能源互联网风险预警系统设计

林 璐

(国网河北省电力有限公司沧州供电分公司,河北 沧州 061000)

0 引言

能源互联网是互联网技术融合应用于能源工业的产物,可在传统能源工业中结合运用多种先进技术,以化解能源开采粗放化、能源利用过度化所造成的危机。能源互联网由存储、传送、热力供应等多个系统构建而成,运行时具有信息生成量巨大、结构相对复杂的特征,存在较高的风险隐患。而从技术性、社会性、经济性各个层面分析,打造能源互联网风险预警系统用于维持能源互联网的稳定运行具有较高的可行性。

1 能源互联网风险预警系统的功能需求

能源互联网预警系统要满足5个方面的功能需求:一是数据采集管理需求,其中包含数据采集、数据存储、数据展示、数据预处理以及数据操作[1]。二是风险视角的预警需求,由宏观、微观2方面的风险预警需求构成,应具备包括模型设计、模型演算、结果呈现、风险预警、风险预警指标管理等多个功能。三是用户权限设置与管理需求,不同层级的系统管理员拥有不同级别账户及角色设置权限。四是历史数据管理需求,主要是移动、存储与查询历史数据及以往模型结果。五是系统设置需求,用于修改个人信息、申请角色权限、调整系统界面布局。

2 能源互联网的风险预警流程

2.1 基于宏观视角的风险预警流程

通过分析能源互联网中央系统及局域系统各自的风险演化情况发现,能源互联网的部分子系统具备较高的风险隐患。在模型构建后、根据计算分析结果,设计人员可构建基于宏观视角的能源互联网宏观风险预警流程,如图1所示。首先,设计人员应分析能源互联网的基本架构并采集能量、信息2个系统数据,再对数据进行预处理。而后应简化能源互联网系统结构,构建对应模型,分析风险传播方向、路径,再设定具体权重值及综合风险传递权重、明确风险一致度系数,并展开风险计算。其次,设计人员需要确定风险保留比例、推演风险传递过程、计算风险数据。最后,要明确风险阈值,根据阈值发出告警与提示,并实时修正相关参数。

图1 基于宏观视角的风险预警流程

2.2 基于微观视角的风险预警流程

结合风险预警模型的构建理论,总结出能源互联网面临电力侧、信息侧以及其他风险,由此可构建出常规微观风险预警流程,如图2所示。(1)此流程构建时,设计人员需先收集能量、信息2个系统的相关数据,并了解电力市场变化、气象等外部信息,然后对所收集数据进行预处理。(2)构建能源互联网风险指标体系,归一化处理各个指标数据样本。(3)系统设计人员还要根据互信息理论,分析样本数据的关联风险,提取关键性风险因素,更新与完善关键风险指标库。(4)分析各关键因素的内在关联,打造关键风险传输链条,设定各个链路的风险指标权重并预测各链路风险发展趋向。(5)设计人员应设置对应情境,确保能源互联网风险预警系统能够以风险链为支持完成风险预警提示任务[2]。

图2 基于微观视角的风险预警流程

3 能源互联网风险预警系统的设计分析

3.1 框架设计

本文设计的能源互联网风险预警系统总体框架,如图3所示,采用的是B/S框架架构,以.Net Frame work平台作为系统开发软件,并利用Oracle数据库,以系统开发的层次要求、系统功能需求作为设计依据。此架构共分为6个层次:一是感知层,由电力数据采集设备、数据量测设备、传感装置构成,主要作用是为风险预警提供基础数据。二是数据存储层,此层涵盖本地及异地数据库、云端数据库等多个数据库服务器,主要作用是存储原始数据以及风险分析数据。三是数据访问层,其作用是将连接指令或关闭指令传送给数据库,为预警分析业务开展提供数据支持。四是业务逻辑层,此结构层涵盖风险预警模型相关算法,且此层中会有原始数据流转,是风险预警结果的生成层。五是表示层,此层的作用是面向用户展示风险预警信息,具备与用户交互的功能,可将经过其他层处理后得到的预警结果展示在系统终端的显示器中。六是Model层,此层是唯一一个贯穿其他层的引用层,贯穿层次从上到下依次为表示层、业务逻辑层、数据访问层,其作用是封装分散数据变量,并简化上述3层间的数据传送流程。

