電力系統(tǒng)運維可視化平臺的研究與設計

1、電力系統(tǒng)運維可視化平臺的研究與設計 摘要：電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠已經(jīng)與信息系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起，鑒于信息系統(tǒng)的復雜性和動態(tài)特性，信息系統(tǒng)的運維工作是一項相當嚴峻的挑戰(zhàn)。文章分析了電力系統(tǒng)運維可視化平臺設計與實施的關鍵技術，深入研究該平臺與信息系統(tǒng)基礎軟硬件之間的集成技術，實現(xiàn)了信息運維的可視化、實時管理，提高了電網(wǎng)信息運維人員對信息設備的管理水平，具有廣闊的應用前景。關鍵詞：電力系統(tǒng)、信息運維、可視化技術、設計分析、應用效果0、引言現(xiàn)代管理學將管理方法分為定性管理與定量管理，在管理實踐中，管理者運用數(shù)理知識方法，對管理現(xiàn)象和發(fā)展趨勢，以及與之相聯(lián)系的各種因素，進行計算、測量、推導等，屬于定量

2、管理。管理者對管理現(xiàn)象的基本情況進行判斷，粗略統(tǒng)計和估計屬于定性管理。定性是粗略的定量，定量是精確的定性。在現(xiàn)代管理中，定量管理已成為很重要的方法和手段，標志著管理水平的提高。為了應對電網(wǎng)發(fā)展的挑戰(zhàn)與新技術帶來的革新，國家電網(wǎng)公司進行了大規(guī)模的信息化建設，推廣與使用了大批關鍵業(yè)務系統(tǒng)，尤其在電網(wǎng)生產(chǎn)控制領域，比如：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)/能量管理系統(tǒng)（EMS）主站系統(tǒng)/調(diào)度員模擬培訓仿真（DTS）系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)主站系統(tǒng)、調(diào)度生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（0MS）、配電管理系統(tǒng)（DMS）主站系統(tǒng)、 集控站系統(tǒng)、脫硫監(jiān)測主站系統(tǒng)等。同時，現(xiàn)在新上的220kV、500kV的變電站的站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)已

3、經(jīng)基本上采用安全性和可靠性更高的UNIX操作系統(tǒng)與MYSQL、ORACLE、SQL-SERVER等成熟的大型數(shù)據(jù)庫。UNIX與WINDOWS服務器、網(wǎng)絡設備、數(shù)據(jù)庫等作為支撐業(yè)務7X24運轉(zhuǎn)的基礎平臺。隨著信息技術在電力系統(tǒng)各專業(yè)使用的不斷擴大和深入，電力系統(tǒng)對計算機網(wǎng)絡和信息基礎平臺的依賴性越來越高，而這些系統(tǒng)和平臺所采用的技術也日益復雜、設備也日趨多樣化，這就要求這些信息系統(tǒng)在可用性、穩(wěn)定性、易用性、易維護性具有更優(yōu)良的指標值。1、可視化已成為主流1. 1、可視化技術可視化技術是指利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的技術。隨著計算機技術的

4、飛速發(fā)展，可視化技術的應用范圍已大大擴展，它被人們用來研究人機界面、數(shù)據(jù)表示、算法處理、顯示方式等一系列問題，可視化技術已逐漸成為人們分析自然現(xiàn)象、社會經(jīng)濟發(fā)展形勢、認識客觀事物本質(zhì)和變化規(guī)律的得力助手。以數(shù)據(jù)文本顯示等簡單的方式對信息系統(tǒng)和基礎平臺進行監(jiān)視和分析已不能滿足電網(wǎng)信息化發(fā)展的需求，迫切需要一些新方法和新技術能夠全面、直觀地監(jiān)視系統(tǒng)運行情況，能夠突出顯示對系統(tǒng)運行有關鍵意義的數(shù)據(jù)，能夠通過分析計算找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，能夠進行有效地管理和處理系統(tǒng)中各種各樣的信息，電網(wǎng)信息系統(tǒng)和基礎平臺運維需要引進可視化技術。1. 2、可視化管理可視化管理是指利用具備可視化功能的信息系統(tǒng)，讓管理者有效

