基于云平臺(tái)的電力設(shè)備測(cè)試遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)*

邊俐爭(zhēng)，孫軍偉

(1.鄭州電力高等?？茖W(xué)校電力系統(tǒng)工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450000)

目前，國(guó)內(nèi)智能變電站建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，智能變電站的使用更加廣泛。在智能變電站中，相應(yīng)的電氣設(shè)備具有規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化、信息模型化、傳輸數(shù)字化等特點(diǎn)，這些設(shè)備與傳統(tǒng)電站相比，測(cè)試項(xiàng)目大大增加，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維調(diào)試人員有所減少，現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化調(diào)試對(duì)于電氣自動(dòng)化控制設(shè)備及其運(yùn)行可靠性來(lái)說(shuō)，具有至關(guān)重要的作用。云計(jì)算和云平臺(tái)包括多種技術(shù)的融合，其中并行計(jì)算是云平臺(tái)和云計(jì)算的主要特點(diǎn)之一，在并行計(jì)算領(lǐng)域，不僅強(qiáng)調(diào)算法，而且強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此云計(jì)算以及并行計(jì)算技術(shù)是電力設(shè)備測(cè)試平臺(tái)中重要的技術(shù)之一。由于電力設(shè)備測(cè)試需要分布式存儲(chǔ)，同時(shí)可能需要?jiǎng)討B(tài)查詢，因此針對(duì)不同的用戶級(jí)別，利用云構(gòu)架可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以針對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，能夠適應(yīng)多種場(chǎng)景。因此設(shè)計(jì)基于云平臺(tái)的電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)十分必要。

目前針對(duì)電力設(shè)備的測(cè)試主要集中在變電站內(nèi)通信領(lǐng)域，文獻(xiàn)[1]研究了基于自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)下電力信息通信設(shè)備測(cè)試。文獻(xiàn)[2]建立了基于用例錄制的電力二次智能設(shè)備自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。文獻(xiàn)[3]建立了電力通信網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)管自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。文獻(xiàn)[4]提出了一種定制電力設(shè)備綜合測(cè)試方案。文獻(xiàn)[5]針對(duì)智能制造技術(shù)在電力控制保護(hù)設(shè)備自動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用展開(kāi)了研究。文獻(xiàn)[6]簡(jiǎn)要分析了電力檢修測(cè)試的主要方法。文獻(xiàn)[7]提出了電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置一致性測(cè)試評(píng)價(jià)體系。文獻(xiàn)[8]研究了電力系統(tǒng)通用服務(wù)協(xié)議一致性測(cè)試技術(shù)。文獻(xiàn)[9]研究了基于信息融合的智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了智能計(jì)量設(shè)備電力線載波通信測(cè)試系統(tǒng)。綜合以上文獻(xiàn)，針對(duì)基于云平臺(tái)的電力設(shè)備測(cè)試研究較少，傳統(tǒng)電力設(shè)備測(cè)試技術(shù)與云平臺(tái)等新興技術(shù)的聯(lián)系較為緊密，應(yīng)當(dāng)予以考慮。

本文首先分析了電力設(shè)備測(cè)試現(xiàn)狀，說(shuō)明了現(xiàn)階段電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)類型、監(jiān)測(cè)目的、監(jiān)測(cè)形式以及電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行要求等。然后針對(duì)云技術(shù)在電力設(shè)備測(cè)試中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，說(shuō)明了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)在電力設(shè)備測(cè)試中的原理。針對(duì)電力設(shè)備測(cè)試遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)構(gòu)架，說(shuō)明了系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系，提出了數(shù)據(jù)通信原理，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。最后，針對(duì)系統(tǒng)基于云平臺(tái)的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

