陳玲

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011)

云南電網(wǎng)地區(qū)級(jí)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

陳玲

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011)

針對(duì)電力企業(yè)對(duì)提高電能量數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用水平的發(fā)展需求，對(duì)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行簡要分析，并結(jié)合云南電網(wǎng)電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)前的建設(shè)情況，分別從系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)、物理架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)等三個(gè)方面對(duì)其地區(qū)級(jí)四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行研究。

計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)；四合一；系統(tǒng)架構(gòu)

0 前言

近年來，電力企業(yè)在不斷擴(kuò)大大客戶負(fù)荷管理系統(tǒng)覆蓋范圍的基礎(chǔ)上，全面開展了地區(qū)廠站電能量遙測、低壓集中抄表和配變監(jiān)測計(jì)量等項(xiàng)目的建設(shè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四分線損分析及需求側(cè)輔助決策等的建設(shè)。這些計(jì)量自動(dòng)化項(xiàng)目的分散建設(shè)不可避免的帶了計(jì)量主站孤島問題的出現(xiàn)[1]。

為避免計(jì)量信息孤島問題，提高電能量數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用水平和使用效率，避免重復(fù)投資和資源浪費(fèi)，優(yōu)化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)方案，進(jìn)一步提高電力企業(yè)計(jì)量自動(dòng)化建設(shè)水平和深入開展計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新，一體化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)需求

建設(shè)一體化計(jì)量自動(dòng)化主站支持平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上建立線損"四分"管理、需求側(cè)管理等高級(jí)應(yīng)用，重點(diǎn)在于總體架構(gòu)規(guī)劃、系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，核心難點(diǎn)是數(shù)據(jù)交換技術(shù)[2-4]。在2015年以前，云南計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)需構(gòu)建省級(jí)和地市級(jí)兩級(jí)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，省級(jí)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)匯總各區(qū)域計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、并對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管；地市級(jí)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)是涵蓋了集抄、負(fù)控、電能量采集和配變監(jiān)測系統(tǒng)的四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)。

基于云南省目前集抄、負(fù)控、電能量采集和配變監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，對(duì)于已建設(shè)投運(yùn)系統(tǒng)，電能量信息系統(tǒng)采用接口方式從這些系統(tǒng)中獲取電能量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)整合到電能量信息系統(tǒng)中，達(dá)到 “四合一”目的；對(duì)于即將全面建設(shè)的縣級(jí)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，一個(gè)地市局建設(shè)一套四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，新建設(shè)的四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)與已投運(yùn)的集抄負(fù)控、電能量采集和配變監(jiān)測系統(tǒng)互相獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾；待已建設(shè)投運(yùn)的集抄、負(fù)控、電能量采集和配變監(jiān)測終端和主站系統(tǒng)逐步淘汰后，新建設(shè)的自動(dòng)化終端直接接入到四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中。因此，云南省四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)將經(jīng)歷兩個(gè)階段，形成全省四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的最終規(guī)劃。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)及應(yīng)用[5]

2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

從邏輯角度看系統(tǒng)總體劃分為主站層、通信通道層、采集設(shè)備層三個(gè)層次。系統(tǒng)通過接口方式與電能量信息系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

主站層劃分為采集層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)平臺(tái)功能、基本應(yīng)用功能和高級(jí)應(yīng)用功能，數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)服務(wù)，采集層負(fù)責(zé)采集終端的電能量信息的采集，并負(fù)責(zé)協(xié)議解析。

通信信道層提供了主站和采集設(shè)備間的各種可用的通信信道，是主站和終端信息交互的鏈路，主要采用的通信信道有：光纖專網(wǎng)、GPRS/ CDMA無線公網(wǎng)、230M無線專網(wǎng)、MODEM等。

采集設(shè)備層是系統(tǒng)的底層，負(fù)責(zé)采集和提供整個(gè)系統(tǒng)中電能量數(shù)據(jù)。這一層又分為終端子層和計(jì)量設(shè)備子層。終端子層負(fù)責(zé)收集用戶計(jì)量設(shè)備的信息，處理和凍結(jié)有關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與主站的交互；計(jì)量設(shè)備子層實(shí)現(xiàn)用電計(jì)量等功能。

需要保留的縣級(jí)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)主站，按照統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，接入地市供電局主站。

圖1 地區(qū)級(jí)四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

主站系統(tǒng)的建設(shè)，除了需要實(shí)現(xiàn)在邏輯架構(gòu)中提及的各個(gè)職能模塊的建設(shè)，滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用上的需求，還要確保系統(tǒng)的可行性、適用性、擴(kuò)展性、安全性等關(guān)鍵問題。