5、掌握企業(yè)信息，實現(xiàn)管理上的透明化與可視化，這樣管理效果可以滲透到企業(yè)人力資源、供應鏈、生產(chǎn)管理等各個環(huán)節(jié)。可視化管理能讓企業(yè)的流程更加直觀，使企業(yè)內(nèi)部的信息實現(xiàn)可視化，并能得到更有效的傳達，從而實現(xiàn)管理的透明化。對于信息系統(tǒng)運維人員，要想獲得網(wǎng)絡設備、主機、存儲、應用等信息系統(tǒng)資源的指標信息，都是需要很復雜鍵盤操作以及長期而熟練的技術積累。所以，如何突破技術瓶頸，用最簡單的方法獲得相關信息？如何短期內(nèi)迅速提高員工的工作效率？保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠運行，可視化管理可以發(fā)揮更大作用，針對越來越明朗的運維需求，可視化已經(jīng)成為人性化設計的主流。2、電力系統(tǒng)運維可視化平臺的研究2.1、國內(nèi)外及行業(yè)研究

6、概況經(jīng)過深入調(diào)研、分析研究，目前該方面國內(nèi)外的研究情況對比如下：比較項目國外軟件國內(nèi)軟件專業(yè)程度大而全過于簡單監(jiān)控方式僅支持SNMP僅支持SNMP報警與應急管理可選模塊或是無此模塊可選模塊或是無此模塊使用者企業(yè)眾多部門網(wǎng)管工程師培訓成本/周期高較高監(jiān)控深度僅監(jiān)控SNMP支持的性能基本應用服務和性能運維成本非常高較高行業(yè)緊密性松，行業(yè)緊密性少太緊密，通用性少表一、國內(nèi)外研究情況對比行業(yè)調(diào)查如下：金融行業(yè)：國內(nèi)金融信息化發(fā)展的主題是大集中，主要包括數(shù)據(jù)集中和應用集中兩方面。大集中使孤立的信息變成相互聯(lián)系的信息，使一些潛在的原始的數(shù)據(jù)變成現(xiàn)實的經(jīng)過加工的信息，使無價值的數(shù)據(jù)變成有價值的信息，從而實現(xiàn)

7、金融企業(yè)經(jīng)營資源的優(yōu)化配置，減少決策的盲目性，提高了應用系統(tǒng)的可靠性。2000年后，金融業(yè)開始IT服務管理的實施，銀行業(yè)信息化投資的重點也將由“硬”變“軟”，更強調(diào)各種成熟實踐和解決方案的采用，包括安全運營、管理維護、風險控制、事件與變更管理等方面。電信行業(yè)：與銀行業(yè)最初的分散式運行維護結構相同，當前每個電信企業(yè)的各地分公司都有自己獨立的一套業(yè)務系統(tǒng)和開發(fā)維護人員。2000年后，電信業(yè)開始運維大集中建設。電信業(yè)信息運維管理的發(fā)展需要經(jīng)歷，如下圖所示的三個階段：2.2、電力系統(tǒng)運維可視化平臺的分析為保障電網(wǎng)信息系統(tǒng)的高可用性，要求運行維護人員加強系統(tǒng)監(jiān)控和管理，提高運維效率。因此，建設系統(tǒng)運行監(jiān)

8、視、維護可視化平臺，就是要實現(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)“主動監(jiān)控、集中管理、統(tǒng)一運維”的目標，主動發(fā)現(xiàn)并定位電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中存在的故障和隱患，降低運行維護潛在的風險，為應用系統(tǒng)的良好運行提供可靠的保障，進而提高工作效率，減少上級考核，完成各項指標,系統(tǒng)建設應滿足以下要求：(1)對網(wǎng)絡、主機、數(shù)據(jù)庫和應用系統(tǒng)等各類信息系統(tǒng)對象的狀態(tài)和變化進行實時監(jiān)控。(2)通過對采集的信息進行合理的過濾、壓縮、分析和關聯(lián)，及時準確地生成故障報警、事件報告和性能提示，并提供靈活的視圖展現(xiàn)。(3)對采集到的事件和性能數(shù)據(jù)進行存儲、預警、分析，形成管理服務的報告和報表。(4)對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的各種資源進行管理。(5)對監(jiān)控平臺自身

