云南電網地區級計量自動化系統架構

陳玲

(云南電網有限責任公司昆明供電局，昆明 650011)

云南電網地區級計量自動化系統架構

陳玲

(云南電網有限責任公司昆明供電局，昆明 650011)

針對電力企業對提高電能量數據的綜合應用水平的發展需求，對計量自動化系統進行簡要分析，并結合云南電網電能計量自動化系統當前的建設情況，分別從系統邏輯結構、物理架構、數據架構等三個方面對其地區級四合一計量自動化系統進行研究。

計量自動化系統；四合一；系統架構

0 前言

近年來，電力企業在不斷擴大大客戶負荷管理系統覆蓋范圍的基礎上，全面開展了地區廠站電能量遙測、低壓集中抄表和配變監測計量等項目的建設，并在此基礎上進行四分線損分析及需求側輔助決策等的建設。這些計量自動化項目的分散建設不可避免的帶了計量主站孤島問題的出現[1]。

為避免計量信息孤島問題，提高電能量數據的綜合應用水平和使用效率，避免重復投資和資源浪費，優化計量自動化系統建設方案，進一步提高電力企業計量自動化建設水平和深入開展計量技術創新，一體化計量自動化系統顯得尤為重要。

1 計量自動化系統需求

建設一體化計量自動化主站支持平臺，并在此基礎上建立線損"四分"管理、需求側管理等高級應用，重點在于總體架構規劃、系統軟硬件平臺設計，核心難點是數據交換技術[2-4]。在2015年以前，云南計量自動化系統的建設需構建省級和地市級兩級計量自動化系統，省級計量自動化系統匯總各區域計量自動化系統的數據并進行數據分析、并對各系統進行監管；地市級計量自動化系統是涵蓋了集抄、負控、電能量采集和配變監測系統的四合一計量自動化系統。

基于云南省目前集抄、負控、電能量采集和配變監測系統建設現狀，對于已建設投運系統，電能量信息系統采用接口方式從這些系統中獲取電能量數據，將這些數據整合到電能量信息系統中，達到 “四合一”目的；對于即將全面建設的縣級計量自動化系統，一個地市局建設一套四合一計量自動化系統，新建設的四合一計量自動化系統與已投運的集抄負控、電能量采集和配變監測系統互相獨立運行，互不干擾；待已建設投運的集抄、負控、電能量采集和配變監測終端和主站系統逐步淘汰后，新建設的自動化終端直接接入到四合一計量自動化系統中。因此，云南省四合一計量自動化系統的建設將經歷兩個階段，形成全省四合一計量自動化系統的最終規劃。

2 自動化系統架構及應用[5]

2.1 系統邏輯結構

從邏輯角度看系統總體劃分為主站層、通信通道層、采集設備層三個層次。系統通過接口方式與電能量信息系統、營銷系統、其他系統進行數據交互。

主站層劃分為采集層、數據層和應用層。應用層實現基礎平臺功能、基本應用功能和高級應用功能，數據層負責數據存儲和數據服務，采集層負責采集終端的電能量信息的采集，并負責協議解析。

通信信道層提供了主站和采集設備間的各種可用的通信信道，是主站和終端信息交互的鏈路，主要采用的通信信道有：光纖專網、GPRS/ CDMA無線公網、230M無線專網、MODEM等。

采集設備層是系統的底層，負責采集和提供整個系統中電能量數據。這一層又分為終端子層和計量設備子層。終端子層負責收集用戶計量設備的信息，處理和凍結有關數據，實現與主站的交互；計量設備子層實現用電計量等功能。

需要保留的縣級計量自動化系統主站，按照統一的接口標準，接入地市供電局主站。

圖1 地區級四合一計量自動化系統邏輯結構

2.2 系統物理架構

主站系統的建設，除了需要實現在邏輯架構中提及的各個職能模塊的建設，滿足業務應用上的需求，還要確保系統的可行性、適用性、擴展性、安全性等關鍵問題。

主站系統物理架構如圖2所示：

圖2 主站系統物理架構

前置采集服務器和應用服務器，可以采用矩陣式架構方式來進行平衡壓力，確保服務器的穩定運行。通過服務器所承擔的業務量的大小，來定制性分配相應的并發請求數量，以平衡各終端設備或用戶所占用的服務器的資源，避免由于服務器群長隊列現象而導致的整個系統緩慢或阻塞、崩潰等事故的發生。如下圖3所示：

圖3 服務器架構

2.2.1 接入層

對所有來自客戶端的請求都通過接入層來進行平衡接入壓力，分發至組件服務器群，確保數據中心核心服務器的穩定運行。通過接入服務器所承擔的業務量的大小，來定制性分配相應的接入服務到數據中心核心服務的峰值并發請求數量，以平衡各營業片區業務終端所占用的數據中心核心服務器的資源，避免由于數據中心核心服務器群長隊列現象而導致的整個系統緩慢或阻塞、崩潰等事故的發生，接入層還有屏蔽客戶端安全隱患的作用，對客戶端具備一定的安全管控，從而提高業務服務組件層和數據服務層主機系統的安全性。軟件架構進行無條件的多層次拆分，使接入服務器程序與數據中心服務器程序可安裝在不同或同一臺，甚至是不同地域的主機系統上，這使得系統在容量和規模的覆蓋面上都可實現極高的可伸縮性。

