技术︱基于CIM的调度自动化运行监测可视化平台
中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”。
请感兴趣的读者扫描下方的二维码（或关注微信公众号“电气技术”），浏览会议详情和进行快速注册报名。注册时请准确填写相关信息，会议服务人员将及时与您确认参会事宜。
国网嘉兴供电公司、浙江创维自动化工程有限公司的研究人员张磊、史奎山、陈国恩、王跃强，在2016年第4期《电气技术》杂志上撰文指出，为解决不断增长的自动化业务需求和落后的自动化运行监测之间的矛盾，结合自动化的专业特点和发展现状，有必要开发一套实用性强、扩展性好、可视化程度高、具有智能辅助功能的自动化运行监测系统，以减少人工监测的失误，确保自动化系统安全稳定运行。
在计算机技术和互联网技术的推动下，电力调度自动化技术取得了长足进步，自动化系统已成为电网调度运行、变电站集中监控和其他生产管理部门的核心技术支撑，其重要性日益突出。
目前，自动化系统形成了包括智能电网调度技术支持系统、电能量采集系统、配电自动化系统、信息系统、二次安全防护系统等在内的庞大的系统群，但系统运行却主要依靠人工单点管理，技能水平要求高，管理效率低下，无法满足电力生产管理集约化、精细化的要求，因此需要建立一套功能先进、实用性好的电力调度自动化运行监测可视化平台。
该问题也引起了学者的重视，取得了一些研究成果[1-4]。但随着自动化技术的发展和业务延伸，这些研究一方面对自动化系统间的横向联系研究不足，可视化程度不高，仅适用于系统异常的预判，对缺陷处理的帮助不大；另一方面对平台扩展性考虑不足，难以覆盖自动化最新业务；同时还忽略了各自动化系统本身对于业务的监视和告警，造成重复采集。
本文力求以调度自动化管理智能化、监控对象一体化、信息共享标准化、人机交互规范化为基础，简洁形象展示各自动化系统内部及系统之间的实时运行状态、设备健康状态和环境状态，实现自动化系统的可测、可观，确保电力调度自动化系统高效安全运行。
1 平台总体设计
1.1 平台建设原则
1）一体化原则。充分考虑不同安全区域的数据的完整性和相关性，实现数据一体化；软件体系结构按一体化思想构造，实现框架一体化；考虑各生产业务的互联性，实现应用一体化。
2）开放性原则。采用先进和成熟的硬件、软件、协议和平台，确保在系统生命周期内具有一定的先进性；采用开放式体系结构，模块化设计，且具有扩展的能力，能满足企业长期发展的需要；提供对系统运行的监测、控制和管理功能；具有良好的开放式系统接口。
3）实用性原则。设计友好的人机界面，动态展示系统间的业务互联情况，对异常情况及时报警；在缺陷处理、信息流回溯等关键环节具备完善的智能辅助功能。
4）模块化原则。实现处理逻辑之间灵活挂接和简易配置，建立处理单元之间松耦合的交互关系，实现数据交换和服务的透明处理。
1.2 平台基本模块
本平台主要包含了DMTF-CIM模型定义模块，监测对象建模模块，监测对象图模转换模块，监测对象数据采集模块，任务管理模块，告警管理模块。
DMTF-CIM模型定义模块采用面向对象的、分层次的管理信息模型CIM[5]（公共信息模型，能够定义不同被管对象的属性及其之间的关系），以实现模型包，模型类，类属性，类属性组，类属性表，表定义，表字段定义，类关系，类关系定义，展示树定义等功能。以此保证数据的稳定性及系统长期发展的可行性，实现系统建模及其与其他系统数据交互的标准化。
监测对象建模模块主要实现监测对象基本信息、关系信息、物理位置等模型信息的存储功能。
监测对象图模转换模块主要用于将监测对象与监测对象位置信息模型转换成2D（3D）图形。
监测对象数据采集模块主要负责采集、接收不同安全区域分区的设备信息、事件、告警和SYSLOG系统日志等，将其按照固定的DMTF-CIM格式存放数据中心并实时反馈。
任务管理模块主要用于监测对象的告警阀值、警戒门限的初始化与维护等。
告警管理模块主要实现监测对象达到预定阀值或者门限时发生告警的类别、告警方式及异常处理办法的提示，对已处理告警及时归档等。
2 平台主要结构
2.1 平台拓扑结构
平台硬件结构主要包括安全二区的采集服务器、数据库服务器、应用网关（正/反向隔离装置传输代理）和安全三区的Web应用服务器、库数据库服务器、采集服务器、动力设备监控管理站、应用网关（正/反向隔离装置传输代理）、运行监测终端服务器、环境监控装置。
图1 平台硬件结构拓扑图
安全二区的采集服务器负责采集安全一区、二区的设备信息、事件、告警和SYSLOG系统日志，并将采集的数据通过安全二区传输代理以文件方式传递到安全三区，由安全三区传输代理转发到安全三区采集服务器指定目录。