9、各部分的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行管理。(6)通過角色、權限和功能的劃分，實現(xiàn)不同用戶的安全訪問管理。(7)集中監(jiān)控系統(tǒng)的使用不能降低調(diào)度系統(tǒng)自身的安全性。(8)為運維管理平臺等其他管理工具提供接口。系統(tǒng)需實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行情況的采集、處理、加工、匯總，集中反映各業(yè)務系統(tǒng)的運行等各方面的信息，并具備集中展現(xiàn)、管理定制等功能；在此基礎上，對電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計分析，預測關鍵數(shù)據(jù)的變化趨勢，識別出對系統(tǒng)有重大影響的事件，為日常維護管理和運營決策分析提供必要的依據(jù)。系統(tǒng)的建設應著重于及時發(fā)現(xiàn)各類告警和性能異常，提高運維人員對各類事件的響應速度。3、電力系統(tǒng)運維可視化平臺的設計3.1、電力系統(tǒng)運維可視化平臺設

10、計原則電力系統(tǒng)運維可視化平臺設計應符合電網(wǎng)調(diào)度IEC60970、技術規(guī)范和數(shù)據(jù)標準的要求，保證其先進性、實用性和可擴展性。主要遵循如下原則。(1)統(tǒng)一規(guī)劃原則：運維可視化系統(tǒng)建設中必須堅持統(tǒng)一的規(guī)劃、明確的發(fā)展方向和思路，在全局、宏觀上做到統(tǒng)籌安排，合理規(guī)劃。實施對整體架構和數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一管控。(2)分步實施原則：運維管理體系的建立和完善不可能一蹴而就，需要有長期的計劃步驟實施，必須循序漸進，遵循分階段和迭代實施的原則：n 橫向擴展：從個別的業(yè)務系統(tǒng)擴展到所有的業(yè)務系統(tǒng)，規(guī)模上逐步從小到大；n 縱向加深：功能上逐步完善、豐富和細化，模塊和子模塊數(shù)量從少到多，從有到優(yōu)；n 制定計劃，“有重點、分

11、階段”展開；(3)高性能原則：主要從兩個方面考慮，一方面是系統(tǒng)的運行對被監(jiān)控對象的影響降到最低，要占用被監(jiān)控對象盡量少的內(nèi)存、CPU和網(wǎng)絡帶寬資源；另一方面是系統(tǒng)要有較高的數(shù)據(jù)收集效率，較高的數(shù)據(jù)分析和報表、圖表生成性能。(4)可視化原則：在數(shù)據(jù)的組織上，應當以圖表、關聯(lián)、對比等展示數(shù)據(jù)規(guī)則，展現(xiàn)關鍵數(shù)據(jù)的趨勢發(fā)展。3.2、電力系統(tǒng)運維可視化平臺總體架構電力系統(tǒng)運維可視化平臺主要包括數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、展現(xiàn)管理、等過程，為使系統(tǒng)架構清晰，按照模塊化、松耦合、分層的設計思想，系統(tǒng)的總體架構如圖1所示。圖1、電力系統(tǒng)運維可視化平臺總體架構整個系統(tǒng)架構分為五個層次，依次是：監(jiān)控資源層、數(shù)據(jù)采集層、

12、數(shù)據(jù)處理層、界面展現(xiàn)層、用戶層，其中數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、界面展現(xiàn)層為整個系統(tǒng)的核心層次。下面對每個層次的功能及其所包含的模塊進行說明。3.2.1、監(jiān)控資源層主要是被監(jiān)控的對象，包括主機系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡、應用系統(tǒng)等；還包括其他信息，如硬件信息、系統(tǒng)日志查看等，其監(jiān)控的信息由數(shù)據(jù)采集層采集，并傳遞到數(shù)據(jù)處理層進行加工處理。3.2.2、數(shù)據(jù)采集層(agent)數(shù)據(jù)采集層由數(shù)據(jù)采集(agent)模塊組成，主要功能是數(shù)據(jù)采集(agent)模塊按照采集策略，調(diào)度被監(jiān)控對象上的數(shù)據(jù)采集(agent)模塊采集和監(jiān)控本地的資源信息、運行狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)庫相關信息，并由數(shù)據(jù)采集(agent)模塊中的事件檢

