用電信息采集系統關口數據接入設計與實現

周 宇，劉 水，何 莎

（1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；2.國網江西省電力科學研究院，江西 南昌 330096；3.國網贛西供電公司，江西 新余 338025）

0 引言

為滿足國網公司對用電信息采集系統“全覆蓋、全采集、全費控”要求，國網江西省電力公司按“一個系統、多級應用”的原則在省公司建設全省統一的用電信息采集系統，統一實現購電側、供電側、售電側三個環節電能信息的采集與處理，構建完善的電能信息數據平臺，實現全省12個地市供電公司的電能量采集、配電監測、電力負荷管理及低壓集中抄表的全覆蓋。

在關口電能量數據采集方面，目前各地市電能量計量系統都已建設完成，并投運使用。數據采集主要采用網絡通道、撥號通道傳輸電量信息。各地區變電站的計量表計大多已是數字電能表，具備RS-485通信接口條件。各地區調度數據骨干網已建成，省調與各地調之間具備電量VPN專用網絡通道。各地區局的光纖環網已全面建成，光纖通信覆蓋全部35kV變電站，絕大部分水電站都具備電話撥號通道、2M電路通道等。

綜合考慮江西省調、地調實際情況，有效整合、充分利用現有資源，降低建設成本、減少建設風險，國網江西省電力公司統籌安排，設計并實現了采用數據整合方式將全省電能量計量系統數據統一納入用電信息采集系統進行管理，并取得了系統建設與應用的實效。

1 系統說明

全省220 kV及以上變電站（含電廠）由江西省調電能量計量系統統一采集和管理。各地市局對所轄的110 kV、35 kV變電站、開關站、水火電廠進行電量采集。采集到的電量數據通過信息數據網（三區）傳送至數據接口服務，并統一存儲在用電信息采集系統的數據庫中，由用電信息采集系統對電量數據進行應用、處理、發布。

各地市局所屬的110 kV、35 kV變電站計量基本信息的設置、錄入和數據維護、采集通道信息和數據維護等工作由各地市局電能量計量系統完成；模型拼接、數據匯總由接口服務進行處理；電量數據的應用和發布由用電信息采集系統實現。該方案通過“硬件集中、軟件集成”的方式，達到了簡化接口、數據統一管理的效果，同時將采集點、計量點管理、通道維護、數據維護等工作分散到了地市局進行管理，有利于建設和維護，可對屬于省調管理的220 kV及以上變電站，與屬于地市局管理的110 kV、35 kV變電站的電量數據充分整合，以便進行對電量信息的深度分析應用。

本著“標準、通用”的原則，同時，用電信息采集系統關口數據接入設計并開發標準的數據通訊接口。實現：全省電能量計量參數模型的拼接；全省電能量計量數據的匯總；全省電能量計量數據的統一存儲；全省電能量計量信息的數據同步。

2 系統設計

2.1 系統物理架構

基于“經濟、實用”的基本原則，數據平臺充分利用用電信息采集系統硬件設備。使用數據統一存儲，分級管理的模式。確保用電信息采集系統數據采集、處理和應用的整體效率和性能，同時滿足變電站數量增長以及各地市局電能量計量系統數據匯聚后的對系統性能的要求。物理架構如圖1所示。

圖1 系統物理架構

2.2 系統邏輯架構

數據平臺邏輯結構分為部署在省公司的數據接入服務端和部署在各地市層面的客戶端，其中服務端包括了模型管理、事件通知、數據管理、系統管理和安全校驗模塊，客戶端包括了模型查詢、數據查詢、事件通知和安全校驗模塊，邏輯架構圖如圖2所示。

