用电信息采集设备故障实时诊断系统设计

刘畅 国网重庆市电力公司营销服务中心

一、系统硬件设计

为更好诊断用电信息采集设备，本文采用分层方案设计诊断系统硬件，硬件结构如图1 所示。

图1 用电信息采集设备故障实时诊断系统硬件结构

观察图1 可知，本文设计的系统硬件结构主要包括3 个层次，位于最顶端的层次为应用层，位于中间的层次为控制层，最底层为数据基础层。硬件受网络操作系统控制。

数据基础层同时记录性能指标、扩展性指标、流条指标等多种指标数据，基础数据层中的缓冲区大小受流表影响，通常要将缓冲区大小控制在标准值之间，过大或过小都会降低吞吐率。

控制层具有较强的可扩展性。可扩展性越强，控制流表数量越多，更新速度越快。控制层共有12 个SDN 控制器，采用分布式部署方式。

（一）交换机设计

选用的交换机为OpenFlow 交换机，内部组成结构如图2 所示。

图2 OpenFlow交换机组成结构

由图2 可知，OpenFlow 交换机内部包含4 个组表、3 个流表，通过OpenFlow 协议连接。流表负责查找和转发电力用户用电信息，利用安全通道与外部控制器连接成多个信道，组表负责与外部进行信息交换，根据OpenFlow 协议查找、转发、删除信息。相较于其它转发设备，OpenFlow 交换机可以直接转发数据，不需要再加入MAC 地址或IP 地址，不需要更新路由表，这样的设定方式不仅降低了整个系统的复杂性，同时也缩短了设备的工作时间。

OpenFlow 交换机主要包括匹配、指示、限时和计时功能。匹配后的数据包需要被指示到不同的匹配区域。限时功能是OpenFlow 交换机比较独特的功能，在交换机中设定最大时间限制，如果数据包超过固定超时时间和匹配超时时间，则需要丢弃。计时功能又称追踪功能，对于交换机中的所有数据包时间进行记录，全面分析数据包的匹配流动时间。

上述工作需要依赖流表才能实现，流表结构示意图如图3 所示。

图3 流表结构示意图

（二）控制器设计

文中选用OpenFlow 控制器，该控制器可以自动调换成两个模式：主动模式和被动模式，主动模式会自动建立好流表项，不需要再花费额外时间重建流表项，交换机可以更加容易的输出数据；当控制器不存在流表时，需要采用被动模式，被动模式建立流表项时虽然会花费较长的时间，但是可以降低系统负载，提高系统灵活性。

控制器组成结构如图4 所示。

图4 控制器组成结构

控制器内部服务模块、拓扑模块、缓存模块、线路模块等都独立存在，可统一调配也可单独工作。在进行数据控制时，选用迪尔斯特拉算法（Dijkstra 算法）计算出最短路径，便于数据的运输。不同设备记录的信息数据不同，连接方式也不同。

二、系统软件设计

本文设计的用电信息故障诊断系统主要具备3 方面功能：（1）在高速且稳定状态采集原始数据；（2）根据设备运行情况，识别出故障类型；（3）快速上传诊断结果，并给出相应的解决策略。

对电力用户用电信息采集设备故障实时诊断系统的主要步骤进行分析。

第一步：数据采集。数据采集是系统运行的基础步骤，利用采集器、传感器和适配器采集电力用户的用电信息。

第二步：数据分析。分析指标主要包括稳定性、可靠性、精度、分辨率。在正常状态下，采集设备的输出速度是一定的。

第三步：故障诊断。根据数据采集和数据分析结果将所有可能存在的故障问题集中在一起，同时上传到客户端，为了使数据在上传过程中不会丢失，本文特别采用了TCP协议进行数据传输。在中心操控系统中，统一计算各类故障的概率，寻求吻合度最高的数值，诊断出采集设备的故障。

三、结束语

针对目前用电信息采集设备实时故障诊断系统存在的问题，本文设计了一种新型的故障诊断系统。利用链路吞吐量测试实验，测试实验的延迟和丢包率检测实验验证设计系统的有效性，给出的实验结果表明，该诊断系统能及时、准确诊断存在故障的电力信息采集设备，具有较强的诊断功能。