图3 能源互联网风险预警系统的总体框架

3.2 功能设计

风险预警系统的功能模块应根据能源互联网的功能需求而确定,需要把握降低模块间功能相关性、提高模块内功能相关性的模块设计原则。结合能源互联网的风险预警功能需求,设计人员可将系统功能划分为数据管理模块、宏观预警模块、微观预警模块、历史管理模块以及系统设置模块。数据管理模块下设数据采集、存储、预处理、编辑、备份及恢复5个二级功能目录;宏观预警模块则包含方案建立、初值生成、专家值导入、方案演算、风险预警5个二级功能;微观预警与宏观预警的差别是将专家值导入换成了指标管理,其他二级功能不变;历史数据管理功能下设置历史数据采集、历史宏观方案以及历史微观方案3个二级功能;而系统设置模块的二级功能为账户管理、角色管理、权限管理、人员管理以及界面设定5部分。

3.3 人机交互设计

考虑到人机交互设计要兼顾管理利用系统人员的指令接收情况以及系统后台的信息反馈情况,设计人员需要将人机交互设计为以下2个层次:输入设计与输出设计[3]。输入设计时要设计人员应将输入类型的全面性纳入考量,涵盖以系统信息录入为主的点击式输入方式,为数据预处理、角色及系统界面设定等操作提供支持;还要设置用于字符等信息录入的文本式输入方式,以便快捷完成参数设定、方案基础信息录入等操作,在输入后点击确认按钮便可完成指令输入过程;并应设计好文件式输入方式,主要用于专家意见以及原始数据导入环节。输出设计时,设计人员应设置声音输出、文件导出、图文信息显示3种不同的输出类型。其中,图文信息显示属于最基础的输出方式,能够直接将风险分析后得到的预警结果展示在显示屏上;而声音输出是指在发现高风险对象时发出告警音乐;文件输出则是导出包含预警模型分析图表及信息的文件。

3.4 数据库设计

数据库设计应秉持降低数据存储空间、提高系统响应速度的设计原则,主要措施是降低冗余数据,缩短数据读写所需时间。而数据库设计的重点在于规范数据表及字段名称命名规则,并帮助其功能更加完善。数据管理模块中,需要设计2类数据表,分别是数据类型表、数据信息表,如表1所示范例,前者要能够体现出原始数据的基本类型,后者则要具备数值记录、附带信息登记功能。数据表设计时,设计人员要注意相同类型数据的单位统一。而预警模块需要对各个子功能分别进行相应的数据表设计。其中,宏观预警及微观预警时可通用的数据表为预警方案表,表格的表头设计完全相同,但二者的字段存储值存在差异,分别用1与0表示[4]。专家意见表的各个记录应与首尾结构节点的有向路径一一对应,而微观预警情况下需要单独设计一个风险指标表,此表的作用是记录电力侧风险、信息侧风险以及其他风险的指标信息。除此之外,设计人员还需要在历史管理及系统设置模块下设计对应数据表,如历史数据表、历史方案表以及用户信息表、角色信息表等,范例如表2所示。

表1 能源互联网风险预警系统的数据信息范例

表2 能源互联网风险预警系统的角色信息范例

3.5 系统安全设计

能源互联网风险预警系统设计时,设计人员需要高度重视系统安全设计环节,应采取有效措施防御数据信息泄露的风险及系统漏洞被攻击风险。由于此系统运行过程中,系统利用者在登录账户、录入数据信息时,需要调用文本框组件,此时需要重点预防结构化查询语言(SQL)注入风险,应直接将SQL语句输入文本框,以便快捷完成数据库数据的读写[5]。为保障用户登录及数据传送过程的安全性,系统设计人员还需要引入MD5加密技术,以提升能源互联网风险预警系统的数据保护成效。

4 结语

为实现电力与信息深度融合的目标,文章提出了一种用于风险预警的系统,此系统的设计要围绕风险预警的功能需求而展开。文章以B/S架构为框架,.Net Framework平台为开发软件,Qracle为数据库,设计了涵盖6个层次的能源互联网风险预警系统,并依次完成了系统功能、人机交互、数据库及系统安全设计,旨在打造运行稳定、响应迅捷的风险预警系统,从而保障电力企业能源互联网的安全运行。