力供需匹配度，降低能源消耗和环境污染[1]。

2 电力信息系统运维现状

2.1 信息系统架构复杂，运行维护烦琐

随着电力行业的发展和技术的进步，电力信息系统逐渐从单一的局域网扩展到跨区域、跨信息内外网的复杂系统，导致了系统架构的复杂性增加，不同子系统之间的集成和交互变得困难。由于系统中存在大量的设备和软件，维护和管理变得异常烦琐。此外，不同子系统之间的数据交换需要满足一定的安全性和实时性要求，也给系统运维带来了新的挑战。

2.2 运维管理手段简单，缺少分析预警

电力信息系统运维工作需要进行综合的管理，包括设备维护、故障排除、数据分析等多个方面。然而在很多企业中，运维管理手段较为简单，主要依赖人工巡检和简单的维护操作，造成了运维效率低下和运维成本过高的问题。其次，缺少分析预警也是电力信息系统运维工作中的一个突出问题。电力信息系统的运行状态可能会受到多种因素的影响，如天气变化、设备老化、网络波动、人员操作等，这些因素可能会直接或间接地影响到系统的正常运行。如果缺乏有效的分析预警手段，那么这些问题就很难被及时发现和解决，从而可能导致更大的损失。

2.3 运维技术人员缺乏，运维工作量大

运维技术人员的缺乏是电力信息系统运维工作中的一个主要问题。由于电力信息系统技术的高度复杂性和专业性，需要拥有一批具备丰富运维经验和技术水平的专业人员来维护和管理系统。然而，目前市场上的运维技术人员较少，导致电力信息系统运维人员的招聘和培训难度较大。另外，随着信息技术的不断发展，电力信息系统的规模和复杂度不断增加，运维工作量也随之增大，包括系统监控、故障排查、安全防护等等。这些工作需要持续不断地进行，因此对于运维人员的工作压力较大。此外，由于电力信息系统的重要性，任何一点小的问题都可能引起严重后果，因此运维人员工作必须十分耐心和细致。这种情况下，必须采取一系列有效的措施，如自动化运维、精简流程等，以降低运维工作的难度[2]。

3 电力信息系统智能运维架构

3.1 监控管理层

监控管理层通过传感器、监测设备和网络连接，实时获取电力系统各个节点的状态信息，包括电压、电流、频率、温度等参数，以及设备的工作状态和性能指标。监控管理层在接收到这些数据后，通过数据分析和处理，形成运行状态的综合评估。同时，监控管理层利用先进的算法技术，对电力系统进行故障诊断和预测。通过对历史数据和实时监测数据的分析，监控管理层可以准确地判断设备是否存在异常，并及时发出警报。当设备发生故障或潜在故障时，监控管理层能够迅速定位问题所在，并提供相应的解决方案，以避免停电和损失。监控管理层还负责对电力系统进行性能评估和优化。通过对电力设备运行数据的长期分析，监控管理层可以发现潜在的性能瓶颈和优化空间。它可以提供电力系统的负荷预测，帮助电力公司合理规划供电能力，并提出调整方案以提高系统的效率和可靠性。此外，监控管理层还实现了对电力系统的远程控制和操作。通过与各个设备的联网，监控管理层可以对设备进行远程监控、配置和控制。无论是实时调整设备参数，还是进行日常维护和巡检，监控管理层都能够提供便捷的远程操作接口，有效提升了运维效率和便利性。

3.2 运行数据采集与存储层

运行数据采集与存储层的作用是实时采集电力信息系统各个节点的运行数据，并将其存储在中央数据库中，以供后续的数据分析、报告生成、预测分析等工作使用。运行数据采集与存储层的应用如图1 所示，该子系统需要解决的核心问题是数据采集的可靠性和数据存储的安全性。为了保证数据采集的可靠性，需要选择稳定、高效、可扩展的数据采集设备，并对采集设备进行定期维护和更新。同时，为了避免数据丢失或损坏，需要设置数据备份和容错机制，保证数据的完整性和可恢复性。在数据存储方面，需要考虑数据的安全性和可扩展性。为了保证数据的安全性，需要采用多层次的安全措施，如访问控制、加密存储、防火墙等，防止数据被非法获取或篡改。为了保证数据的可扩展性，需要选择高效的数据库管理系统和存储设备，并对其进行定期升级和维护。除了以上问题，运行数据采集与存储层还需要考虑数据格式统一和数据质量控制。为了方便后续的数据分析和预测分析，需要对采集的数据进行格式化处理和标准化，以保证数据的一致性和可比性。同时，为了保证数据的质量，需要对采集设备进行定期校准和检查，并对异常数据进行过滤和处理。