13、測引擎按相關事件規(guī)則對采集的數(shù)據(jù)進行初步分析，及時發(fā)現(xiàn)事件，發(fā)送給數(shù)據(jù)處理層。并且將采集的信息導成規(guī)范的文本信息存放在相應的目錄，滿足系統(tǒng)離線的需求，增加了運維的靈活性，保障系統(tǒng)的可靠性。由于各種系統(tǒng)的差異性，Agent采用C、Java開發(fā)（C性能較高，對資源占用較少；JAVA可移植性較強），其中的數(shù)據(jù)采集插件可根據(jù)被監(jiān)控系統(tǒng)的需要采用C、JAVA等。由于要考慮系統(tǒng)的伸縮性、采集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸容量等方面，數(shù)據(jù)采集(agent)在本系統(tǒng)中非常重要，具有對本地資源的管理能力、對數(shù)據(jù)采集(agent)的調(diào)度能力、事件檢測能力等，數(shù)據(jù)采集(agent)和數(shù)據(jù)處理(server)之間的通信采用SNMP、

14、SYSLOG、TCP/IP等協(xié)議；數(shù)據(jù)采集(agent)還要具有將采集的信息導出標準格式（E語言等）能力，真正實現(xiàn)對信息系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理，按照本系統(tǒng)設計，數(shù)據(jù)采集(agent)較為靈活，既可以獨立部署，也可部署在被監(jiān)控主機上或集中監(jiān)控系統(tǒng)的主機上，因此數(shù)據(jù)采集(agent)使用Java進行開發(fā)，可以達到靈活部署的要求。 3.2.3、數(shù)據(jù)處理層(server)數(shù)據(jù)處理層(server)主要對采集或接收到的各種原始數(shù)據(jù)進行存儲、原始事件進行標準化處理。原始數(shù)據(jù)存庫后進行歷史查詢與分析；根據(jù)原始事件信息進行事件合并、壓制、過濾和相關性分析等處理，產(chǎn)生告警信息。并實現(xiàn)對性能數(shù)據(jù)的聚合、統(tǒng)計等處理工

15、作，根據(jù)各種性能關鍵績效指標（KPI）指標的特征和告警門限，通過與事件管理之間的接口生成告警信息。同時，數(shù)據(jù)處理層還提供資源管理、事件管理、告警管理、維護管理、動作管理等功能服務。數(shù)據(jù)處理層(server) 另外一項重要功能就是負責接收到的數(shù)據(jù)采集(agent)的信息進行數(shù)據(jù)庫的存儲并給每個采集到的信息打上存儲時標，為歷史、趨勢分析做準備，并且以時間分辨率的形式知道每個信息的先后順序，分析異常、事故的前因后果。同時，為判斷網(wǎng)絡的延遲、服務器的時間等提供重要依據(jù)。3.2.4、界面展現(xiàn)層(Brower)界面展現(xiàn)層主要是將告警信息以及所采集的數(shù)據(jù)以拓撲視圖、圖表、告警、歷史查詢等方式展現(xiàn)給用戶，并為

16、用戶提供各種管理功能界面。良好的界面設計可以極大地提高系統(tǒng)的可用性和友好度。為滿足各類用戶的使用要求和習慣，系統(tǒng)要按主機、網(wǎng)絡、應用等不同的角度實現(xiàn)多方式、多層次的展現(xiàn)，展現(xiàn)方式主要有拓撲展現(xiàn)和圖表、報表展現(xiàn)三種。拓撲展現(xiàn)包括結構展現(xiàn)、關系展現(xiàn)，結構展現(xiàn)是按照信息系統(tǒng)的組成結構逐層次展現(xiàn)信息系的子系統(tǒng)及其可用性狀態(tài)；圖表展現(xiàn)是指系統(tǒng)能夠按不同層次的管理、運維、業(yè)務人員以表格與圖形方式展現(xiàn)各類細信息系統(tǒng)每天、每周以及每月的可用性信息、歷史信息，同時也能夠按照表格與圖形方式展現(xiàn)不同層次的管理人員所關心的各類信息系統(tǒng)的性能趨勢等報表。報表展現(xiàn)是指通過我們最常用的報表形式，導出WORDEXCELPDF

