賈東梨，孟曉麗

(中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市，100192)

0 引言

電力用戶用電信息采集系統(tǒng)是對(duì)電力用戶的用電信息進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的自動(dòng)采集、計(jì)量異常和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、用電分析和管理，具備電網(wǎng)信息發(fā)布、分布式能源的監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能［1-4］。通過電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)地區(qū)用電信息采集的自動(dòng)化和互動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)為農(nóng)網(wǎng)電力客戶提供多種繳費(fèi)方式，實(shí)現(xiàn)用電信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警，解決電力用戶用電安全難題，提高電力公司服務(wù)水平和質(zhì)量［5-6］。用電信息采集系統(tǒng)將為智能電網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)采集的信息需經(jīng)中間數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入營(yíng)銷與配電自動(dòng)化等高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，才能為計(jì)算電費(fèi)和營(yíng)銷主題分析提供支撐。近年來，各地供電局基本都建立了不同通信方式的集抄系統(tǒng)，新建用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)兼容原有集抄及營(yíng)銷與配電自動(dòng)化系統(tǒng)［7］?，F(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)大多采用數(shù)據(jù)抽取方式(如Oracle數(shù)據(jù)庫(kù))，但是我國(guó)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)規(guī)模大、采集密集，在高級(jí)應(yīng)用開發(fā)過程中，若仍采用數(shù)據(jù)抽取方式，必然會(huì)影響用電信息采集系統(tǒng)的工作效率。本文基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建立了用電信息采集系統(tǒng)。

1 需求分析

作為智能電網(wǎng)重要組成部分的用電信息采集系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)電能信息“全采集、全覆蓋、全預(yù)付費(fèi)”的基礎(chǔ)，是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要組成部分［8］。用電信息采集系統(tǒng)的需求如下:

(1)用電信息采集系統(tǒng)需對(duì)用戶用電信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和發(fā)布，并按信息化管理的要求，向電網(wǎng)管理層各應(yīng)用子系統(tǒng)提供準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的用電數(shù)據(jù)。

(2)在用電信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，要求能夠方便地實(shí)施智能配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用，無需與諸多數(shù)據(jù)庫(kù)建立接口，從數(shù)據(jù)層面消除信息“孤島”。

具體來說，用電信息采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在如下方面:

(1)追溯過程，追憶事故。

(2)所有的模擬量與開關(guān)量都來源于與儀控相關(guān)的設(shè)備，電網(wǎng)運(yùn)行管理人員可以根據(jù)指令與完成指令的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)跟蹤來提前發(fā)現(xiàn)故障，從而提高儀控系統(tǒng)可靠性。

(3)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的要求不僅僅是簡(jiǎn)單的數(shù)字化映像，更需要數(shù)據(jù)分析的工具和解決方案。

(4)管控一體化要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析并提供有價(jià)值的分析結(jié)果［9］。

可以看出，電網(wǎng)的這些應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、歷史數(shù)據(jù)的分辨率都要求很高，管理這部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)該選擇一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)、歷史數(shù)據(jù)組織合理(基于時(shí)間流，便于大規(guī)模歷史數(shù)據(jù)的查詢)以及有豐富的過程數(shù)據(jù)監(jiān)視、分析手段的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及其優(yōu)勢(shì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(real-time database，RTD)是一套用來自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和顯示工廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的、基于C/S架構(gòu)的計(jì)算機(jī)軟件，主要應(yīng)用于電力、化工、鋼鐵等行業(yè)。采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接入、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)圖形化顯示、報(bào)警處理、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢等功能［10-12］。

由于智能電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)自愈、互動(dòng)、安全、電能質(zhì)量等方面要求更高，因此對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集也產(chǎn)生了較高的要求，以往所用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)將不能再滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要。預(yù)計(jì)未來幾年實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)較大的增長(zhǎng)［13］?？偟膩砜?，電網(wǎng)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用前景較為樂觀。

以10 000個(gè)信息點(diǎn)、1個(gè)信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)值1天的平均變化次數(shù)為500、在線存儲(chǔ)1年所需的存儲(chǔ)空間為例，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)需要 32.29 G 存儲(chǔ)容量［14-16］，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)需要0.425 G存儲(chǔ)容量［17］，可見實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不可比擬的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，在不擴(kuò)充硬件的前提下就可以在線存儲(chǔ)多年歷史數(shù)據(jù)。其次，由于后續(xù)有許多的數(shù)據(jù)查詢、計(jì)算等操作，對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)，在進(jìn)行復(fù)雜的查詢、統(tǒng)計(jì)時(shí)往往速度很慢，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的回取速度可以達(dá)到200 000事件/s［17］。

3 用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 用電信息采集系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)由主站、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)終端及電力用戶組成。