1 電力設(shè)備測(cè)試概述

1.1 電力設(shè)備測(cè)試現(xiàn)狀

現(xiàn)階段針對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)具體參數(shù)，例如充油設(shè)備的油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)、變壓器放電在線監(jiān)測(cè)、交流電纜泄漏電流以及溫度在線監(jiān)測(cè)等。這些數(shù)據(jù)一般通過(guò)不同的平臺(tái)集成，并且處理信息的方式有所差別，可能在最終數(shù)據(jù)匯總時(shí)丟失一定的數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前主要利用企業(yè)級(jí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)、海量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中裝載和查詢能力較差，不能夠很好地適應(yīng)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理要求。

電力設(shè)備在線檢測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)背景下，針對(duì)變電站以及變電站內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的一種技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，在線檢測(cè)能夠通過(guò)傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)，同時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果，展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)，因此檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和檢測(cè)效率相較于傳統(tǒng)技術(shù)都有明顯提升。在線檢測(cè)技術(shù)根據(jù)不同的設(shè)備類型，技術(shù)的配置原則也有一定差異。設(shè)備運(yùn)行的在線檢測(cè)技術(shù)主要是由傳感器、信道、A/D 轉(zhuǎn)換器、信號(hào)終端等組成。傳感器主要安置于靠近檢測(cè)設(shè)備的部分，通過(guò)光、電、熱等多種形式的傳感技術(shù)采集被測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)；信道主要連接傳感器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)傳感器所采集的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地傳至數(shù)模轉(zhuǎn)換器；數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要負(fù)責(zé)將傳感器數(shù)據(jù)的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，有利于被測(cè)終端的直接讀?。恍盘?hào)終端主要用于將數(shù)模傳感器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)數(shù)據(jù)是否異常，從而判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)分類

針對(duì)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，需要設(shè)定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率，即監(jiān)測(cè)周期。通常設(shè)備的檢修和維護(hù)分為日常維護(hù)以及特殊維護(hù)。因此，在線監(jiān)測(cè)可參考設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的周期進(jìn)行設(shè)定，日常在線監(jiān)測(cè)可以對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而特殊在線監(jiān)測(cè)是只在故障高發(fā)時(shí)期、惡劣環(huán)境時(shí)期、停電檢修時(shí)期等進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)，盡可能保障電力設(shè)備狀態(tài)正常。

電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)目的是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)和分析。為了減少人工維護(hù)所受時(shí)間地點(diǎn)的限制，提高運(yùn)行維護(hù)工作的便捷性，可以通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行電力設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程處理和智能控制。通過(guò)傳感器和信道，將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)終端，借助移動(dòng)終端的人機(jī)交互友好性，提高運(yùn)行維護(hù)的密集度，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

針對(duì)電力設(shè)備監(jiān)測(cè)與維護(hù)的階段不同，可以分為故障后監(jiān)測(cè)、預(yù)防性監(jiān)測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)三類。故障后監(jiān)測(cè)就是針對(duì)電氣設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題之后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。預(yù)防性監(jiān)測(cè)是針對(duì)電氣設(shè)備日常故障防治為主的監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)設(shè)備的定期分析，判斷整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而降低故障頻率，避免設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。狀態(tài)維修以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)是通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備異常情況進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行綜合性分析，分析得到可能存在的問(wèn)題，針對(duì)特定部位、特定功能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有針對(duì)性地提升設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)類型主要具有體量大、類型多、結(jié)構(gòu)豐富、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。由于電力設(shè)備在電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)均有分布，各環(huán)節(jié)的電壓等級(jí)和系統(tǒng)規(guī)模均有差別，所以不同電壓等級(jí)的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)均包含不同的指標(biāo)類型。例如，針對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備需要考慮變壓器、開(kāi)關(guān)柜等重要設(shè)備；而針對(duì)輸變電線路中，則需要考慮線路的運(yùn)行狀況以及雷電沖擊的影響等。針對(duì)配電設(shè)備，需要考慮饋電自動(dòng)化設(shè)備、饋電線路的運(yùn)行狀態(tài)。隨著環(huán)境、地理信息、電壓等級(jí)等不同，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)體量較為龐大[11]。

