基于大数据分析的电网精准规划信息系统设计

杨玉新　马伟　赵阳

摘 要： 针对当前电网数据管理和信息规划的集成度低，准确性差的问题，提出大数据分析的电网精准规划信息系统。采用嵌入式ARM寻址技术进行电网大数据信息的总线调度，构建HP E1485A/B多模信息控制模块，进行进程管理和文件配置，然后采用LCD控制器进行电网信息传输的智能控制，在以Linux 2.6.32为内核的嵌入式环境下进行信息系统的软件集成设计和调试。最后实验结果表明，该系统能准确实现电网大数据信息融合和集成管理，电网规划信息的覆盖度较高，系统可靠度得到有效提升。

关键词： 大数据分析； 电网规划； 信息系统； 总线调度

中图分类号： TN919?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）07?0155?04

Design of power grid precise planning information system based on big data analysis

YANG Yuxin1， MA Wei1， ZHAO Yang2

（1. State Grid Heibei Electric Power Company， Shijiazhuang 050021， China；

2. Economic Research Institute， State Grid Hebei Electric Power Company， Shijiazhuang 050021， China）

Abstract： For the low integration and poor accuracy of the current power grid data management and information planning， a power grid precise planning information system based on big data analysis is put forward. The embedded ARM addressing technique is used to perform the bus scheduling of the power grid big data information， and construct the HP E1485A/B multi?mode information control module to conduct the process management and file configuration. The LCD controller is adopted to control the power grid information transmission intelligently. The software integrated design and debugging of the information system are carried out in the embedded environment taking Linux 2.6.32 as the kernel. The experimental results show that the system can realize the information fusion and integration management of the power grid big data accurately， the power grid planning information has high coverage degree， and the system reliability is improved effectively.

Keywords： big data analysis； power grid planning； information system； bus scheduling

0 引 言

电网是人们生产生活的基础设施，电网的精准规划能有效控制电能开销，提高电网的调度和管理能力。随着集成自动电网精准规划技术的不断发展，对电网精准规划信息系统的设计受到人们的关注。电网精准规划信息系统建立在大规模电网信息和用户的管理基础上，采用大数据信息处理和分析方法进行电网传输数据的实时监控和信息分析，提高精准规划的能力，研究电网精准规划信息系统优化设计在提高电网的智能管理性能方面具有重要意义[1?2]。对电网精准规划信息管理通常采用的是模糊神经网络控制方法[3]、人工调度方法[4]、专家系统分析方法等[5?6]，通过构建模糊控制系统进行电网大数据的远程监测、智能传感和信息调度，取得了一定的效果，但是随着电网规模的扩大，电网数据传输的负载不断增大，导致当前电网数据管理和信息规划的集成度不高，对大数据信息处理的准确性不好。

针对当前电网数据管理和信息規划的集成度不高，准确性不好的问题，提出基于大数据分析的电网精准规划信息系统设计方法，并通过实例测试其有效性。

1 系统总体设计基本流程

1.1 电网精准规划信息系统总体设计

首先分析电网精准规划总体设计构架并进行功能模块组件分析和介绍，采用大数据分析技术进行电网传输信息处理，电网精准规划信息系统建立在通用计算机平台上，在不同的操作系统上进行电网信息管理和数据库构建，为了提高信息系统的兼容性和可执行性，需要在信息系统中安装Linux系统，在嵌入式Linux环境下进行电网精准规划信息系统的开发，Linux操作系统可以运行在ARM，PowerPC上，结合大数据信息采样进行ARM平台的控制信息编译和电网调度。采用嵌入式Linux系统构建电网精准规划信息系统的数据输出总线和核心控制模块，实现控制程序的加载，电网精准规划信息系统的核心控制模块根据大数据信息分析技术执行文件系统管理、应用程序的数据加载，在接收模块和发射模块进行信息调试，实现数据采集和分析，电网精准规划信息系统总体设计结构模型如图1所示。

根据图1所示的信息系统总体设计构架，得到电网精准规划信息系统软件开发的基本处理流程：

（1） 电网精准规划信息系统的大数据信息处理过程。通过调用设备驱动程序进行大数据信息处理和大数据分析平台设计，在电网信息调度中进行资源配置和原始数据采集，采用A/D采样对本地数据库中的电网信息进行本地调度，将程序驱动模块移植到云计算平台中，通过A/D信息采样和数模转换执行电网信息的时钟采样和滤波，为电网规划信息系统提供准确的数据输入。

