用电信息采集系统关口数据接入设计与实现

周 宇，刘 水，何 莎

（1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106；2.国网江西省电力科学研究院，江西 南昌 330096；3.国网赣西供电公司，江西 新余 338025）

0 引言

为满足国网公司对用电信息采集系统“全覆盖、全采集、全费控”要求，国网江西省电力公司按“一个系统、多级应用”的原则在省公司建设全省统一的用电信息采集系统，统一实现购电侧、供电侧、售电侧三个环节电能信息的采集与处理，构建完善的电能信息数据平台，实现全省12个地市供电公司的电能量采集、配电监测、电力负荷管理及低压集中抄表的全覆盖。

在关口电能量数据采集方面，目前各地市电能量计量系统都已建设完成，并投运使用。数据采集主要采用网络通道、拨号通道传输电量信息。各地区变电站的计量表计大多已是数字电能表，具备RS-485通信接口条件。各地区调度数据骨干网已建成，省调与各地调之间具备电量VPN专用网络通道。各地区局的光纤环网已全面建成，光纤通信覆盖全部35kV变电站，绝大部分水电站都具备电话拨号通道、2M电路通道等。

综合考虑江西省调、地调实际情况，有效整合、充分利用现有资源，降低建设成本、减少建设风险，国网江西省电力公司统筹安排，设计并实现了采用数据整合方式将全省电能量计量系统数据统一纳入用电信息采集系统进行管理，并取得了系统建设与应用的实效。

1 系统说明

全省220 kV及以上变电站（含电厂）由江西省调电能量计量系统统一采集和管理。各地市局对所辖的110 kV、35 kV变电站、开关站、水火电厂进行电量采集。采集到的电量数据通过信息数据网（三区）传送至数据接口服务，并统一存储在用电信息采集系统的数据库中，由用电信息采集系统对电量数据进行应用、处理、发布。

各地市局所属的110 kV、35 kV变电站计量基本信息的设置、录入和数据维护、采集通道信息和数据维护等工作由各地市局电能量计量系统完成；模型拼接、数据汇总由接口服务进行处理；电量数据的应用和发布由用电信息采集系统实现。该方案通过“硬件集中、软件集成”的方式，达到了简化接口、数据统一管理的效果，同时将采集点、计量点管理、通道维护、数据维护等工作分散到了地市局进行管理，有利于建设和维护，可对属于省调管理的220 kV及以上变电站，与属于地市局管理的110 kV、35 kV变电站的电量数据充分整合，以便进行对电量信息的深度分析应用。

本着“标准、通用”的原则，同时，用电信息采集系统关口数据接入设计并开发标准的数据通讯接口。实现：全省电能量计量参数模型的拼接；全省电能量计量数据的汇总；全省电能量计量数据的统一存储；全省电能量计量信息的数据同步。

2 系统设计

2.1 系统物理架构

基于“经济、实用”的基本原则，数据平台充分利用用电信息采集系统硬件设备。使用数据统一存储，分级管理的模式。确保用电信息采集系统数据采集、处理和应用的整体效率和性能，同时满足变电站数量增长以及各地市局电能量计量系统数据汇聚后的对系统性能的要求。物理架构如图1所示。

图1 系统物理架构

2.2 系统逻辑架构

数据平台逻辑结构分为部署在省公司的数据接入服务端和部署在各地市层面的客户端，其中服务端包括了模型管理、事件通知、数据管理、系统管理和安全校验模块，客户端包括了模型查询、数据查询、事件通知和安全校验模块，逻辑架构图如图2所示。

图2 系统逻辑架构

3 系统功能描述

3.1 服务总线

图3为系统ESB示意图。企业服务总线是系统互联的核心，采用SOA架构实现，分为服务器和客户端两部分组成。基于ESB技术实现信息的通讯与交互。实现以下功能：

1）管理服务之间消息路由，即负责将数据请求从数据平台发送到指定的电能量系统数据接口。

2）在服务请求者和提供者间实现传输协议转换。

3）在请求者和服务之间实现消息格式转换。

4）能够处理不同来源的业务事件，允许在现有的服务中加入新的服务，或者改变现有服务，对现有服务的使用不造成影响。

图3 ESB示意

3.2 模型管理子系统

图4 为模型管理子系统简易流程图。通过对省调及各地市电能量计量系统内模型及参数的统一编码，实现数据对象的一体化管理功能。保证每一个信息对象在数据平台中只有唯一的一个关键字。解决各电能量计量系统差异化造成的对象冲突问题。

以IEC-61970规范中描述的CIM模型对象作为模型交互的数据结构，实现全省电能量计量系统的模型拼接功能。

图4 模型管理子系统

3.3 数据管理子系统

数据管理子系统实现全省电能量计量数据的汇总工作，其主要功能包括数据召测的任务调度以及召测数据的类型转化和输入存储功能。该业务系统是数据整合的核心，为用电信息采集系统提供全省关口电能量计量数据。图5为该子系统简易流程图。

图5 数据管理子系统

3.4 事件通知子系统

事件通知子系统主要提供了数据平台与省调及各地市电能量计量系统的数据同步服务。该服务负责响应来自全省电能量计量系统的模型参数及数据变化信息的消息通知。根据相应的数据类型将模型数据与电能量数据分离，将模型数据传递给模型管理服务；将电能量数据传递给数据管理服务。图6为该子系统简易流程图。