北京市委、市政府高度重視生態(tài)清潔小流域建設(shè)，自2007年起，每年都將生態(tài)清潔小流域建設(shè)列為市政府折子工程。2014年生態(tài)清潔小流域建設(shè)列為市政府為民辦實(shí)事工程，加大了督辦力度。

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，包括在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、離線歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)等，從數(shù)據(jù)類型上來(lái)說(shuō)，由于電力運(yùn)行過(guò)程中包括較多的圖像、開(kāi)關(guān)量信息和數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)類型上包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器布置更加密集，除傳統(tǒng)數(shù)據(jù)類型外，音頻、視頻數(shù)據(jù)也逐漸增多，與電力設(shè)備運(yùn)行相關(guān)的環(huán)境氣象因素也需要進(jìn)行記錄，這些均增加了數(shù)據(jù)的類型以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)復(fù)雜度。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)大部分是與電力運(yùn)行實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)的，由于電力系統(tǒng)本身具有實(shí)時(shí)性，電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)也具有此種特性，這就需要電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和分析，對(duì)數(shù)據(jù)的處理性能和平臺(tái)要求更高，尤其是在數(shù)據(jù)的吞吐量方面是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2 云技術(shù)在電力設(shè)備測(cè)試中的應(yīng)用

云平臺(tái)是基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的一種信息處理和數(shù)據(jù)交互平臺(tái)，云計(jì)算是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供分布式計(jì)算的技術(shù)，大數(shù)據(jù)是計(jì)算能力超出現(xiàn)有規(guī)模的數(shù)據(jù)集合技術(shù)。將兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成云計(jì)算平臺(tái)。目前大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)主要是指數(shù)據(jù)的并行分析與分布式計(jì)算、并行編程等技術(shù)。數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算包括多核計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算和云計(jì)算等。大數(shù)據(jù)技術(shù)主要包括Google Map Reduce、Hadoop、Swift、Datacutter、Dryad、AWS Cloud、阿里云開(kāi)放數(shù)據(jù)處理服務(wù)等。

Hadoop 數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以處理的數(shù)據(jù)類型較為廣泛，包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)特點(diǎn)來(lái)看，Hadoop 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一次寫入和多次讀取。雖然Hadoop 可以實(shí)現(xiàn)海量的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及批量的計(jì)算，但是其數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性有所下降，因此，較多的應(yīng)用范圍是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)離線處理。

分布式數(shù)據(jù)處理Map Reduce 是將數(shù)據(jù)問(wèn)題分解為映射和規(guī)約進(jìn)行操作。映射能夠?qū)⑷蝿?wù)分解為多個(gè)獨(dú)立的計(jì)算單元，由多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式并行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果交由規(guī)約進(jìn)行匯總，最終產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果。用戶可根據(jù)需求利用映射與化簡(jiǎn)(Map-Reduce)兩部分邏輯函數(shù)對(duì)任務(wù)并行處理。其框架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 Map Reduce 系統(tǒng)構(gòu)架

開(kāi)放數(shù)據(jù)處理服務(wù)(open data processing service，ODPS)，是阿里云提供的海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的批量存儲(chǔ)和批量計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的分析和建模。目前，ODPS 主要應(yīng)用于大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)日志分析、電子商務(wù)交易分析、用戶特征和興趣挖掘等。ODPS 相對(duì)于Hadoop 平臺(tái)，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在彈性伸縮特性以及拓展的Map Reduce 模型。ODPS 生態(tài)圈主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)通道、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)安全等功能模塊。由于ODPS 在維護(hù)、成本、擴(kuò)展性等方面具有較多優(yōu)勢(shì)，更是用于電力設(shè)備監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。

3 基于云平臺(tái)的電力設(shè)備測(cè)試遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架

基于云平臺(tái)的電力設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)架分為采集層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和展示層四層。如圖2 所示為系統(tǒng)構(gòu)架和功能。