圖2 系統邏輯架構

3 系統功能描述

3.1 服務總線

圖3為系統ESB示意圖。企業服務總線是系統互聯的核心，采用SOA架構實現，分為服務器和客戶端兩部分組成。基于ESB技術實現信息的通訊與交互。實現以下功能：

1）管理服務之間消息路由，即負責將數據請求從數據平臺發送到指定的電能量系統數據接口。

2）在服務請求者和提供者間實現傳輸協議轉換。

3）在請求者和服務之間實現消息格式轉換。

4）能夠處理不同來源的業務事件，允許在現有的服務中加入新的服務，或者改變現有服務，對現有服務的使用不造成影響。

圖3 ESB示意

3.2 模型管理子系統

圖4 為模型管理子系統簡易流程圖。通過對省調及各地市電能量計量系統內模型及參數的統一編碼，實現數據對象的一體化管理功能。保證每一個信息對象在數據平臺中只有唯一的一個關鍵字。解決各電能量計量系統差異化造成的對象沖突問題。

以IEC-61970規范中描述的CIM模型對象作為模型交互的數據結構，實現全省電能量計量系統的模型拼接功能。

圖4 模型管理子系統

3.3 數據管理子系統

數據管理子系統實現全省電能量計量數據的匯總工作，其主要功能包括數據召測的任務調度以及召測數據的類型轉化和輸入存儲功能。該業務系統是數據整合的核心，為用電信息采集系統提供全省關口電能量計量數據。圖5為該子系統簡易流程圖。

圖5 數據管理子系統

3.4 事件通知子系統

事件通知子系統主要提供了數據平臺與省調及各地市電能量計量系統的數據同步服務。該服務負責響應來自全省電能量計量系統的模型參數及數據變化信息的消息通知。根據相應的數據類型將模型數據與電能量數據分離，將模型數據傳遞給模型管理服務；將電能量數據傳遞給數據管理服務。圖6為該子系統簡易流程圖。

圖6 事件通知子系統

4 系統運行設計

4.1 通訊模塊運行

4.1.1 模塊組合

通訊接口是數據整合方案的核心業務。通訊接口以企業服務總線為基礎，使用WEBSERVICE方式進行數據交互。通訊接口采用總線方式，以部署在省局用電信息采集系統中的通訊接口服務為核心，以星形結構將省調電能量計量系統和各地市電能量計量系統組成數據交互網絡。省局信息服務總線為服務提供者，省調電量系統與各地市電量系統作為客戶端即服務調用者。

圖7為通訊接口示意圖。由通訊接口的服務端與客戶端組成的通訊模塊組合主要分為三個邏輯單元：

1）模型交互單元，由模型管理服務與模型訪問接口組成。主要負責數據平臺與省調及各地市電能量計量系統進行模型參數的交互。

2）數據交互單元，由數據管理服務與數據訪問接口組成。主要負責數據平臺與省調及各地市電能量計量系統進行電量數據的交互。

3）信息同步單元，由事件通知服務與事件通知接口組成。主要負責數據平臺與省調及各地市電能量計量系統的信息同步。

圖7 通訊接口示意

4.1.2 運行控制

圖8為接口應用方式圖。從數據應用角度，通訊接口可分為模型交互接口和電量數據交互接口。其中：

模型交互接口主要實現電能量計量參數模型的信息交互，主要包括：廠站信息、計量點信息、電能表信息、計量參數等數據。模型數據由省調電量系統和各地市電量系統輸出到通訊接口，以標準格式進行傳輸。

圖8 接口應用方式

數據交互接口主要實現對全省電能量數據的交互，主要包括：電能量日統計數據、計算匯總數據等。該數據信息由省調電量系統和各地市電量系統輸出到通訊接口，并以日為單位按照約定的數據結構進行傳輸。

