基于云技術的電力數據采集與管理終端系統

王忠文 劉志芳

1.京信通信技術（廣州）有限公司，廣東 廣州 510663；2.廣東工程職業技術學院，廣東 廣州 510520

1 概述

目前的電力數據采集與監控終端系統所采集的范圍小、頻率低，不具備實時的分析管理能力。在未來的電力管理系統中,不僅系統的采樣頻率需要明顯提高,電力系統數據采集的范圍也將大大擴展。智能電表以及各種智能家電的嵌入式系統都可能向管理系統提供大量的實時信息。數據采集網絡所產生的數據量將是非常驚人的,以電力系統現有的信息處理能力將不足以完成對海量數據流的存儲和分析功能。總之,電力系統現有的計算和信息處理平臺不足以支持智能電網的實現,構建新的電力數據采集與管理系統就成為值得考慮的重要問題。針對上述情況，本文研究了云技術在電力數據采集與分析管理中的應用，為系統提供海量數據存儲管理與高性能計算環境。

云計算是分布式處理(Distributed C o m p u t i n g)、并行處理(P a r a l l e l Computing)和網格計算(Grid Computing)的發展，是通過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統經計算分析之后將處理結果回傳給用戶。通過云計算技術，電力通信網關成為網絡服務提供者，處理來自本地電力二次設備的監測信息，保證信息及時有效處理，達到和“超級計算機”同樣強大的網絡服務。

云存儲的概念與云計算類似，它是指通過集群應用、網格技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統。在這里，我們的電力數據采集和管理終端系統實現各個節點的數據采集、云計算、區域數據分析、分類顯示和交互訪問等支撐功能。

2 物理組成

一套完整的電力系統數據采集與管理系統，包含了較多的子系統，由不同的網絡節點組成。主要的組成分為三部分：集中云計算與存儲管理平臺、數據采集與處理終端、電力數據節點。其示意圖如圖1所示。

集中云計算與存儲管理平臺是鑒于電力系統數據的實時性、大容量、寬范圍, 在電力系統完全利用現有的物理網絡設備建立電力系統的云計算和云存儲管理中心。利用這種云技術模式, 電力系統完全控制云計算方式,這樣的云儲存和計算資源的訪問可以完全由電力系統自己控制, 而不是公用的云計算服務的提供商, 相當于使用系統自己建立的電力系統智能云。面向智能電網的電力系統云計算、云存儲就是為了實現真實的智能電網管理系統。

數據采集與處理終端系統是集數據采集、計算、分析、顯示、智能交互于一體的區域數據管理系統。該系統是區域性電力數據管理系統，其數據采集是將各個用戶單元、用戶節點的電力電表數據收集到一起，根據不同的地址空間和節點名稱來區分；采集了改區域的數據后利用自身的硬件資源來計算該部分的各種數據，然后充分利用網絡資源的云存儲，與之交互，與本地資源相對比分析，分門別類的根據要求顯示不同種類不同時間段的數據特性。

電力數據節點則是智能電網的最基本的組成部分，直接與用戶的實際用電情況相關，一般為智能電表，直接與數據采集與處理終端進行數據交互，為上層的系統管理提供最直接的數據信息。

圖1 系統物理組成

3 系統層次架構

電力系統智能云技術通過集群應用、分布式計算等系統功能將電力系統內網絡中的幾乎所有網絡和計算應用軟件集合起來協同工作, 共同對各級電網和計算機終端提供數據儲存和計算服務。本文的終端系統將數據集群功能、云計算處理、云存儲、分布式分析與顯示等功能聯合起來, 通過各個軟硬件接口, 為電力系統各級電網和計算機終端提供智能終端服務系統。該系統的層次架構如圖2所示。

數據采集層：是電力終端管理系統最基本的數據匯集，通過各種總線接口與各個智能電表節點相連，為系統采集各個節點的數據。包含了最底層的通訊接口、數據采集換算和安全校驗。

基礎管理層：改終端系統的云計算和存儲中心，主要是與數據采集層交互，將采集的各個節點的大量數據，統計計算、分解存儲、集中管理，并通過這些數據監控各個智能電表節點的實時狀態，完成相應合理的應對措施。

應用接口層： 是該系統最靈活的部分,不僅有承上啟下的作用，是管理遠程數據和本地數據交互的橋梁，而且各級電網可以根據需要、權限, 提供不同的接口和服務。應用層通過用戶權限的驗證后，可以開啟相應的功能，對權限范圍內的各點數據進行分析整理，以各種形式圖形化的顯示電力耗能、歷史情況和未來走勢等。

高級訪問控制層：是系統云技術的核心，通過遠程電力監控管理中心的云計算和云存儲，與本地的分布式存儲系統、小型云計算數據交互的高級接口。在大量數據的融合交互的情況下，體現云服務的概念，完成遠程監控中心的高級終端要求、系統調度、計劃管理和相應的維護。

圖2 系統層次架構

4 設計實現

該系統以雙進程和多線程的混合模式架構來實現，如圖3所示。系統開始后進行初始化，并創建守護進程和應用進程。守護進程用來守護應用程序的正常運行，在應用程序出現異常時讓設備復位重啟，快速恢復正常運行。應用進程則是該電力數據采樣和管理系統的具體實現，分為多個線程并行處理。兩個進程間通信采用消息隊列的方式，進程間通信異常時，守護進程是設備復位，產生系統自愈。應用進程下的各個線程按功能模塊劃分，分別完成不同的功能，實現實時采集、實時計算分析、實時監控、實時安全防護、實時調度和實時交互等功能。

圖3 軟件實現流程圖

按照應用程序的實現，各個節點數據經過采集、計算、分析后，能夠存儲并對比顯示，直觀的呈現給用戶。如圖4所示，是一片大樓區域的歷史數據對比分析。

圖4 數據分析顯示實例

5 結語

綜上所述, 云技術在電力系統中的運用，將對整個電力系統信息交互、計算和存儲產生巨大的推動作用, 在當前的網絡和設備資源下, 最大限度挖掘系統現有計算和儲存資源能力, 提高當前系統的整體性能。能夠解決當前電力系統中的諸多難點，從而極大地提高未來支持電力系統的分布式數據處理能力、資源優化配置能力、科學決策管理能力和靈活高效調控能力。為智能電網在我國的建立和實現提供強有力的技術支持。

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