圖2 基于云平臺(tái)的電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)架

采集層為系統(tǒng)的最底層，實(shí)現(xiàn)與物理設(shè)備進(jìn)行接口的作用。采集層通過(guò)與被測(cè)電力設(shè)備箱連接或者安裝的傳感器，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備、安全通信模組、掌紋識(shí)別終端、RFID 有源設(shè)備等將不同特征以及不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和管理。需要將多種設(shè)備的參數(shù)根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的標(biāo)識(shí)、采集時(shí)間等進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)后期其他數(shù)據(jù)管理的查詢和分析。

網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入和傳輸。根據(jù)上層的應(yīng)用需求不同，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過(guò)不同的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、以太網(wǎng)、電力電纜等，這些通道可以為數(shù)據(jù)采集層得到的結(jié)果進(jìn)行靈活和可靠的傳輸。

應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)的下一層級(jí)，通過(guò)不同類型的數(shù)據(jù)管理體現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)應(yīng)用，包括云平臺(tái)、檢測(cè)設(shè)備移動(dòng)終端、檢測(cè)設(shè)備后臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)等。這些不同類型的功能針對(duì)不同的電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理，云平臺(tái)可以提供檢測(cè)報(bào)告接口應(yīng)用服務(wù)等需要大規(guī)模數(shù)據(jù)計(jì)算的服務(wù)；檢測(cè)設(shè)備移動(dòng)終端是針對(duì)電力運(yùn)行維護(hù)人員查看設(shè)備狀態(tài)的移動(dòng)服務(wù)端口，可以進(jìn)行人員登錄和設(shè)備定位，從而提供由采集層傳來(lái)數(shù)據(jù)進(jìn)行的提醒和設(shè)備查詢等功能；檢測(cè)設(shè)備后臺(tái)管控系統(tǒng)是更高一級(jí)別的應(yīng)用，可以針對(duì)具體設(shè)備的類型進(jìn)行信息管理、業(yè)務(wù)管理、統(tǒng)計(jì)查詢和信息提醒，這一系統(tǒng)主要結(jié)合云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)計(jì)算，將設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到相應(yīng)的滿足運(yùn)行檢修人員要求的成熟數(shù)據(jù)。

展示層是針對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)變化和數(shù)據(jù)量龐大等特點(diǎn)進(jìn)行展示和分類的層級(jí)。通過(guò)可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)不同的方式，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的圖形或圖像，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在網(wǎng)站門戶管理、監(jiān)控展示大屏和智能終端等設(shè)備進(jìn)行展示，其中主要運(yùn)用云平臺(tái)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)三維展示等技術(shù)。

3.2 系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系

系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系如圖3 所示，主要分為服務(wù)器機(jī)房、云平臺(tái)、庫(kù)房、操作辦公室和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)外設(shè)等。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系

通過(guò)庫(kù)房中針對(duì)不同電力設(shè)備設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，上傳到局域網(wǎng)中，辦公室可以通過(guò)顯示終端查看相應(yīng)數(shù)據(jù)；局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)再上傳至服務(wù)器機(jī)房，利用服務(wù)器機(jī)房的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行集成化管理，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)的分析和處理；將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完成后，再上傳至互聯(lián)網(wǎng)并送達(dá)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，最終云平臺(tái)的數(shù)據(jù)通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸形式進(jìn)行展示。

安全通訊控制模組與測(cè)試設(shè)備通過(guò)串口相連，具有加密、通訊、定位、電池、觸屏等模塊，檢測(cè)設(shè)備連接電源時(shí)可實(shí)現(xiàn)電池充電，斷開(kāi)電源時(shí)電池供電。同時(shí)研發(fā)與之相配套的APP 控制程序，功能如下:

(1)六氟化硫(SF6)密度繼電器、溫控器的自定義協(xié)議接口開(kāi)發(fā)，液體壓力表的SPCI 協(xié)議接口開(kāi)發(fā)；

(2)通過(guò)列表方式選擇所要上傳的測(cè)試報(bào)告，并對(duì)測(cè)試報(bào)告進(jìn)行加密，并將加密后的測(cè)試報(bào)告上傳云平臺(tái)；