主站:根據(jù)系統(tǒng)管理的規(guī)模可以由1臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)連接的多臺(tái)計(jì)算機(jī)及外設(shè)組成，負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)，通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)出數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、管理的各種指令。

通訊網(wǎng)絡(luò):系統(tǒng)可以支持多種通訊網(wǎng)絡(luò)，如230 MHz/GPRS/CDMA/光纖/短消息/以太網(wǎng)/公用電話網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)據(jù)通信種類。

現(xiàn)場(chǎng)終端:負(fù)責(zé)各信息采集點(diǎn)的電能信息的采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)雙向傳輸以及執(zhí)行控制命令和轉(zhuǎn)發(fā)主站下發(fā)的各種電網(wǎng)信息的設(shè)備。智能采集終端按應(yīng)用場(chǎng)所分為專變智能采集終端、智能集中抄表終端(包括低壓集中器、低壓采集器)、智能分布式能源監(jiān)控終端等類型［2-4］。

電力用戶:按照電網(wǎng)電力用戶性質(zhì)和營(yíng)銷業(yè)務(wù)需要，將電力用戶劃分為6種類型［2］，如表1所示。

表1 電力用戶分類Tab.1 Classification of power user

3.2 技術(shù)架構(gòu)

為了構(gòu)建高可用性、安全性、可靠性、可伸縮性和擴(kuò)展性的用電信息采集系統(tǒng)，采用成熟、標(biāo)準(zhǔn)的J2EE企業(yè)平臺(tái)架構(gòu)搭建，基于多層的分布式應(yīng)用模型、組建再用、一致化的安全模型及靈活的事務(wù)控制，使系統(tǒng)具有更好的移植性［18-19］，以適應(yīng)用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜、業(yè)務(wù)規(guī)則多變、信息發(fā)布以及系統(tǒng)將來擴(kuò)展的需要。原則上，系統(tǒng)的技術(shù)路線遵循基于J2EE的分布式多層架構(gòu)體系，但考慮到用電信息采集系統(tǒng)的特點(diǎn)，在部分模塊中，也可以根據(jù)實(shí)際情況采用其他技術(shù)。系統(tǒng)的軟件層次如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件層次Fig.1 Hierarchy of system software

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)部署方案與建設(shè)模式

數(shù)據(jù)庫(kù)在開發(fā)完成并經(jīng)過試運(yùn)行后的最重要工作就是安裝部署，并作相應(yīng)的環(huán)境及參數(shù)配置，最終交付給用戶。用戶數(shù)量少的時(shí)候，可以手工完成這些工作，但當(dāng)用戶數(shù)龐大的時(shí)候，這些工作特別繁瑣，而且特別容易出錯(cuò)［19］。而用電信息采集系統(tǒng)跨越生產(chǎn)區(qū)和管理區(qū)，數(shù)據(jù)庫(kù)部署尤其重要。

在生產(chǎn)區(qū)網(wǎng)絡(luò)安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并配置相應(yīng)的功能服務(wù)器，包括計(jì)算站、應(yīng)用站、系統(tǒng)維護(hù)站等;在管理區(qū)網(wǎng)絡(luò)安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像服務(wù)器，并配置相應(yīng)的功能站、Web服務(wù)器，以供各終端用戶、算費(fèi)系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、營(yíng)銷與配電一體平臺(tái)、績(jī)效考核系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問、分析等。系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

基于時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的用電信息采集系統(tǒng)已應(yīng)用在浙江、天津、陜西，結(jié)合其實(shí)際情況，用戶信息采集系統(tǒng)建設(shè)模式可分為戶表集中式和戶表分散式2類。系統(tǒng)主站與配電臺(tái)區(qū)的通信方式可分為:光纖模式和無線公網(wǎng)(GPRS)模式，配電臺(tái)區(qū)與智能采集終端采用微功率無線網(wǎng)(WSN)通信模式。每種方案中的繳費(fèi)方式、互動(dòng)內(nèi)容根據(jù)實(shí)際情況有所不同。各種方案的綜合示意如圖3所示。用戶表集中式和戶表分散式電信息系統(tǒng)建設(shè)模式分別如圖4、5所示。

圖2 整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Overall topology

3.4 技術(shù)特色與創(chuàng)新點(diǎn)

圖5 戶表分散式用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)模式Fig.5 Construction model of electric energy data acquire system with distributed user table

(1)提升數(shù)據(jù)采集的可靠性。在總體方案中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的分布可以是動(dòng)態(tài)的、可伸縮的。在用電、配電系統(tǒng)擴(kuò)展或變更時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的分布可以是動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的。不需要重新規(guī)劃系統(tǒng)的架構(gòu)，新增的系統(tǒng)，可以隨時(shí)接入，同時(shí)這種接入又不受物理分布的約束，可以就地新增，也可以直接接入主站。

