电力系统监控和数据采集系统研究

于璟璟

摘 要：电力系统监控和数据采集系统的全面建设，提出了”全覆盖 全采集 全费控”的要求，这对现有采集系统的数据项、采集频度、数据完整性以及及时性都提出了更高的要求。现有采集系统的架构和性能已经不满足新形势下各类业务日益增长的数据要求。本文就用电采集系统系统架构、用电采集系统现状、改进方案等方面进行分析。

关键词：电力系统监控;数据采集;系统架构

随着深入推进电力体制改革、建设能源互联网、实施大数据创新应用等国家战略的推进，计量传统业务向新型业务拓展，营销业务向社会化全业务链延伸。跨专业协同持续深化，对电力系统监控和数据采集系统的支撑能力提出新的要求。面对新形势新挑战，全面总结采集系统建设的基本情况和主要成效，梳理系统建设过程中的不足，分析面临的内外部形势，结合业界成熟的新技术，提出新一代电力系统监控和数据采集系统。

一、用电采集系统架构

系统基本架构分为采集系统主站、通信信道、采集设备三个层面。其中采集系统主站的功能是实现系统数据交互、存储和采集业务流程管理，主要包括数据采集服务、数据存储、主站应用等部分;通信信道包括远程通信和本地通信两部分，远程通信有自建的230M无线专网、GPRS等无线公网、光纤专网等信道，本地通信包括窄带载波、宽带载波、微功率无线、485总线等信道;采集设备是现场计量设备、采集终端的集合，主要包括电能表、集中器、专变终端等设备。

二、用电采集系统现状

采集系统主站现状及问题分析主要围绕数据采集服务、数据存储、及主站应用三个方面。

（一）数据采集服务

数据采集服务主要负责通讯前置、报文解析、数据入库。在海量数据接入的情况下，高峰负荷期间，单台采集前置需要处理的通讯报文数量可能是现在的几十倍乃至上百倍，对采集前置的并发处理能力带来巨大压力。虽然当前采集前置一般采用分布式架构，但每个采集节点承担了任务生成、逻辑控制以及数据入库等多个业务，造成单个节点承担的业务过于繁重，尤其是数据入库效率更是限制了采集前置的线性扩展能力。

（二）数据存储

数据库读写性能存在瓶颈。采集系统建设规模不断扩大，系统日数据量处理增多，需要采集的数据呈线性增长，传统关系型数据库在数据入库、读取效率等方面均存在性能瓶颈，无法满足数据存储及应用开展的需要。同时，庞大数据量对数据备份造成很大压力，数据库备份耗时越来越长，数据恢复可能需要花费数以天计的时间，影响核心业务的开展。

（三）主站应用

主站应用主要是实现采集业务流程管理以及基于采集数据开展的数据查询、数据统计分析等相关应用。主要存在的问题是接口缺乏有效管理，加大采集系统负载压力。采集系统为其他业务应用系统提供大量的数据支撑，目前众多接口采用的方式不尽相同，各业务系统间数据需求存在交叉，一对一方式的接口应用导致接口开发重复无度，对采集系统本身造成了很大的接口服务压力，影响采集系统对外提供数据。

三、改进方案

现有采集系统的架构和性能已经不满足新形势下各类业务日益增长的数据要求。全面分析采集系统现有框架存在的薄弱环节，利用大数据、云计算、人工智能等新技术，设计了新一代电力系统监控和数据采集系统，能支撑海量用能信息与设备运行监测信息的采集与存储，实现分布式数据分析与采集网络状态智能感知。

通信层的通讯框架，使用基于NIO的客户/服务器端编程框架，具有异步、事件驱动特性的网络应用程序，例如目前比较主流的Netty和MINO。可以提高通信层的节点间的报文收发效率和服务端接入客户端并发数量，还可以降低编码难度，提高程序的效率和稳定性。通信层消息队列集群使用Kafka分布式消息发布订阅系统，实现通信层、应用层、存储层之间的数据总线功能。

存储层由生产数据库（即传统关系型数据库）及云平台两部分组成。其中，生产数据库包括：主应用数据库集群、历史数据库、灾备数据库;云平台主要包括：分布式文件存储、分布式报文數据库和分布式内存数据库。分布式数据库采用MySQL关系型数据库，能有效解决从消息队列发送过来的大量报文数据高速并行存储，以及灵活的数据查询。分布式文件存储采用基于Hadoop的HBase非关系型数据库。可为用电信息采集系统提供一个安全可靠、高效写入、同时可扩展性强的全量数据存储解决方案。

统一接口服务平台实现静态数据发布、实时数据发布、外部数据获取、特定交互接口等四类接口应用。针对实时性要求不高的统一接口平台的静态数据及统计指标数据，其对外发布采用跨平台、低耦合的WebService技术实现。客户端和服务器用SOAP协议通过HTTP来交互，客户端根据WSDL描述文档生成SOAP请求消息发送到服务端，服务端解析收到的SOAP请求，调用Web service，然后再生成相应的SOAP应答送回到客户端。对大数据量的请求，采用客户端发起WebService调用请求，服务端生成约定格式（XML/JSON）的数据文件，客户端通过HTTP/HTTPS形式下载数据文件。

四、结语

综上所述，随着电力系统监控和数据采集系统的全面建设，提升系统海量数据处理及分析性能，实现采集网络状态智能感知，是电力系统监控和数据采集系统发展趋势。电力监控采集系统凭借自身优势，融合先进的计算机技术，能很好的满足电气企业发展和使用需求。

参考文献：

[1]何镇庭.电力系统监控和数据采集系统研究[J].中国战略新兴产业，2017（08）：185-186+189.