(3)將定位數(shù)據(jù)上傳到檢測(cè)設(shè)備后臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。

3.3 數(shù)據(jù)通信原理

以六氟化硫密度繼電器全自動(dòng)校驗(yàn)裝置為例，該自動(dòng)裝置包含自動(dòng)校驗(yàn)硬件設(shè)備和安全通信控制模組以及相應(yīng)的串口。通過(guò)模組與硬件設(shè)備的窗口以及自定義接口協(xié)議進(jìn)行信息交互，將模組的定位模塊、加密模塊、通訊模塊、電池模塊、觸屏模塊等信息進(jìn)行傳輸。通過(guò)定位數(shù)據(jù)與后臺(tái)服務(wù)管理器進(jìn)行信息通信，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)通道，將測(cè)試數(shù)據(jù)傳至云平臺(tái)服務(wù)器。如圖4 所示，云平臺(tái)服務(wù)器和后臺(tái)服務(wù)管理器為并列的服務(wù)器，分別用于后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)控存儲(chǔ)以及線上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，將兩者得到的數(shù)據(jù)與手持終端、智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)便可在終端進(jìn)行展示。至此上行通訊完成。手持終端以及相應(yīng)的智能設(shè)備，也可以將查詢信息、功能需求信息等發(fā)送至相應(yīng)的后臺(tái)服務(wù)管理器、云平臺(tái)服務(wù)器等進(jìn)行查詢，在查詢過(guò)程中需要調(diào)用相應(yīng)的定位數(shù)據(jù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)而后臺(tái)服務(wù)器以及云平臺(tái)服務(wù)器將查詢數(shù)據(jù)再次下行發(fā)送至全自動(dòng)校驗(yàn)裝置，通過(guò)裝置內(nèi)部的通訊模組進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)取，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下行發(fā)送。

圖4 系統(tǒng)通信原理

3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

當(dāng)前電網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的流程主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)訪問(wèn)。三者之間通過(guò)各層之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、操作數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)以及訪問(wèn)查詢庫(kù)進(jìn)行交互。

針對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和加工方式是就地計(jì)算，然后將處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，這樣則丟失某些原始數(shù)據(jù)。在設(shè)備全壽命周期管理過(guò)程中，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)以及加工好的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，需要大量的長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)，使設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠追根溯源，形成長(zhǎng)期的運(yùn)維歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和管理一般依賴于大型的數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲(chǔ)硬件、磁盤陣列和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，由于受到存儲(chǔ)容量、讀寫速率、系統(tǒng)接口等方面的限制，無(wú)法滿足現(xiàn)階段大數(shù)據(jù)背景對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)要求。在云平臺(tái)背景下的數(shù)據(jù)管理和分析過(guò)程中，能夠應(yīng)用先進(jìn)的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)架、數(shù)據(jù)分布策略、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能等方面的重大提升，從而實(shí)現(xiàn)多維度和全視角的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析。本文采用基于HDFS(Hadoop Distributed File System)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)[12]，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 HDFS 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)用戶、子用戶、管理員、平臺(tái)管理和數(shù)據(jù)遷移模塊之間的相互通信和交流。從而實(shí)現(xiàn)用戶登錄、目錄查看、目錄上傳、文件上傳與下載、報(bào)警管理等功能。該存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠有效地針對(duì)電力設(shè)備遠(yuǎn)程測(cè)試的功能需求，實(shí)現(xiàn)管理員、測(cè)試員以及系統(tǒng)三者之間的有機(jī)融合，通過(guò)相關(guān)的通信協(xié)議封裝在客戶端，從而可以實(shí)現(xiàn)并行訪問(wèn)。

4 基于云平臺(tái)電力設(shè)備管控系統(tǒng)功能及測(cè)試

4.1 系統(tǒng)功能展示

云平臺(tái)的顯著特征就是計(jì)算性能的大幅度提升。電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)涉及到電力信息處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括信息的頻譜分析、時(shí)域分析、特征提取、特征選擇、模式識(shí)別等。這些數(shù)據(jù)處理均包含復(fù)雜的迭代，計(jì)算量大，只有在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)針對(duì)海量電力設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行，滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

