基于电力通信动静态资源的光缆数据监测系统设计

张云峰 魏星 诸骏豪 程路明 沈爱敏 吴云鹏

摘 要：为提升电站光缆检测自动化水平，以Spring框架和MyBatis框架作为系统开发框架，高级着色语言GLSL和C + +作为服务开发语言，从系统模块、通讯模块及数据3方面设计了基于电力通信动静态资源的光缆数据实时在线监测系统。系统采用B/S架构来实现，并对海量光缆历史数据进行分析及拓扑图绘制，实现光缆数据的实时检测、设备性能分析、系统管理等功能，指导和建议运维人员进行相关操作，进一步提升电站的智能化水平。

关键词：光缆检测;大数据分析;实时检测;设备性能

中图分类号：TP274       文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2022）02-0092-05

随着网络信息、智能传感及信息融合等技术的产生和发展，智能电网建设得到快速发展，大量智能变电站改造和新建工程的投建改变了原有变电站的形态。高压开关不断的增多、电压等级的提升和操作十分频繁等情况均会对光缆的正常运行带来一定程度的影响，故对光缆数据进行检测是十分有必要的[1-7]。设计经济和高效的光缆数据校核系统，对提升电站运维工作、减少停电检修时间和加快光缆线路建设具有深刻的现实意义与应用价值[8-12]。

国内外学者针对光缆检测系统进行了大量的研究，并取得阶段行成果，形成具备多种测试、自动检测、管理、报警、线路自动切换等功能各异的光缆实时在线检测系统，在一定程度上提升光缆检测的智能化水平确保通信线路的畅通[13-17]。

上述光缆在线检测随检测设备不断更换及检测项目的不断攀升造成检测费用和工时不断提升，且上述系统的智能化水平、准确率相对较低。鉴于此，开发设计基于电力通信动静态资源的光缆数据在线监测系统，进一步提升电力系统智能化水平，为电力系统智慧化转型奠定基础。

1 系统设计

1.1 系统模块设计

以光缆数据作为本次设计的目标，通过整理一线运维人员的正式需求，结合目前所掌握的技术能力来对整体的业务结构进行设计，具体业务结构如图1所示。

由图1可以看出，整体业务流程主要由用户管理模块和电站管理模块构成。

系统管理模块：基于用户不同权限来对用户组进行管理，不同用户所拥有的管理权限不同，于此同时系统对用户的登陆、添加及删除进行控制。

电站管理模块：该模块是光缆校核系统的核心，对照系统的业务类型进行子模块设计，例如首页、光缆拓扑图、资源管理、光配管理、设备性能分析等模块。

1.2 通讯协议设计

为了便于系统与监测设备之间进行指令与数据交换，需要定义一套完善的通讯协议。光缆数据校核系统和监测设备之间采用CORBA协议进行通讯，整体通讯是双向的。为了保障光缆校核系统的稳定性和数据传输的安全性，系统设计选用双向隔离网闸来进行数据传输。

1.3 数据库设计

在对光缆数据校核系统功能模块和通讯协议设计后，再对系统的数据库进行设计。本文设计系统主要包含工作人员信息、光缆实时运行数据、光缆线路信息、监控装置信息、网管信息等。

2 系统实现

2.1 系统架构

基于电力通信动静态资源的光缆数据校核系统选用B/S架构来进行设计。此架构的基础为Web技术，是一种较为新颖的系统平台模模式。此模式把客户端统一在一起，功能核心最终集中于服务器进行实现，一定程度上达到对整体系统的使用、维护及开发进行简化。光缆数据在线监测系统如图2所示。

由图2可知，设计的光缆数据校核系统分为数据采集层、数据处理层、功能应用层和展示层4层，各层严格遵守国网信息安全要求，全面保证数据、系统和网络的安全。各层均同步开发，并通过相关数据接口进行层与层之间的衔接，不仅能够保证系统整体的补充与扩建，还能保障系统开发的进行。

数据采集层：系统运行依赖的基础数据有两部分来源。一部分数据来源于设备网管系统，数据采集层通过采用CORBA等协议的接口，实现安全接口接入，对网络中资源配置数据、拓扑数据、性能数据的采集;另一部分数据来源于TMS数据库，数据采集层通过采集程序将TMS区域的站点、光缆、光路数据入库。

数据处理层：依据任务调度服务，定时定期采集设备网管数据，同步TMS数据，通过数据处理分析服务分析采集层获取的基础数据，进行加工处理后，存入数据库。

功能应用层：以一个或多个服务的方式，对获取数据进行加工、分析、处理，实现多网络融合的电力通信业务分析与主动运维系统各项应用功能，为客户端程序提供数据访问接口和消息推送服务。

展示层：通过图形界面、声光提示与用户交互，向用户提供多网络融合的电力通信业务分析与主动运维系统功能。

数据库：实现对采集资源配置数据、拓扑数据、性能数据，系统加工处理过的再生数据的持久化。

根据架构对系统进行部署，具体的部署如图3所示。

2.2 数据层实现

本文为了使数据层更加方便操作，在Spring框架当中引入MyBatis框架，由Spring框架来进行统一管理。MyBatis在Spring框架中需要配置的参数主要有：SqlSessionFactory类参数、数据库连接池参数等。配置文件如图4所示。

该层的对象和数据库之間是通过数据访问对象（DAO）模式来进行相关操作的。

2.3 业务逻辑层实现

本系统业务逻辑层采用Spring框架进行实现，具体业务逻辑包含事务管理和各个模块之间的关系管理等。使用Spring框架，提升表示层与数据层之间的整合度，并降低系统整体的耦合度。业务配置文件如图5所示。