圖9為接口業務邏輯圖。從業務邏輯角度，通訊接口可分為推模式和拉模式兩種。其中：

推模式是由電能量計量系統的客戶端接口主動向服務總線發起傳送數據信息的任務，該模式主要用來實現電能量計量系統模型及電量數據變化后的數據同步功能。

拉模式是由用電信息采集系統的接口服務主動向各電能量計量系統發起信息數據召喚的任務，該模式主要用來實現電能量計量數據的匯總功能，同時滿足用戶手工維護數據同步功能。

圖9 接口業務邏輯

4.2 信息同步

4.2.1 模塊組合

事件同步機制只要由：電能量計量系統的數據庫訪問模塊、事件通知接口、事件通知服務、模型管理服務、數據管理服務組成。該組合涉及面廣，參與模塊較多，流程也較為復雜。

4.2.2 運行控制

該組合的由電能量計量系統發起，共分為7個步驟：

由電能量計量系統產生事件信息，將其寫入數據庫。

1）事件捕捉器檢查數據表，捕捉事件信息。

2）事件捕捉器調用事件通知接口，將事件信息發往服務總線。

3）服務總線將事件信息傳遞給事件通知服務。

4）事件通知服務根據事件信息的類型調用相應的事件處理邏輯，并返回處理結果給服務總線。

5）服務總線將處理結構傳遞個事件通知接口。

6）事件通知接口將返回結果傳遞給時間捕捉器。

7）事件捕捉器根據返回結果作出判斷，如果返回成功則從數據庫中刪除該事件記錄；否則，重新發送該事件信息。

詳細順序如圖10所示。

圖10 事件同步順序邏輯

4.3 客戶端運行

4.3.1 拉模式接口

拉模式接口適用于平臺向客戶端接口請求數據的通訊模式。通過調用客戶端的模型交互接口、數據交互接口來實現數據的同步。拉模式的發起者是數據交互平臺，接口提供者為客戶端程序。

4.3.2 推模式接口

推模式接口適用于客戶端數據變化與事件上報的信息。對于客戶端的模型數據、電量數據發生變化時將主動通知平臺的接口。該接口以監聽器的方式唄加載在平臺內。

推模式接口同時也是解決系統運行中的事務變化同步問題。如：CT、PT的變化，旁路事件等等。

推模式的發起者是客戶端程序。

5 系統關鍵點和難點計

5.1 數據補救

當系統異常后，數據在時間層面存在斷檔。因此，根據數據召測的最小單元電能表計設置最后數據匯總時間，每次匯總成功后更新時標。系統恢復后依舊以該時標作為數據匯總的開始時間。

電能量計量系統的事件同步機制保存10天的事件更新記錄。如果系統停止后，在10天以內恢復，不做全模型召測。如果系統在10天后恢復則對省調及各地市電能量計量系統進行全模型召測，通過參數對照模塊進行比較，以地區數據為基準更新模型參數。

5.2 對象沖突處理

數據整合平臺為省和各地區電量系統提供控制區域、廠站、設備（變壓器、線路、線路端點、開關、發電機組和變壓器繞組）電網模型對象和電表對象的增加、修改、刪除方法，同時數據平臺也可以把模型對象沖突信息提供給各電量系統以解決沖突，保持數據整合平臺電網模型的一致性。

6 結論

基于江西用電信息采集系統及電能量數據采集情況和實際應用需求，主要研究基于ESB技術的異構系統間電能量數據交換技術、基于CIM模型的電能量計量系統和營銷系統模型的轉換和匹配技術。通過把各地市電能量計量系統的電能量數據生成標準的WSDL格式并通過網絡接口傳送到營銷用電信息采集系統并解析從營銷用電信息采集系統傳送回的WSDL接口。實現雙方電量數據的交換和共享。通過模糊信息匹配技術，實現電能量計量系統中的基于標準CIM電網模型和營銷用電信息系統中的營銷系統模型的相互匹配和轉換，并把基于這兩個模型的電量數據錄入各自系統中。在通過本系統數據采集和與異構系統數據共享的基礎上，用電信息采集系統可以實現分區、分壓、分線、分臺等不同類別的線損電量的統計分析和區域、變電站、電壓等級、母線、變壓器的電量平衡的統計分析。