通過(guò)云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)能夠使分布式存儲(chǔ)、并行計(jì)算技術(shù)更加有針對(duì)性地應(yīng)用于電力設(shè)備和信息采集。通過(guò)構(gòu)建以Hadoop、Spark、多核計(jì)算、云計(jì)算等為特征的高可靠性、高可用性的分布式存儲(chǔ)與云計(jì)算平臺(tái)，通過(guò)并行計(jì)算技術(shù)，以較高的運(yùn)算速度實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效分析和可靠展示。

針對(duì)本文設(shè)計(jì)的基于云平臺(tái)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，在眾多電力設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)序波形信號(hào)的數(shù)據(jù)占有較高比重，不易直接用于設(shè)備的狀態(tài)診斷。因此需要經(jīng)過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息處理技術(shù)來(lái)提取關(guān)鍵特征量，從而將時(shí)序信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理。本文選擇基于Map Reduce 的云平臺(tái)，其系統(tǒng)模型如圖6 所示[13]。

圖6 系統(tǒng)平臺(tái)模型

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)包括列存儲(chǔ)、文檔、圖形以及K/V 非關(guān)系型分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的靈活分析。系統(tǒng)包括基本資源層、數(shù)據(jù)處理層、高級(jí)應(yīng)用層?；举Y源層可以實(shí)現(xiàn)集群化的合并，完成云計(jì)算等基礎(chǔ)服務(wù)，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、集成技術(shù)、分布式存儲(chǔ)等物理基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行深度融合與應(yīng)用，結(jié)合電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)虛擬化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、資源部署、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)備安全管理等。

數(shù)據(jù)處理層的主要任務(wù)是根據(jù)Map Reduce 函數(shù)對(duì)電力設(shè)備測(cè)試以及遠(yuǎn)程控制進(jìn)行功能性的管理，包括分布式文件系統(tǒng)輸出、算法調(diào)度、批量處理、資源調(diào)度，通過(guò)Map Reduce 框架形成數(shù)據(jù)處理基本流程。Map Reduce 函數(shù)為數(shù)據(jù)處理層核心，通過(guò)配置不同的任務(wù)函數(shù)來(lái)滿足不同的功能需求，例如，為滿足資源調(diào)度需求而引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隊(duì)列管理和遺傳算法等。

高級(jí)應(yīng)用層是針對(duì)數(shù)據(jù)處理好結(jié)果的展示和分析，由于高級(jí)應(yīng)用層包括前段顯示、中間件以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此前端顯示技術(shù)能夠發(fā)揮電力設(shè)備遠(yuǎn)程測(cè)試以及展示的功能，通過(guò)相應(yīng)的中間件進(jìn)行消息傳送，通過(guò)時(shí)鐘控制，實(shí)現(xiàn)信息的同步和異步數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理通過(guò)相應(yīng)的接口結(jié)合歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可以提高數(shù)據(jù)的讀寫能力，從而為實(shí)時(shí)的測(cè)試結(jié)果分析和展示提供相應(yīng)的平臺(tái)，并且可以合理分配數(shù)據(jù)，與不同系統(tǒng)組成超大規(guī)模的展示平臺(tái)。

通過(guò)電力云平臺(tái)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力多種設(shè)備以及多種參數(shù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，包括對(duì)裝置標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)采集時(shí)間等條件進(jìn)行搜索，綜合查詢可以包括設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)、設(shè)備名稱、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行地點(diǎn)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等，通過(guò)云平臺(tái)將這類多元數(shù)據(jù)進(jìn)行融合關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)多傳感器量測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)并行化、多通道數(shù)據(jù)融合特征提取。