为了便于Spring对逻辑层代码文件进行扫描，配置文件首先标明代码文件的位置，之后配置事物管理器Transaction Manager，并在该过程中对数据库连接池进行配置，最后编写业务层逻辑代码。

2.4 控制层实现

设计系统由Spring MVC框架来实现其系统的整体控制，Spring MVC的配置文件如下图6所示。

如图6所示，在Spring MVC配置文件当中设置相关控制的初始参数信息，之后根据设置的请求分发给后台的控制器进行处理，从而实现控制。

3 系统测试

3.1 测试环境

系统测试软、硬件环境分别如表1、表2所示。

3.2 功能测试

登录模块测试，系统登陆页面如图7所示。

对系统登陆界面进行测试，通过正确账号登陆、错误账号登陆及错误密码3个案例对其进行测试。测试结果表明，通过正确账号能够登陆系统，而错误账号和错误密码登陆均提示无法进入系统。

3.3 系统功能测试

3.3.1 首页测试

首页包括站点统计（站点类型、电压等级）、光缆统计（电压等级、类型、敷设方式）、光缆运行状态（正常、检修中、待检修）统计、光路统计（光路数据是否完整）、设备性能异常统计、设备数量（厂家、型号）统计等指标的综合展示，测试结果如图8所示。测试表明系统满足功能要求

3.3.2 資源管理测试

资源管理包括站点、光缆、光路、设备台账管理。站点、光缆、光路、设备台账管理均能够呈现所有站点列表，可以通过某些筛选条件进行筛选展示与导出，且光路管理还能并串接光路，验证光路配线是否完整，不完整的光路显示哪块站点配线出现问题，测试如图9所示。

由图9可以看出，各项功能均满足要求。

3.3.3 光配管理测试

光配管理主要包括光配信息维护、光配信息查看。其中，光配信息维护按站点配置该站点下配线连接关系，具体步骤：①创建该站点下配线模块;②创建配线模块盘信息，绑定端子与光缆关系，配置跳纤，维护用途。光配信息查看则是查看该站点下配线连接关系。光配管理测试如图10所示，测试结果表明：设计满足既定要求。

3.3.4 设备性能测试

设备性能分析主要呈现设备端口性能（收光功率、发光功率、光口温度、误码状态），查看历史趋势。光口性能测试如图11所示，由测试结果可知，设计功能满足实际要求。

4 结语

目前行业内的光纤在线监测系统存在滞后及智能化水平较低的问题，造成光纤故障频发。本文集合电站光缆系统的实际需求，从系统架构、通讯结构及数据库3方面入手设计出基于电力通信动静态资源的光缆在线监测系统，为智能化电站的建设提供有力的支撑。并详细介绍系统架构、数据层、业务逻辑层及控制层的具体实现方法。测试表明：系统功能满足设计要求，电站网络通讯的智能化水平提升。

随着大数据技术的不断发展，系统下一阶段引入智能化校核算法，实现数据自动校核功能，同时也会将一些智能化算法融合到系统当中。

【参考文献】

[1] 方跃生，陈皓，曾凡兴.光纤技术发展及其在电力通信中的应用[J].电力信息与通信技术，2016，12（8）：20-26.[2] 唐良瑞，吴润泽，孙毅，等.智能电网通信技术[M].北京：中国电力出版社，2016.

[3] 范雨辰.基于OTDR的光纤实时监测系统设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2015.

[4] 王汪兵，王先培，尤泽樟，等.电力通信网关键节点辨识方法研究[J].电力系统保护与控制，2018，46（1）：44-49.

[5] 刘譞，熊宇斌.保护运行监测评估系统的层次化通信模型及其性能评估[J].智慧电力，2018，46（7）：84-91.

[6] 赵永柱，张根周，任晓龙，等.基于 RFID的智能电网资产全寿命周期管理系统设计[J].智慧电力，2017，45（11）：57-61.

[7] 黄志高，李妍，李腾，等.智能变电站 SCD文件虚回路自动生成技术的设计和实现[J].电力系统保护与控制，2017，45（17）：106-111.

[8] HE J，LIU L，DING F，et al.A new coordinated backup protection scheme for distribution network containing distributed generation[J].Protection and Control of Modern Power Systems，2017，2（2）：102-110.

[9] 向德军，王彬，郭文鑫，等.基于人工神经网络的电力系统精细化安全运行规则[J].电力系统保护与控制，2017，45（18）：32-37.

[10] 赵军愉.智能变电站光纤链路自动校核装置的设计[D].北京：华北电力大学，2017.

[11] 张华伟.基于光缆弹光干涉技术的矿井无源定位系统研究[J].煤矿机械，2016，37（1）：92-94.

[12] 胡海峰，周改云，刘云霞.基于过往入侵特征分析潜在网络威胁检测仿真[J].计算机仿真，2016，33（2）：322-325.

[13] 胡光雄.基于 GIS 管道光缆资源方案的设计与实现[J].机电工程技术，2017，46（8）：123-126.

[14] 程建华，齐兵，赵琳.干涉式光纤陀螺仪温漂误差补偿系统的设计[J].系统工程与电子技术，2016，38（6）：1 383-1 389.

[15] 裴世鑫，崔芬萍，谢欣桐.基于光纤干涉的温度与压力传感实验系统设计与实现[J].大学物理，2018，37（5）：52-56.

[16] 王振兴，江毅，王素梅，等.基于光纤白光干涉测量技术的折射率测量仪[J].光学技术，2016，42（6）：487-490.

[17] 郝蛟，江伟，邓彬.基于KMP算法的电网远动数据校核方法研究[J].电气应用，2015，34（S2）：335-338.