主站系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖2所示：

圖2 主站系統(tǒng)物理架構(gòu)

前置采集服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，可以采用矩陣式架構(gòu)方式來進(jìn)行平衡壓力，確保服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行。通過服務(wù)器所承擔(dān)的業(yè)務(wù)量的大小，來定制性分配相應(yīng)的并發(fā)請(qǐng)求數(shù)量，以平衡各終端設(shè)備或用戶所占用的服務(wù)器的資源，避免由于服務(wù)器群長隊(duì)列現(xiàn)象而導(dǎo)致的整個(gè)系統(tǒng)緩慢或阻塞、崩潰等事故的發(fā)生。如下圖3所示：

圖3 服務(wù)器架構(gòu)

2.2.1 接入層

對(duì)所有來自客戶端的請(qǐng)求都通過接入層來進(jìn)行平衡接入壓力，分發(fā)至組件服務(wù)器群，確保數(shù)據(jù)中心核心服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行。通過接入服務(wù)器所承擔(dān)的業(yè)務(wù)量的大小，來定制性分配相應(yīng)的接入服務(wù)到數(shù)據(jù)中心核心服務(wù)的峰值并發(fā)請(qǐng)求數(shù)量，以平衡各營業(yè)片區(qū)業(yè)務(wù)終端所占用的數(shù)據(jù)中心核心服務(wù)器的資源，避免由于數(shù)據(jù)中心核心服務(wù)器群長隊(duì)列現(xiàn)象而導(dǎo)致的整個(gè)系統(tǒng)緩慢或阻塞、崩潰等事故的發(fā)生，接入層還有屏蔽客戶端安全隱患的作用，對(duì)客戶端具備一定的安全管控，從而提高業(yè)務(wù)服務(wù)組件層和數(shù)據(jù)服務(wù)層主機(jī)系統(tǒng)的安全性。軟件架構(gòu)進(jìn)行無條件的多層次拆分，使接入服務(wù)器程序與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器程序可安裝在不同或同一臺(tái)，甚至是不同地域的主機(jī)系統(tǒng)上，這使得系統(tǒng)在容量和規(guī)模的覆蓋面上都可實(shí)現(xiàn)極高的可伸縮性。

2.2.2 業(yè)務(wù)服務(wù)組件層

根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則，應(yīng)用程序與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程/狀態(tài)的處理以及業(yè)務(wù)規(guī)則的制定。業(yè)務(wù)流程的處理過程對(duì)其它層來說是黑箱操作，業(yè)務(wù)邏輯處理層接受客戶服務(wù)層的請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互后并返回最終的處理結(jié)果。在業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分體現(xiàn) “面向服務(wù)”的設(shè)計(jì)思想，以當(dāng)前先進(jìn)的多層體系結(jié)構(gòu)和集群處理為基準(zhǔn)，并采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想和SOA技術(shù)架構(gòu)，各類業(yè)務(wù)邏輯均以服務(wù)組件的形式分列部署在組件服務(wù)器群上，這些服務(wù)必須支持靈活的拆分、重組部署策略，提高系統(tǒng)的可用性和擴(kuò)展性。

2.2.3 數(shù)據(jù)層

所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。數(shù)據(jù)接入層接收前置采集模塊的原始報(bào)文數(shù)據(jù)，或者將采集調(diào)度的任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給前置采集。此數(shù)據(jù)接入層通過內(nèi)部定義接口和為前置采集進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)解析層將各種協(xié)議的原始報(bào)文數(shù)據(jù)，按照各自規(guī)約解析成統(tǒng)一格式的電量數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)以及其他系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)[6]。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

為了確保大數(shù)據(jù)量的行業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的整體效率，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面采用分層、分塊、吞吐的機(jī)制來完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，盡量減小單表的極限數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和數(shù)據(jù)庫整體的可預(yù)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，同時(shí)還可以根據(jù)系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)表的具體情況配置不同的硬件資源來盡可能的提高數(shù)據(jù)處理方面的效率。統(tǒng)一存儲(chǔ)用分層、分塊、吞吐的存儲(chǔ)處理機(jī)制如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)用途及數(shù)據(jù)生命周期劃分為系統(tǒng)控制類、公共字典類、業(yè)務(wù)輔助類、用戶檔案類、一次數(shù)據(jù)提取類、中間過渡類等六大類數(shù)據(jù)：系統(tǒng)控制類數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)量很小，此類數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)支撐數(shù)據(jù)統(tǒng)一分配在一個(gè)公共的數(shù)據(jù)塊中；公共字典類數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)量相對(duì)很小，此類數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也可統(tǒng)一分配在一個(gè)公共數(shù)據(jù)塊中；片區(qū)分割數(shù)據(jù)塊以用電戶檔案數(shù)據(jù)及其相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)為主，基本上都與供用電單位有綁定關(guān)系，可按照具體的用戶容量分區(qū)域進(jìn)行分割分塊存儲(chǔ)，系統(tǒng)中涉及到的業(yè)務(wù)輔助類數(shù)據(jù)、用戶檔案類數(shù)據(jù)、一次提取類數(shù)據(jù)和中間過渡類數(shù)據(jù)都要嚴(yán)格按照片區(qū)分割要求進(jìn)行分片區(qū)的數(shù)據(jù)分塊處理。