此外，安全三区的采集服务器还采集安全三区的设备信息、事件、告警和SYSLOG系统日志，同时和动力设备监控管理站通信，将动力设备监控管理站采集的所有机房动力环境设备数据存入统一信息库。安全三区的运行监测终端服务器负责平台的操作响应和展示。
2.2 平台数据结构
平台是在充分调研分析的基础上设计的智能告警及故障诊断系统。以系统自身的智能采集与自动化系统为主要信息源的可视化平台。软件系统基于Java平台开发，使用Oracle数据库，依托现有图形组件，利用Microsoft提供的JDBC（Java database connectivity）组件，实现对数据库的访问操作以及可视化显示。
平台的软件结构基于DMTF/CIM模型，具有良好的标准化程度、互操作性与可扩展性，主要包括数据采集层、数据存储层、业务分析层及视图展示层。
图2 平台软件结构拓扑图
3 主要功能实现
电力调度自动化运行监测可视化平台主要包含主站设备监测、关键应用监测、重要数据监测、厂站工况监测、动力环境监测、性能管理、告警管理、智能辅助决策、拓扑管理、系统管理九大功能，收集各自动化系统自带的告警信息，采集其它的告警信息，以图形视图和页面相结合的方式，全方位形象展示不同维度的自动化关键业务和核心信息流。
1）主站设备监测。以安全分区、业务系统为层级，分类维护主站设备基本信息；以机房屏柜视图维护设备的位置信息；通过SNMP[6]采集设备运行信息，并以多种形式展示，针对服务器设备主要有CPU、内存、磁盘空间等，针对网络设备主要有端口信息、网络负荷信息等。
2）关键应用监测。通过SNMP协议采集操作系统信息（服务器系统名称、系统已运行时间、内存总容量、当前用户数、交换区总容量、当前进程数、空闲物理内存、空闲虚拟内存、CPU使用率等）、进程信息（所有进程的名称、进程号、运行状态等）、文件系统（文件系统名称、文件系统类型、存储空间大小、已使用空间大小等）、网络通信（网络通讯信息MAC地址、IP地址、子网掩码等）。以业务系统分类展示关键应用运行概况，并且以图形平台为依托，建立关键应用拓扑图，展示关键应用的每一个节点（进程、文件等）组成。
3）重要信息监测。以EMS系统为依托，统一汇总EMS系统的重要告警信息，实时监测和展示厂站数据不刷新、厂站通道中断等厂站运行情况和重要数据跳变、不刷新等数据异常情况。
4）动力环境监测。通过SNMP协议或者接口的形式监测机房电源、水浸、空调、UPS、温湿度探头的运行情况，并以图形的形式展示机房动力环境布线、设备形状、设备位置等动力环境图形。
5）性能管理。可根据监控对象，灵活设置采集周期（最小间隔5s），并选择多项监测性能指标进行实时数据采集。采集的性能数据可以以曲线图形方式实时展现。
6）告警管理。根据对采集数据的监控和分析，对各自动化系统的运行状况进行统一告警处理，对系统运行异常情况进行统一展示和通告。
7）智能辅助。根据系统需求，自动化系统存在三种基本状态：正常态；异常态；故障态。对于自动化运维人员来说，需要从三种基本状态入手进行分析，以更好的对系统进行管控，对此，平台提供智能辅助功能，包括：正常态的事故预想及检修安排、异常态的告警推图及异常分析、故障态的智能故障分析及处理异常分析。
8）拓扑管理。网络拓扑图集中网络主要设备之间的连接情况，可自动发现并生成包括全网运行设备以及设备之间的物理连接关系的拓扑图，以实现自动化系统各关键设备节点的运行状态，信息流情况，网络连接状况等信息。
9）系统管理。系统管理主要包括位置设备管理、用户管理、权限管理、主要遥测点管理。
4 结论
该平台在嘉兴地调运行一年多来，友好的界面直观展示设备物理位置、业务组成、监测对象关系、设备运行概貌、设备定位等信息，降低了自动化专业的技术门槛，在很大程度上替代了值班巡视作业，降低了自动化运维人员的工作强度，提高了自动化专业的自动化水平。
平台侧重于各自动化系统横向之间的联系，强调信息流传递的重点环节，使得自动化系统内部以及自动化系统与其他系统之间，信息的追查和回溯更为方便和快捷。
系统实现自动化系统异常状态的主动识别与预防，为自动化运维人员提供了行之有效的故障定位和排查手段，建立了异常发生事前有效预警、事中应急处理、事后整理归档的工作模式，同时智能辅助功能可以通过当前告警检索到历史同类告警的解决方案，辅助故障排查，增加了故障排查效率，更加有效的保障电力安全稳定运行。
《电气技术》杂志社微信群
微信号：dianqijishu
关注电气工程技术、聚焦学科前沿发展
微信号：dggrid
关注新能源行业技术发展动态
微信号：ctgdjs
关注轨道交通供电系统技术发展