图1 运行数据采集与存储层的应用

3.3 数据分析和预警决策层

在电力系统中，存在着大量的数据需要收集、处理和分析，这些数据涉及电力设备的运行状态、电力负荷的变化、天气等因素对电力系统的影响等。通过对这些数据的深入挖掘和研究，可以发现潜在的问题并及时进行处理。同时，数据分析还可以帮助制定更加科学合理的电力系统规划和管理策略，提高电力系统的运行效率和稳定性。预警决策层可以基于历史数据和实时数据，进行预测和判断，及时发现电力系统中可能存在的故障和问题，并针对性地制定解决方案。例如，当设备温度超过一定阈值时，预警决策层会发出警报并提醒运维人员进行检修或更换设备[3]。此外，预警决策层还可以进行风险评估和优化调度，提高电力系统的可靠性和安全性。数据分析和预警决策层在电力信息系统智能运维架构中的作用不仅仅是单纯的监测和预警。它们更是整个系统的核心，通过对数据的深入挖掘和研究，可以实现电力系统的自主学习和自我优化，促进电力系统的智能化和自动化发展，实现真正意义上的智慧电力。

3.4 运维数据中心存储层

运维数据中心存储层的功能主要包括数据采集、数据存储、数据处理和数据管理。它通过各种传感器、监测设备和监控系统实时采集电力系统各个节点的运行数据，例如电流、电压、温度等参数。这些数据以高速率不断流入数据中心存储层，确保了对电力系统运行状态的及时监测。运维数据中心存储层将采集到的运行数据进行有效的存储和管理。这涉及大规模的数据存储和处理技术，以确保数据的可靠性、安全性和高效性。常见的数据存储方式包括分布式数据库、云存储和虚拟化存储等。同时，为了满足数据的快速访问和查询需求，数据中心存储层还需要实现数据索引和优化技术，以加快数据的检索速度。另外，该子系统还承担着对采集到的数据进行处理和分析的任务。通过应用当前信息技术和人工智能等技术，数据中心存储层可以对电力系统的运行数据进行实时分析和预测，以发现潜在的故障风险和优化运维策略，为运维人员提供决策支持，帮助他们及时采取相应的措施，保障电力系统的稳定运行。除此之外，运维数据中心存储层还需要进行数据管理，包括数据备份、数据恢复和数据安全等方面的工作。由于电力系统的数据量庞大且具有重要性，因此必须确保数据的可靠性和可用性。数据中心存储层需要建立灾备机制，定期进行数据备份，并保证数据的安全性，防止数据泄露和非法访问[4]。

3.5 运维管理层

运维管理层是电力信息系统智能运维架构中的一个关键组成部分，它负责协调、监控和管理整个系统的运行状态。在运维管理层中，各种智能化的技术手段被应用于实时数据采集、故障诊断和预测、设备管理等方面，从而实现对电力信息系统的全面监控和智能化管理，运维管理层的应用如图2 所示。

图2 运维管理层的应用

具体来说，运维管理层通过实时数据采集技术，将来自电力信息系统各个子系统的数据进行采集和整合。这些数据包括电网运行状态、设备工作参数、负荷情况等信息，通过数据采集平台进行实时传输和处理，为后续的分析和决策提供基础。通过对历史数据的挖掘和对实时数据的监测，可以及时发现电力系统中的异常情况和潜在风险。同时，通过故障诊断和预测模型，可以提前预警并准确判断设备的故障概率，进而采取相应的维护措施，避免事故的发生。此外，运维管理层还负责设备管理和维护工作。通过智能化的设备管理系统，可以实现对电力信息系统中各个设备的全面监控和维护。例如，对变压器、开关设备等关键设备进行状态监测，及时发现设备的故障或老化情况，并进行相应的维修或更换，从而保障电网的稳定运行。运维管理层在整个电力信息系统智能运维架构中扮演着指挥中心的角色。通过与其他子系统的无缝集成，运维管理层可以实现对整个电力信息系统的一体化管理和调度。例如，在电力系统出现故障或突发事件时，运维管理层可以快速响应，并启动相应的紧急处理机制，确保电网的安全稳定运行[5]。

4 结语

智能运维体系的建立是电力信息系统管理的必然趋势。本文从电力信息系统架构出发，介绍智能运维的理念和技术，论述了一种电力信息系统智能运维架构。该电力信息系统智能运维架构包括监控管理层、运行数据采集与存储层、数据分析和预警决策层、运维数据中心存储层和运维管理层。随着技术的不断进步，智能运维架构将会更加完善和智能化，为电力信息系统运维管理提供重要支撑。