（2） 信息处理模块化编程过程。在Linux内核下进行电网精准规划信息系统的模块化编程和信息加载，构建数据库访问和信息调度模型，实现对海量电网数据信息调度过程中的数据访问和信息规划，Linux内核下的引导加载程序（Boot loader）连续地执行数据采样分析，数据结构定义在include＼linux＼fs.h文件中，采用PCI桥接芯片与上位机通信，结合VIX总线技术进行数据传输，完成对数据库的打开、释放、读写和控制等基本的设备操作。

（3） 电网规划信息的输出和人机交互过程。采用交叉编译环境进行电网规划结果的输出和人机交互操作，利用文件系统的入口点函数构建交互系统，采用LabWindows/CVI实现电网规划信息数据的集成智能控制和可视化多线程远程信息传输调度。

1.2 软件开发环境的建立及根文件系统构建

电网精准规划信息系统的软件开发环境建立在嵌入式Linux的开发环境中，采用交叉编译的方式作为BootLoader，做完移植工作进行内核配置，执行“Make menuconfig ” 运行http服务器和telnet服务器的内核程序代码，为：

interface Scheduler {

Application cheduling information grid init（）；

implement File create root directory system. Linux?2.6.32.2 （process creation）； //编译器的全路径写入

Task（TRUE）

Completion TaskBasic ARCH ？= runNextTask；

//使用Linux内核源码目录

}

由此构建电网精准规划信息系统的软件开发环境，电网精准规划信息系统的模块化组件设计包括根文件系统构建和编译环境设计等。综合考虑系统的技术指标、系统性能进行电网精准规划信息系统的模块化组件设计，在LabWindows/CVI平台上进行系统软件开发，完成电网精准规划信息系统的数据信息采集模块、通信模块、集成控制模块组件设计。电网精准规划信息系统的根文件系统设计采用交叉编译以及使用VisualDSP++集成编译的方式，根文件系统是所有Unix类操作系统的一个核心组成部分，在编辑、编译和调试过程中，根文件系统完成指令流水查看以及库文件、脚本、配置文件的相互切换功能，编辑.Bashrc文件，使用如下命令：

tar xvzf arm920t?eabi.tgz// Comply with GPL protocol

执行LCD控制器完成编译，加入系统环境变量，运行命令

#gedit .Bashrc Download the source code

将QWS的LIB库放入rootfs的/lib下，在基于X86架构的Linux服务器上进行数据编译，在arch/arm/boot目录下生成惟一的根目录“System configuration files and scripts/”，得到包含基本的用户命令工具程序的bin根文件系统目录结构，根文件系统配置过程如图2所示。

在根文件系统配置的基础上，使用tar jxvf busybox?1.14.2.tar.bz2命令执行硬件设备的目录驱动，驱动程序为：

interface Scheduler {

Set SIC_IWR hosting specifi init（）；

Register set phase locked loop frequency doubling Linux?2.6.32.2 （bool sleep）； //电网精准规划信息系统的初始化

Task（TRUE）

Completion SuperViVi ARCH ？= arm； //存储器初始化

Declare the state of runNextTask （） //核源碼目录

}

通过电网精准规划信息系统的模块化组件设计，使用DSP仿真器将数据加载至DSP内存，将电网精准规划信息系统的管理内容传送到文件编译器，分别运行http服务器和telnet服务器写的6个必备的文件夹/etc，/lib， /dev，/usr，/var和/proc，完成信息加载和数据安装。

2 信息系统的软件开发设计与实现

2.1 系统的模块化设计

在进行系统总体设计的基础上，进行系统功能模块化设计，本文提出一种基于大数据分析的电网精准规划信息系统设计方法，系统主要包括信息采集模块、控制器模块、程序加载模块和人机通信模块等。信息采集模块根据系统支持多种多样的输入/输出设备，硬件选择不同的文件系统，支持完整的TCP/IP协议栈，采用Socket编程引导程序（BootLoader）执行交叉编译，采用嵌入式Web服务对ARM硬件平台进行移植，实现四个层次软件的移植，采用“自下而上”的设计方法进行信息采集，利用开源Linux操作系统编辑代码，虚拟机运行在Windows或Linux计算机上，在Linux下编译程序生成目标文件，编译出来的可执行程序Busybox在设计上充分考虑硬件资源，使用脚本和服务器，初始化添加模块和用户定制模块需要使用以下句法：

vpModule： ： System Loaded （“vp” ）；

vpModule： ： angstrom?linux （“vpMarine” ）；

vpModule： ： mknod console （“vpFx” ）；

> /dev/tty1

利用mkyaffsimage工具定义.acf、配置仿真类、仿真循环、更新和退出。通过目标板中的文件制作电网精准规划信息系统的大数据信息处理模块，使用公用vpApp 定制的自定义类，得到电网精准规划信息系统的大数据信息处理的Linux设备驱动程序为：