2.2.2 業務服務組件層

根據業務規則，應用程序與業務數據進行交互，實現業務流程/狀態的處理以及業務規則的制定。業務流程的處理過程對其它層來說是黑箱操作，業務邏輯處理層接受客戶服務層的請求的數據，與數據層進行交互后并返回最終的處理結果。在業務邏輯層的設計中，應充分體現 “面向服務”的設計思想，以當前先進的多層體系結構和集群處理為基準，并采用面向服務的設計思想和SOA技術架構，各類業務邏輯均以服務組件的形式分列部署在組件服務器群上，這些服務必須支持靈活的拆分、重組部署策略，提高系統的可用性和擴展性。

2.2.3 數據層

所有業務數據的存儲位置。數據接入層接收前置采集模塊的原始報文數據，或者將采集調度的任務數據發送給前置采集。此數據接入層通過內部定義接口和為前置采集進行數據交互。數據解析層將各種協議的原始報文數據，按照各自規約解析成統一格式的電量數據、遙測數據、告警數據以及其他系統需要的數據[6]。

2.3 系統數據架構

為了確保大數據量的行業業務數據處理系統的整體效率，在數據存儲方面采用分層、分塊、吞吐的機制來完成數據的存儲，盡量減小單表的極限數據存儲量和數據庫整體的可預算的數據存儲量，同時還可以根據系統使用數據表的具體情況配置不同的硬件資源來盡可能的提高數據處理方面的效率。統一存儲用分層、分塊、吞吐的存儲處理機制如圖4所示。

圖4 系統邏輯結構

系統按照數據用途及數據生命周期劃分為系統控制類、公共字典類、業務輔助類、用戶檔案類、一次數據提取類、中間過渡類等六大類數據：系統控制類數據塊的數據量很小，此類數據作為系統支撐數據統一分配在一個公共的數據塊中；公共字典類數據塊的數據量相對很小，此類數據作為系統的基礎數據也可統一分配在一個公共數據塊中；片區分割數據塊以用電戶檔案數據及其相關的輔助數據為主，基本上都與供用電單位有綁定關系，可按照具體的用戶容量分區域進行分割分塊存儲，系統中涉及到的業務輔助類數據、用戶檔案類數據、一次提取類數據和中間過渡類數據都要嚴格按照片區分割要求進行分片區的數據分塊處理。

數據分層存儲主要的目的就是解決歷史數據的單表存儲量問題，以提高歷史數據的檢索效率。數據分層存儲多數都是以時段為分割條件的，還有一部分數據是以時點狀態為分割條件的。第一種，時點狀態分層存儲：也就是當前的現行數據和以往的歷史數據兩層結構。這種數據分層存儲適合歷史數據的數據量較小的情況，在數據分層處理時，只需要將現行數據與歷史數據進行分表存儲就可以了。處理起來相對簡單。如：用戶檔案數據。第二種：時段分割分層存儲：也就是按照一定的時段來存儲相應符合該時段條件數據的多層數據存儲結構。這種數據分層存儲適合數據量大的情況，現行的時段限定主要是以自然年來進行劃分。如：用戶賬單明細數據等。

數據吞吐處理的主要目的就是解決數據庫容量和系統性能指標的問題，由于受到硬件資源、軟件系統等多方面的約束，當系統數據達到最大容量時，系統的處理性能、穩定性等也就到達了瓶頸，系統設置了數據的處理時限，將在線數據設置為5年，實時系統只處理在時限內的數據，時限之外的數據將吐至離線存儲系統。

3 結束語

計量自動化一體化系統的深入推進，更好地加強了電能量數據集中管理和綜合應用，充分發揮了計量自動化系統在停電時間統計、用電分析、線損管理、電子化結算，電壓監測等方面的支持作用，對云南電網計量自動化系統實用化的應用水平起到全面提升的作用。

通過計量自動化系統統計、分析各種用電數據，為實時線損分析、集抄、負控、電能量采集和配變監測等方面提供了先進的技術手段和準確的數據支持，提升了計量管理技術的自動化水平，大大提高了工作效率，為今后深化電力需求側管理、電力市場狀況分析、開拓電力市場乃至智能計量系統等方面提供有力的技術支持和有效支撐。

[1] 吳鵬.電力企業一體化計量自動化系統建設方案 [D].天津大學，2007，6.

[2] 王民昆.電力系統CIM模型描述與數據交換實現的研究[D].四川大學，2004，5.

[3] 能量管理系統應用程序接口 (EMS-API)第301部分：公共信息模型CIM基礎 [Z].23～78.

[4] Khadem M.Progress report on CIM XML for model exchange interoperability tests[C].Summer Meeting of the IEEE Power Engineering Society，Vancouver，Canada，2001：840 -841.

[5] 云南電網公司四合一計量自動化系統技術規范 [Z].

[6] 趙俊秋.計量自動化系統的一體化設計與應用研究 [D] .合肥理工大學，2009，11.

Research on System Architecture of Four in One Regional Measurement Automation System in Yunnan Power Grid

CHEN Ling
(Kunming Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Kunming 650011，China)

For the development in updating the electric energy data of integrated application in power companies，and a brief analysis of the measurement automation system with current situation of Yunnan Power Grid Energy Metering automation system.This paper analysis from the system logical structure，physical structure and data architecture to research the regional architecture Four in one metering automation systems.

automated metering system；four in one；system architecture；

TM76

B

1006-7345(2015)04-0068-03

2015-01-07

陳玲 (1988)，女，助理工程師，云南電網有限責任公司昆明供電局，從事電網相關技術研究 (e-mail)598933961＠qq.com。