數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)主要的目的就是解決歷史數(shù)據(jù)的單表存儲(chǔ)量問題，以提高歷史數(shù)據(jù)的檢索效率。數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)多數(shù)都是以時(shí)段為分割條件的，還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)是以時(shí)點(diǎn)狀態(tài)為分割條件的。第一種，時(shí)點(diǎn)狀態(tài)分層存儲(chǔ)：也就是當(dāng)前的現(xiàn)行數(shù)據(jù)和以往的歷史數(shù)據(jù)兩層結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)適合歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較小的情況，在數(shù)據(jù)分層處理時(shí)，只需要將現(xiàn)行數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分表存儲(chǔ)就可以了。處理起來相對(duì)簡單。如：用戶檔案數(shù)據(jù)。第二種：時(shí)段分割分層存儲(chǔ)：也就是按照一定的時(shí)段來存儲(chǔ)相應(yīng)符合該時(shí)段條件數(shù)據(jù)的多層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)適合數(shù)據(jù)量大的情況，現(xiàn)行的時(shí)段限定主要是以自然年來進(jìn)行劃分。如：用戶賬單明細(xì)數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)吞吐處理的主要目的就是解決數(shù)據(jù)庫容量和系統(tǒng)性能指標(biāo)的問題，由于受到硬件資源、軟件系統(tǒng)等多方面的約束，當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)達(dá)到最大容量時(shí)，系統(tǒng)的處理性能、穩(wěn)定性等也就到達(dá)了瓶頸，系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)的處理時(shí)限，將在線數(shù)據(jù)設(shè)置為5年，實(shí)時(shí)系統(tǒng)只處理在時(shí)限內(nèi)的數(shù)據(jù)，時(shí)限之外的數(shù)據(jù)將吐至離線存儲(chǔ)系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

計(jì)量自動(dòng)化一體化系統(tǒng)的深入推進(jìn)，更好地加強(qiáng)了電能量數(shù)據(jù)集中管理和綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮了計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)在停電時(shí)間統(tǒng)計(jì)、用電分析、線損管理、電子化結(jié)算，電壓監(jiān)測等方面的支持作用，對(duì)云南電網(wǎng)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化的應(yīng)用水平起到全面提升的作用。

通過計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)、分析各種用電數(shù)據(jù)，為實(shí)時(shí)線損分析、集抄、負(fù)控、電能量采集和配變監(jiān)測等方面提供了先進(jìn)的技術(shù)手段和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，提升了計(jì)量管理技術(shù)的自動(dòng)化水平，大大提高了工作效率，為今后深化電力需求側(cè)管理、電力市場狀況分析、開拓電力市場乃至智能計(jì)量系統(tǒng)等方面提供有力的技術(shù)支持和有效支撐。

[1] 吳鵬.電力企業(yè)一體化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)方案 [D].天津大學(xué)，2007，6.

[2] 王民昆.電力系統(tǒng)CIM模型描述與數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)的研究[D].四川大學(xué)，2004，5.

[3] 能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口 (EMS-API)第301部分：公共信息模型CIM基礎(chǔ) [Z].23～78.

[4] Khadem M.Progress report on CIM XML for model exchange interoperability tests[C].Summer Meeting of the IEEE Power Engineering Society，Vancouver，Canada，2001：840 -841.

[5] 云南電網(wǎng)公司四合一計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 [Z].

[6] 趙俊秋.計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究 [D] .合肥理工大學(xué)，2009，11.

Research on System Architecture of Four in One Regional Measurement Automation System in Yunnan Power Grid

CHEN Ling
(Kunming Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Kunming 650011，China)

For the development in updating the electric energy data of integrated application in power companies，and a brief analysis of the measurement automation system with current situation of Yunnan Power Grid Energy Metering automation system.This paper analysis from the system logical structure，physical structure and data architecture to research the regional architecture Four in one metering automation systems.

automated metering system；four in one；system architecture；

TM76

B

1006-7345(2015)04-0068-03

2015-01-07

陳玲 (1988)，女，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，從事電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究 (e-mail)598933961＠qq.com。