实时数据库在用电信息采集系统中的应用研究

贾东梨，孟晓丽

(中国电力科学研究院，北京市，100192)

0 引言

电力用户用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常和电能质量监测、用电分析和管理，具备电网信息发布、分布式能源的监控、智能用电设备的信息交互等功能［1-4］。通过电力用户用电信息采集系统的建设，可实现地区用电信息采集的自动化和互动化，实现为农网电力客户提供多种缴费方式，实现用电信息实时监测、预警，解决电力用户用电安全难题，提高电力公司服务水平和质量［5-6］。用电信息采集系统将为智能电网建设奠定基础。

现有用电信息采集系统采集的信息需经中间数据库导入营销与配电自动化等高级应用系统，才能为计算电费和营销主题分析提供支撑。近年来，各地供电局基本都建立了不同通信方式的集抄系统，新建用电信息采集系统应兼容原有集抄及营销与配电自动化系统［7］。现有用电信息采集系统大多采用数据抽取方式(如Oracle数据库)，但是我国电网数据采集点规模大、采集密集，在高级应用开发过程中，若仍采用数据抽取方式，必然会影响用电信息采集系统的工作效率。本文基于实时数据库建立了用电信息采集系统。

1 需求分析

作为智能电网重要组成部分的用电信息采集系统，是实现电能信息“全采集、全覆盖、全预付费”的基础，是建设智能电网的重要组成部分［8］。用电信息采集系统的需求如下:

(1)用电信息采集系统需对用户用电信息数据进行实时采集、存储和发布，并按信息化管理的要求，向电网管理层各应用子系统提供准确实时的用电数据。

(2)在用电信息采集系统的基础上，要求能够方便地实施智能配电网高级应用，无需与诸多数据库建立接口，从数据层面消除信息“孤岛”。

具体来说，用电信息采集系统采集到的数据主要应用在如下方面:

(1)追溯过程，追忆事故。

(2)所有的模拟量与开关量都来源于与仪控相关的设备，电网运行管理人员可以根据指令与完成指令的长期实时跟踪来提前发现故障，从而提高仪控系统可靠性。

(3)经济安全运行的要求不仅仅是简单的数字化映像，更需要数据分析的工具和解决方案。

(4)管控一体化要求对数据进行在线分析并提供有价值的分析结果［9］。

可以看出，电网的这些应用对数据的实时性、历史数据的分辨率都要求很高，管理这部分数据应该选择一种实时性强、历史数据组织合理(基于时间流，便于大规模历史数据的查询)以及有丰富的过程数据监视、分析手段的数据库系统。

2 实时数据库及其优势

实时数据库(real-time database，RTD)是一套用来自动采集、存储和显示工厂实时数据的、基于C/S架构的计算机软件，主要应用于电力、化工、钢铁等行业。采用实时数据库，可以实现海量实时数据的接入、数据压缩、数据图形化显示、报警处理、报表管理、数据分析、数据存储、数据查询等功能［10-12］。

由于智能电网对系统自愈、互动、安全、电能质量等方面要求更高，因此对实时数据采集也产生了较高的要求，以往所用内存数据库将不能再满足系统运行的需要。预计未来几年实时数据库系统在“坚强智能电网”领域的应用将会呈现较大的增长［13］。总的来看，电网领域的实时数据库应用前景较为乐观。

以10 000个信息点、1个信息点的数据值1天的平均变化次数为500、在线存储1年所需的存储空间为例，Oracle数据库需要 32.29 G 存储容量［14-16］，而实时数据库需要0.425 G存储容量［17］，可见实时数据库具有关系数据库不可比拟的数据存储优势，在不扩充硬件的前提下就可以在线存储多年历史数据。其次，由于后续有许多的数据查询、计算等操作，对于数据量较大的系统，在进行复杂的查询、统计时往往速度很慢，而实时数据库的回取速度可以达到200 000事件/s［17］。

3 用电信息采集系统建设方案

3.1 用电信息采集系统组成

整个系统由主站、通信网络、现场终端及电力用户组成。

主站:根据系统管理的规模可以由1台或网络连接的多台计算机及外设组成，负责管理整个系统，通过通讯网络发出数据采集、存储、分析、管理的各种指令。

通讯网络:系统可以支持多种通讯网络，如230 MHz/GPRS/CDMA/光纤/短消息/以太网/公用电话网络等多种数据通信种类。

现场终端:负责各信息采集点的电能信息的采集、数据管理、数据双向传输以及执行控制命令和转发主站下发的各种电网信息的设备。智能采集终端按应用场所分为专变智能采集终端、智能集中抄表终端(包括低压集中器、低压采集器)、智能分布式能源监控终端等类型［2-4］。

