智能变电站数据管理系统研究

摘要:本次研究建立了一套基于OneNet物联网平台的智能变电站数据管理系统，详细阐述了该系统的一体化架构和逻辑架构设计方案。通过OneNet物联网平台与变电设备的TCP/IP网络连接，进而以应用服务器的方式对变电设备实现控制与管理。

关键词:数据管理；智能变电站；物联网技术

1引言

将物联网技术应用于智能变电站数据管理工作是实现电力设备智能化管理的一个主要途径[1]。现阶段，国家电网和南方电网都十分重视变电站的数字化管理，通过滚动数据来建立更加完善的电力设备管理方案[2]。然而，当前我国大多数电力企业所使用的数据管理系统采用本地化建设思路，开发周期较长并缺少第三方API接口，不利于电力设备的远程操作[3-4]。因此，本次研究提出了一种基于OneNet物联网平台的智能变电站数据管理系统，进一步提升扩展数据管理系统的应用场景并完善系统功能。

2数据管理系统的一体化架构设计

本次研究所设计的变电站数据管理系统能够对不同等级和不同类型的信息加以区分，并对不同层次内的信息实施统一管理，依照IEC61850标准实施系统功能设计，该系统的一体化架构设计方案如图1所示。在变电站信息一体化平台中，调度端以PC、小型移动设备为主体，通过OneNet物联网平台对来自站控层的各项数据进行分析并实施相应的操作；站控层负责采集来自测控装置、稳控装置、计量装置的数据，在存储数据的同时也负责为调度端推送数据；过程层的硬件主体主要为各种传感器元件，负责采集变电设备的运行状态数据，并通过MSV网络将所采集到的数据上传至间隔层。

3数据管理系统的逻辑架构设计

本次研究基于OneNet物联网平台所设计的变电站数据管理系统结构如图2所示。变电站数据管理体系由存储层、计算层、控制层和应用层四个部分所构成。(1)存储层采用HBase和HDFS两个数据库相结合的方式来存储并管理变电站数据，通过sqoop工具批量导入历史数据并在存储器中永久保存。(2)计算层通过分布式计算框架对系统算法实施管控，在计算机算法的支持下对存储层内部的设备运行的状况数据进行分析，最后以map和reduce任务取代全部算法目标并达到全部目标同时实现的效果。(3)控制层采用HiveQL和MySQL两种技术建立数据库，其中Hi-veQL负责在数据库中对数据进行询查，MySQL数据库负责元数据实施管控。(4)应用层针对PC和移动端等用户端进行软件设计，实现物联网平台数据在终端设备上可视化操作，方便管理者查询变电设备的运行状态。

4存储架构设计

本次研究所设计的数据管理系统采用三层存储架构，具体包括ElasticSearch分布式存储、MySQL结构化存储和Redis缓存。其中ElasticSearch支持集群与文档形式存储数据，全球后期服务扩容和变电站监测数据变更[5]；MySQL负责结构化存储变电站设备信息[6]；Redis用于存储用户的会话、登录信息，维持多应用的不间断性、统一性，提升用户与系统之间的信息交互效率[7-8]。

5系统主要技术

5.1MySQL+MyBatis+Springboot

本次研究通过MySQL+MyBatis+Springboot搭建Web网站。其中Springboot负责对Spring开发框架下的部署、调试、配置加以简化，并在项目内集成大量实用且易用的基础框架，省去配置XML和导入JAR包的时间[9]；MyBatis持久层架构可以完全分离SQL代码和Java代码，同时支持复杂对象的映射，借由MyBatis拼接SQL语句来操作MySQL能够实现动态SQL，进而去掉大量繁琐的操作[10-11]。

5.2OneNet物联网平台

OneNet物联网平台可提供数据列表导出、数据可视化、设备接入等主要功能，能够解决事件告警、规则引擎、设备管理、数据存储、海量连接、协议适配等物联网开发问题，可显著降低开发成本，缩短开发周期[12]。该平台所提供的第三方API接口可实现修改化的应用系统构建，所有连接互联网的终端设备都能够对数据组包，通过MQTT、EDP、HTPP等任意形式接入平台[13]。除此之外，OneNet还可以提供基于MQTT协议的API调试界面，界面操作简单友好。MQTT作为一种服务于物联网的通信协议，能够实现基于TCP/IP的网络连接，实现平台与设备之间的长时间连接，在不依赖推送服务和下发命令服务的情况下实现设备状态消息的传播，同时以应用服务器的方式对变电设备实现控制与管理。

5.3ElasticSearch

ElasticSearch是一款基于ApacheLucene的分布式、实时、开源的搜索分析引擎，可以为海量数据提供快速分析、搜索和分布式存储服务。其具体功能包括：(1)提供数据分析引擎和分布式搜索引擎，能够准确且快速地找到目标信息；(2)提供数据分析；结构化检索和全文检索服务；(3)实时处理海量数据，在进行数据分析和搜索时，所消耗的时间为毫秒级别。ElasticSearch的应用优势在于能够提供数据库无法实现的一些重要功能，比如海量数据的实时处理、复杂数据分析、相关度排名、同义词处理以及全文检索等，基于间隔层所采集的数据实施复杂数据分析，帮助管理人员进行数据对比并查看数据变化趋势。针对错误数据对相关设备源进行检索并提供警报服务[14]。

6结束语

本次研究详细介绍了基于物联网技术的智能变电站数据管理系统设计方案，通过物联网平台获取变电站设备运行状态信息并进行数据分析，帮助管理者实时了解设备运行状态并通过互联网实现可视化的远程操作。在未来的研究工作中，还需要进一步加强该系统在故障设备诊断与分析方面的应用。

作者：马捍超 陈文涛 吴苏州 于海 刘振国 单位：国网新疆电力有限公司电力科学研究院