4.2 系統(tǒng)功能測(cè)試

以SF6密度繼電器全自動(dòng)校驗(yàn)為例，說(shuō)明本文的管控流程。利用圖文轉(zhuǎn)換技術(shù)讀取示值讀數(shù)，對(duì)觸點(diǎn)的校驗(yàn)提出全新自動(dòng)掃描功能。增設(shè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，開(kāi)發(fā)基于云平臺(tái)的圖像轉(zhuǎn)換軟件，在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)自動(dòng)獲取指針儀表的數(shù)據(jù)后，通過(guò)通訊鏈路將數(shù)據(jù)傳輸給密度繼電器檢驗(yàn)儀，實(shí)現(xiàn)被檢數(shù)據(jù)全自動(dòng)獲取，極大提高檢測(cè)效率和檢測(cè)的準(zhǔn)確度。對(duì)該裝置測(cè)試所實(shí)現(xiàn)的功能的如表1 所示。

表1 系統(tǒng)測(cè)試功能

在測(cè)試過(guò)程中，由于人工不能保證每次需要檢測(cè)的儀表安裝位置一致性，即都能處于相機(jī)視場(chǎng)的中心，可能會(huì)出現(xiàn)儀表在水平位置上左右移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)等情況，導(dǎo)致在對(duì)儀表圖像處理時(shí)，表盤刻度區(qū)域不能完全匹配儀表的真實(shí)刻度區(qū)域，這在對(duì)其指針刻度進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一定的偏移和誤差。

本文采用模板匹配法進(jìn)行表盤刻度區(qū)域的識(shí)別。軟件正常啟動(dòng)后，當(dāng)需要對(duì)一種新的儀表進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要先進(jìn)行首次采集，相機(jī)移到一號(hào)位置拍攝儀表圖像，系統(tǒng)自動(dòng)處理為灰度圖，用戶可以設(shè)置儀表刻度范圍，模板設(shè)置與保存，表盤區(qū)域設(shè)置及保存，然后發(fā)檢測(cè)指令；當(dāng)用戶已經(jīng)設(shè)置好模板及表盤刻度區(qū)域后，程序一啟動(dòng)，會(huì)自動(dòng)加載最新設(shè)置保存好的模板，用戶可以直接發(fā)檢測(cè)指令，進(jìn)行儀表檢測(cè)；當(dāng)然用戶也可以先選擇加載已有模板，再發(fā)檢測(cè)指令。調(diào)整位置后，根據(jù)采集到的密度繼電器指針信息，進(jìn)行拍照留檔軟件主要由信息采集區(qū)、設(shè)置區(qū)、選擇模板區(qū)以及參數(shù)信息顯示區(qū)構(gòu)成。具體如圖7 所示。

圖7 系統(tǒng)平臺(tái)模型

校驗(yàn)儀將對(duì)各種SF6密度繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，并做到對(duì)指針式接點(diǎn)輸出及智能式電流輸出的SF6密度繼電器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，以及對(duì)SF6氣體任意環(huán)境溫度下的壓力進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)換算，采用中斷方式對(duì)密度繼電器的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲，因此測(cè)試測(cè)量更準(zhǔn)確及時(shí)。測(cè)試完畢后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至智能型SF6密度繼電器校驗(yàn)儀設(shè)備，用戶可選擇是否上傳至云平臺(tái)。

5 結(jié)論

本文針對(duì)云平臺(tái)的電力設(shè)備測(cè)試遠(yuǎn)程管控進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先分析了電力設(shè)備測(cè)試現(xiàn)狀，說(shuō)明了現(xiàn)階段電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)類型、監(jiān)測(cè)目的、監(jiān)測(cè)形式以及電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行要求等。然后針對(duì)云技術(shù)在電力設(shè)備測(cè)試中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，說(shuō)明了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)在電力設(shè)備測(cè)試中的原理。針對(duì)電力設(shè)備測(cè)試遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)構(gòu)架，說(shuō)明了系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系，提出了數(shù)據(jù)通信原理，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。最后，針對(duì)系統(tǒng)基于云平臺(tái)的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠?yàn)殡娏υO(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程管控進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)。