电力用户:按照电网电力用户性质和营销业务需要，将电力用户划分为6种类型［2］，如表1所示。

表1 电力用户分类Tab.1 Classification of power user

3.2 技术架构

为了构建高可用性、安全性、可靠性、可伸缩性和扩展性的用电信息采集系统，采用成熟、标准的J2EE企业平台架构搭建，基于多层的分布式应用模型、组建再用、一致化的安全模型及灵活的事务控制，使系统具有更好的移植性［18-19］，以适应用电信息采集系统应用环境复杂、业务规则多变、信息发布以及系统将来扩展的需要。原则上，系统的技术路线遵循基于J2EE的分布式多层架构体系，但考虑到用电信息采集系统的特点，在部分模块中，也可以根据实际情况采用其他技术。系统的软件层次如图1所示。

图1 系统软件层次Fig.1 Hierarchy of system software

3.3 数据库部署方案与建设模式

数据库在开发完成并经过试运行后的最重要工作就是安装部署，并作相应的环境及参数配置，最终交付给用户。用户数量少的时候，可以手工完成这些工作，但当用户数庞大的时候，这些工作特别繁琐，而且特别容易出错［19］。而用电信息采集系统跨越生产区和管理区，数据库部署尤其重要。

在生产区网络安装实时数据库服务器，并配置相应的功能服务器，包括计算站、应用站、系统维护站等;在管理区网络安装实时数据库镜像服务器，并配置相应的功能站、Web服务器，以供各终端用户、算费系统、GIS系统、营销与配电一体平台、绩效考核系统等应用系统进行数据访问、分析等。系统的整体拓扑结构如图2所示。

基于时数据库的用电信息采集系统已应用在浙江、天津、陕西，结合其实际情况，用户信息采集系统建设模式可分为户表集中式和户表分散式2类。系统主站与配电台区的通信方式可分为:光纤模式和无线公网(GPRS)模式，配电台区与智能采集终端采用微功率无线网(WSN)通信模式。每种方案中的缴费方式、互动内容根据实际情况有所不同。各种方案的综合示意如图3所示。用户表集中式和户表分散式电信息系统建设模式分别如图4、5所示。

图2 整体拓扑结构Fig.2 Overall topology

3.4 技术特色与创新点

图5 户表分散式用电信息采集系统建设模式Fig.5 Construction model of electric energy data acquire system with distributed user table

(1)提升数据采集的可靠性。在总体方案中，实时数据库的分布可以是动态的、可伸缩的。在用电、配电系统扩展或变更时，实时数据库的分布可以是动态的、随机的。不需要重新规划系统的架构，新增的系统，可以随时接入，同时这种接入又不受物理分布的约束，可以就地新增，也可以直接接入主站。

(2)提升数据应用的敏捷性。由于电网海量数据、长时间在线存储的特性，报表、高级应用等面向用户的数据调用要求能够及时响应。分布式实时数据库技术的引入，解决长期以来用户对于数据分析、展现等需求响应速度慢，展现纵深浅的问题。

(3)即插即用的数据接口通用性。电网设备种类复杂，数量众多，分布广泛。本方案中采用的分布式实时数据库技术将采用通用接口平台的工具，实现基于驱动的数据采集即插即用。

(4)创新性的数据流应用展现。本次方案中引入的分布式实时数据库技术以数据回放的方式将画面、报表、状态、报警等信息结合起来，以数据流为纽带，带动各种高级应用以动态、直观、无损的方式直接播放。便于管理，易于查找问题。

(5)独特的数据保姆功能。分布式实时数据库技术以各种测量装置的历史数据为支撑，嵌入基于历史数据规律的在线装置状态监测工具，以既有的装置数据为模型，实时监控各种前端装置的实时运行状态，灵活实现预警、调差，真正实现数据保障现场运行的目标。

4 结语

实时数据库在用电信息采集系统中的应用为营销及算费系统提供基础数据支撑，是加强精益化管理、提高优质服务水平的必要手段，是延伸电力市场、创新交易平台的重要依托，也是实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞争，实现有效的“需求侧响应”的必然选择。

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