(2)提升數(shù)據(jù)應(yīng)用的敏捷性。由于電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)、長(zhǎng)時(shí)間在線存儲(chǔ)的特性，報(bào)表、高級(jí)應(yīng)用等面向用戶的數(shù)據(jù)調(diào)用要求能夠及時(shí)響應(yīng)。分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的引入，解決長(zhǎng)期以來用戶對(duì)于數(shù)據(jù)分析、展現(xiàn)等需求響應(yīng)速度慢，展現(xiàn)縱深淺的問題。

(3)即插即用的數(shù)據(jù)接口通用性。電網(wǎng)設(shè)備種類復(fù)雜，數(shù)量眾多，分布廣泛。本方案中采用的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將采用通用接口平臺(tái)的工具，實(shí)現(xiàn)基于驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)采集即插即用。

(4)創(chuàng)新性的數(shù)據(jù)流應(yīng)用展現(xiàn)。本次方案中引入的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以數(shù)據(jù)回放的方式將畫面、報(bào)表、狀態(tài)、報(bào)警等信息結(jié)合起來，以數(shù)據(jù)流為紐帶，帶動(dòng)各種高級(jí)應(yīng)用以動(dòng)態(tài)、直觀、無損的方式直接播放。便于管理，易于查找問題。

(5)獨(dú)特的數(shù)據(jù)保姆功能。分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以各種測(cè)量裝置的歷史數(shù)據(jù)為支撐，嵌入基于歷史數(shù)據(jù)規(guī)律的在線裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)工具，以既有的裝置數(shù)據(jù)為模型，實(shí)時(shí)監(jiān)控各種前端裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，靈活實(shí)現(xiàn)預(yù)警、調(diào)差，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保障現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的目標(biāo)。

4 結(jié)語

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用為營(yíng)銷及算費(fèi)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，是加強(qiáng)精益化管理、提高優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平的必要手段，是延伸電力市場(chǎng)、創(chuàng)新交易平臺(tái)的重要依托，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電力用戶的雙向互動(dòng)，引導(dǎo)用戶主動(dòng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)有效的“需求側(cè)響應(yīng)”的必然選擇。

［1］Q/GDW373—2009電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［2］李雅君.天津市電力公司用電信息采集管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［D］.天津市:天津大學(xué)，2010.

［3］宋思揚(yáng).電力營(yíng)銷中用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2011.

［4］袁靜.無線傳感網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010，37(8):5-7.

［5］李炳，宋海燕.無線傳感網(wǎng)技術(shù)與無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能電網(wǎng)用電采集系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.華東電力，2010，38(6):812-816.

［6］金榮江，陳企楚，沈昌國(guó)，等.基于雙數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合技術(shù)的用電信息采集終端［J］. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34(9):109-111.

［7］廖勤武.基于載波與無線結(jié)合的居民集中抄表系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)通信，2010，31(10):21-23.

［8］劉青.基于J2EE體系和Struts架構(gòu)的電力營(yíng)銷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路分析［J］. 貴州電力技術(shù)，2010，13(8):35-37，45.

［9］曹瑞峰，黃峰，程傳良，等.火電廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)置方法:中國(guó)，0095408.2［P］.2006-07-12.

［10］吳晶.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在電能量集成系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力信息化，2010，8(7):93-96.

［11］拓廣忠，慕群.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)原理及其壓縮技術(shù)分析［J］.華北電力技術(shù)，2004(6):17-20.

［12］方明霞.PI數(shù)據(jù)庫(kù)在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］.浙江電力，2010(4):51-54.

［13］孟曉麗，盛萬興.基于eDNA數(shù)據(jù)庫(kù)的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集平臺(tái)設(shè)計(jì)與建設(shè)［J］. 電力建設(shè)，2011，32(3):32-36.

［14］王金玉，劉小斌，李夢(mèng)達(dá)，等.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在變電站微機(jī)線路保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9(11):2903-2906.

［15］梁芝賢，魏明海，王劍.西安地區(qū)智能電網(wǎng)通信傳輸網(wǎng)架建設(shè)規(guī)劃［J］. 電力系統(tǒng)通信，2010，31(8):12-18.

［16］孫風(fēng)棟.Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007:183-197.

［17］肖迎元.分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2009:26-35.

［18］張文生，孫永忠.SOL Server2000數(shù)據(jù)庫(kù)部署的C實(shí)現(xiàn)方法［J］. 電腦編程技巧與維護(hù)，2010(2):59-61，86.

［19］孫強(qiáng)，朱海峰，徐晨，等.基于ADF7020和LPC2134的WSN電力抄表系統(tǒng)［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(3):110-113，135.