17、TXT格式，可以總體瀏覽信息系統(tǒng)的總體情況，滿足每天、每周以及每月運維巡視、檢查的需要。另外，在對運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、事件、告警等信息綜合統(tǒng)計分析的基礎上，形成管理服務的報表，為各應用系統(tǒng)的優(yōu)化、改造、升級、擴容提供合理化建議，為決策支持提供服務。3.3、電力系統(tǒng)運維可視化平臺的可視化整合電力系統(tǒng)運維可視化平臺的可視化整合主要體現(xiàn)在如下四個方面：1、系統(tǒng)運行狀態(tài)可視化(實時監(jiān)控)系統(tǒng)運行狀態(tài)可視化(實時監(jiān)控)主要包括網(wǎng)絡拓撲結構可視化、業(yè)務系統(tǒng)拓撲結構可視化、機房視圖可視化、應用視圖可視化、監(jiān)控對象的可視化等。2、各類資源臺賬可視化(梳理資源)各類資源臺賬可視化(梳理資源)主要包括綜合布線

18、管理可視化、配置管理可視化等3、工作可視化(流程管理)工作可視化(流程管理)主要包括工作任務可視化、工作處理流程可視化等。4、過程可視化(任務管理)過程可視化(任務管理)主要包括數(shù)據(jù)的處理、接受、存儲、日志提供可視化窗口提示、告警可視化提醒、報表的可視化展示等。通過電力系統(tǒng)運維可視化平臺的可視化整合可以幫助我們實現(xiàn)如下功能：1、可視化信息展示和分析信息可視化在信息系統(tǒng)服務當中一直扮演著重要的角色，主要體現(xiàn)在信息展示和信息分析方面。推動數(shù)據(jù)（尤其是大容量數(shù)據(jù)）可視化的發(fā)展進程，以提供更優(yōu)的洞察力，并將重點集中在如何提供突破性的業(yè)務見解。2、將多種信息相整合，提供完整的視圖可視化管理的重要性正在增

19、加，因為值班員、運維員、管理員已不再需要更多的靜態(tài)數(shù)據(jù)了?？梢暬芾砟軌蛘隙喾N應用的信息，并加以動態(tài)、實時的展現(xiàn)。使管理者獲得快速的洞察力，幫助他們制定決策、應對特殊情況和協(xié)助確保責任性。3、確保智能的業(yè)務決策 可視化管理以非常直觀的圖形化方式，為用戶提供所需的全部信息，而且，它們能使用戶在必要之時方便地進行的深入調(diào)查和研究，確保智能、及時的業(yè)務決策。最具效率的可視化管理可對源數(shù)據(jù)進行合理的分析，并將結果信息立刻以清晰明了的方式展現(xiàn)給用戶。 同時，可視化整合的重要能力就是提高工作效率。從而減少了管理者不必要的工作量。當儀表盤上那些離散的元素連接起來，形成更深層次的信息智能時，我們便打開了管理性能的突破之門。4、關鍵技術與特點1、采用先進的可視化技術利用先進的計算機數(shù)據(jù)與圖形處理技術及通訊技術，實現(xiàn)了對系統(tǒng)資源的有效采集、處理、分析、監(jiān)視、應用與發(fā)布，通過提取關鍵信息與可視化展示，并結合通用的、可擴展的WEB技術，包括JavaScript、XML(可擴展標記語言)、SVG(可縮放矢量圖形)、微軟VML(矢量可標記語言)等語言進行系統(tǒng)開發(fā)，提高運維效率的直觀性與效率。2、融入先進的可視化管理理念電力系統(tǒng)運維可視化平臺實現(xiàn)了