图6 事件通知子系统

4 系统运行设计

4.1 通讯模块运行

4.1.1 模块组合

通讯接口是数据整合方案的核心业务。通讯接口以企业服务总线为基础，使用WEBSERVICE方式进行数据交互。通讯接口采用总线方式，以部署在省局用电信息采集系统中的通讯接口服务为核心，以星形结构将省调电能量计量系统和各地市电能量计量系统组成数据交互网络。省局信息服务总线为服务提供者，省调电量系统与各地市电量系统作为客户端即服务调用者。

图7为通讯接口示意图。由通讯接口的服务端与客户端组成的通讯模块组合主要分为三个逻辑单元：

1）模型交互单元，由模型管理服务与模型访问接口组成。主要负责数据平台与省调及各地市电能量计量系统进行模型参数的交互。

2）数据交互单元，由数据管理服务与数据访问接口组成。主要负责数据平台与省调及各地市电能量计量系统进行电量数据的交互。

3）信息同步单元，由事件通知服务与事件通知接口组成。主要负责数据平台与省调及各地市电能量计量系统的信息同步。

图7 通讯接口示意

4.1.2 运行控制

图8为接口应用方式图。从数据应用角度，通讯接口可分为模型交互接口和电量数据交互接口。其中：

模型交互接口主要实现电能量计量参数模型的信息交互，主要包括：厂站信息、计量点信息、电能表信息、计量参数等数据。模型数据由省调电量系统和各地市电量系统输出到通讯接口，以标准格式进行传输。

图8 接口应用方式

数据交互接口主要实现对全省电能量数据的交互，主要包括：电能量日统计数据、计算汇总数据等。该数据信息由省调电量系统和各地市电量系统输出到通讯接口，并以日为单位按照约定的数据结构进行传输。

图9为接口业务逻辑图。从业务逻辑角度，通讯接口可分为推模式和拉模式两种。其中：

推模式是由电能量计量系统的客户端接口主动向服务总线发起传送数据信息的任务，该模式主要用来实现电能量计量系统模型及电量数据变化后的数据同步功能。

拉模式是由用电信息采集系统的接口服务主动向各电能量计量系统发起信息数据召唤的任务，该模式主要用来实现电能量计量数据的汇总功能，同时满足用户手工维护数据同步功能。

图9 接口业务逻辑

4.2 信息同步

4.2.1 模块组合

事件同步机制只要由：电能量计量系统的数据库访问模块、事件通知接口、事件通知服务、模型管理服务、数据管理服务组成。该组合涉及面广，参与模块较多，流程也较为复杂。

4.2.2 运行控制

该组合的由电能量计量系统发起，共分为7个步骤：

由电能量计量系统产生事件信息，将其写入数据库。

1）事件捕捉器检查数据表，捕捉事件信息。

2）事件捕捉器调用事件通知接口，将事件信息发往服务总线。

3）服务总线将事件信息传递给事件通知服务。

4）事件通知服务根据事件信息的类型调用相应的事件处理逻辑，并返回处理结果给服务总线。

5）服务总线将处理结构传递个事件通知接口。

6）事件通知接口将返回结果传递给时间捕捉器。

7）事件捕捉器根据返回结果作出判断，如果返回成功则从数据库中删除该事件记录；否则，重新发送该事件信息。

详细顺序如图10所示。

图10 事件同步顺序逻辑

4.3 客户端运行

4.3.1 拉模式接口

拉模式接口适用于平台向客户端接口请求数据的通讯模式。通过调用客户端的模型交互接口、数据交互接口来实现数据的同步。拉模式的发起者是数据交互平台，接口提供者为客户端程序。

4.3.2 推模式接口

推模式接口适用于客户端数据变化与事件上报的信息。对于客户端的模型数据、电量数据发生变化时将主动通知平台的接口。该接口以监听器的方式呗加载在平台内。

推模式接口同时也是解决系统运行中的事务变化同步问题。如：CT、PT的变化，旁路事件等等。

推模式的发起者是客户端程序。

5 系统关键点和难点计

5.1 数据补救

当系统异常后，数据在时间层面存在断档。因此，根据数据召测的最小单元电能表计设置最后数据汇总时间，每次汇总成功后更新时标。系统恢复后依旧以该时标作为数据汇总的开始时间。

电能量计量系统的事件同步机制保存10天的事件更新记录。如果系统停止后，在10天以内恢复，不做全模型召测。如果系统在10天后恢复则对省调及各地市电能量计量系统进行全模型召测，通过参数对照模块进行比较，以地区数据为基准更新模型参数。

5.2 对象冲突处理

数据整合平台为省和各地区电量系统提供控制区域、厂站、设备（变压器、线路、线路端点、开关、发电机组和变压器绕组）电网模型对象和电表对象的增加、修改、删除方法，同时数据平台也可以把模型对象冲突信息提供给各电量系统以解决冲突，保持数据整合平台电网模型的一致性。

6 结论

基于江西用电信息采集系统及电能量数据采集情况和实际应用需求，主要研究基于ESB技术的异构系统间电能量数据交换技术、基于CIM模型的电能量计量系统和营销系统模型的转换和匹配技术。通过把各地市电能量计量系统的电能量数据生成标准的WSDL格式并通过网络接口传送到营销用电信息采集系统并解析从营销用电信息采集系统传送回的WSDL接口。实现双方电量数据的交换和共享。通过模糊信息匹配技术，实现电能量计量系统中的基于标准CIM电网模型和营销用电信息系统中的营销系统模型的相互匹配和转换，并把基于这两个模型的电量数据录入各自系统中。在通过本系统数据采集和与异构系统数据共享的基础上，用电信息采集系统可以实现分区、分压、分线、分台等不同类别的线损电量的统计分析和区域、变电站、电压等级、母线、变压器的电量平衡的统计分析。