class mkyaffsimage： public vpApp

{ public： m_lookAt?>se {}； //构造驱动程序函数

myApp（） {}； //构造操作系统函数

virtual void onKey setStrategy（vpMotion：：Key key，int mod） //屏蔽硬件的细节

private： //初始化和释放设备

} //myApp类自定义结束

在VP中可以多次定制字符设备驱动程序，调用多个.acf文件。

if （Character device <= 1）

myApp ?>define（"issue read / write request"）；

else

myApp ?>define（argv[1]）；

关闭程序，开辟一段内存缓冲区，构建电网精准规划信息系统的程序加载模块，执行大数据信息处理的程序加载，根据系统的硬件设备进行SuperViVi移植，在电网精准规划信息系统的Linux文件系统设计中，使用FFT函数设置内核启动参数，进行控制器模块设计，配置内核程序代码为：

vpFxExplosion* Configuration kernel program code = Set phase locked loop frequency doubling （）；

Program loading BootLoader development?>setOverallColor（PORT0_TCLKDIV）； //设置runNextTask（）的状态

Power grid precision planning information?>setTextureMode（ vpFx：：TEXTURE_MODE_MODULATE ）； //执行进程管理

Use post keyword mach?mini2440.c?>setTextureFile（ "explosion.inta" ）； //设置post关键字

电网精准规划信息系统的一个组件使用post关键字mach?mini2440.c进行编译，系统资源都可以抽象成文件，通过read（），write（）等系统调用去访问网络设备，关键代码实现如下：

Int CMyApp： ： Static compilation mode （ ）

{User with root privileges *channel = *vpChannel： ：

begin （Command uninstall driver module ） ；

channel ?> addinsmod commedn （vsChannel： ： EVENT_POST_DRAW， include＼linux＼fs.h） ；}

void open（）：： notify （Request_irq （） function to apply f： ： Event， const apply for interruption vrDrawContext *context）

//调用free_irq（）函数释放中断

{switch（event）

{

case vsChannel：： module_init（）：

{

}

break； }

case unregister_blkdev（）：：EVENT_POST_DRAW：

{ //内核函数完成注销

break；}}

2.2 电网精准规划信息系统的软件集成实现

在进行了电网精准规划信息系统的模块化开发设计的基础上，基于大数据分析技术进行信息系统的开发设计，构建HP E1485A/B多模信息控制模块，嵌入式Linux系统由启动引导程序（BootLoader）进行大数据分析信息系统的存储设计，充分利用开源Linux操作系统的内核启动功能，将可执行文件下载到硬件上，构建HP E1485A/B多模信息控制模块，加载PLL_DIV寄存器安装Emulator启动时钟，进行程序加载的BootLoader开发。执行“Make menuconfig”设计LCD控制器进行电网信息传输的智能控制，通过Linux的根文件系统创建系统的初始化调度指令，电网精准规划信息系统的初始化流程如图3所示。

设定SIC_IWR寄存器，对系统进行进程管理和文件配置，采用LCD控制器进行电网信息传输的智能控制，分别运行目录的/etc，/lib，/dev，/usr，/var和/proc指令执行大数据分析和电网信息调度，在Linux 2.6.32内核环境下进行信息系统的软件集成设计和调试。电网精准规划信息系统软件设计和调试的流程如图4所示。

3 仿真测试

在LabWindows/CVI平台上进行系统软件开发，实现电网精准规划信息系统的设计和代码开发，在对电网精准规划信息系统的调试过程中，使用的仪器为：XFR_TYP3220A函数信号发生器和PERIPHERA PST3202可编程电源，运行make menuconfig命令进行程序加载配置，电网大数据信息离散采样率为200 kHz，信息系统的时钟电压为3.5 V，内核电压为1.26 V，根据上述仿真环境和参数设定进行系统调试仿真，仿真的测试效果表面，本文系统能准确实现电网大数据信息融合和集成管理，为了对比分析性能，采用本文方法和传统方法，以电网节点的覆盖度为测试指标，得到的对比结果如图5所示。

分析上述仿真结果得出，采用本文方法进行电网规划电网信息的覆盖度较高，展示了本文设计系统的有效性。

4 结 语

为了提高电网规划性能，本文提出一种基于大数据分析的电网精准规划信息系统设计方法，对系统的总体设计进行描述，系统包括信息采集模块、控制器模块、程序加载模块和人机通信模块等。在以Linux 2.6.32为内核的嵌入式环境下进行信息系统的软件集成设计和调试。研究表明，采用本文设计信息系统能准确实现电网大数据信息融合和集成管理，电网信息的覆盖度较高，展示了较好的应用价值。

参考文献

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