基于HBase的分布式電源控制系統研究

孟云俠

(石家莊信息工程職業學院，河北石家莊050035)

基于HBase的分布式電源控制系統研究

孟云俠

(石家莊信息工程職業學院，河北石家莊050035)

作為傳統電網的有效補充，分布式電源越來越引起人們的注意。但是，分布式電源數據來源繁雜，數據量大且異構性強，因此，對這些數據的統一提取，可靠分析存在一定的難度。在研究分布式電源基本特點的基礎上，提出了一種基于HBase的分布式電源管理體系，能夠很好地解決分布式電網異構數據的處理和同步問題，以達到與傳統電網數據共享、分析、處理的目的。

分布式電源；異構數據；Hbase

Abstract:Distributed power source was the effective supplements of traditional network,and had attractted more and more people's attention.However,the source was complicated,the data was large and the isomerism was strong.So it was difficult to extract information and do reliability analysis.Based on fundamental feature of distributed power,a distributed power management system based on HBase was introduced.Then the problem of process and synchronize the distributed network isomerism data could be well resolved.The purpose of distributed network and traditional network which could share data,analysis and processing could be achieved.

Key words:distributed power;heterogeneous data;Hbase

目前，我國的電力系統主要采用大電網供電方式。這種方式集中發電、遠距離輸電，當電網的規模達到一定程度的時候，其復雜程度會給系統的運行帶來不少安全問題[1]。同時，我國地域幅員遼闊，有的電力用戶地點分散，為大電網的供電帶來了一定的難度。在此背景下，利用分布式電源供電成為一種有效的供電方式。

隨著我國科技水平的發展，太陽能、風能、地熱能等分布式電源也處于快速發展的階段。分布式電源的存在，可以提高電力系統的環保適應性，也可作為大電網的分支系統，減輕大電網的供電壓力，特別是分散邊遠地區的小負荷供電，是一種良好的供電方式。

但是分布式電源構成復雜，大多發電方式都具有隨機性和波動性，數據的穩定性差、非線性強，這就造成了當分布式電源并網運行時會給大電網帶來電壓不穩、損耗不明、無功不好平衡等問題，會給大電網的穩定運行帶來不利的影響。采取一定的方式對分布式電源的運行情況及數據進行有效的監控，是解決這一問題的必要方式。

1 分布式電源接入電網影響分析

IEEE對分布式的電源有具體的定義，其主要內容為：DG(分布式電源)容量小于10 MW的，主要分布在電網用戶附近，發電機位置較為靈活的發電系統。分布式電源由于供電范圍小，與用電范圍相一致，所以具有較高的能源利用率、較好的獨立性。但是，分布式電網的發電構成方式大多為可再生能源發電，因此隨機性和發電穩定性都受外界環境的影響。為了提高分布式電源供電的穩定性，目前大多數的分布式電源都采用接入式供電。

當分布式電源接入大電網時，大電網的基本構成方式就由輻射狀結構轉變為電網主體幅射，局部呈多電源結構點狀分布的情況。而這種結構的改變會給電網帶來潮流大小和方向的改變。而當分布式電網發電量呈現盈余時，分布式電網還會向大電網輸送電能，來減輕大電網的發電壓力，這一方面會增大分布式電網并入點附近的短路電流水平，另一方面，也會造成配電網本身的電壓分布的變化。

分布式電源有三種接入方式，分別為大容量專線接入、中容量中壓分散接入、小容量低電壓分散接入等。根據參考文獻[2]的研究表明，分布式電源對大電網的逆變功率，電壓波動、短路電流、諧波等都有一定的影響，因此國家對分布式電源的接入有著具體的規定，例如，接入分布式電源的最大容量不能超過主變壓器容量的25%等。

為了提高分布式電源接入電能的質量，就需要對分布式電源的電壓波動、電壓暫降、電壓的暫時過電壓、波形畸變、三相不平衡等指標進行檢測和分析。

2 HBase分布式數據庫基本特性分析

HBase(Hadoop Database)是一種以分布式列存儲方式來構建的底層數據存儲方式，其適應于非結構化的數據存儲方式，與常規傳統關系型數據庫有很大的不同，是一種開源數據庫。

HBase具有海量的存儲能力，以Hadoop作為處理平臺，以MapReduce方法為處理手段，可以很好地適應大量的、異構性強的、非線性化強的數據體系。

如圖1所示，Hbase是服務于Hadoop平臺之上的數據集群，主要的功能是利用自身的處理能力對Hadoop平臺中的數據進行有效地處理。Hbase由三個節點組成，分別為HMaster節點、HRegionServer節點和 ZooKeeper集群。Hbase同Hadoop一樣，也實行主從模式，在Hbase中，HMaster為主節點，主要針對的是Hadoop平臺的Master服務，同時負責對Hadoop平臺中構建的HBase集群元數據進行管理和維護；HRegionServer節點是從節點，主要完成HDFS的讀寫，從而實現Hadoop平臺數據表Table中相關數據的管理。Hbase系統主要通過Client來實現對HRegionServer的管理。ZooKeeper集群是整個HBase的功能協調功能，一個ZooKeeper集群一般是N臺機器組成的數據備份集群，可以使HBase中的元數據及相關狀態進行多個熱備份，從而保證了數據的安全性。

圖1 Hbase架構組成

與關系型數據庫不同的是，Hbase是一種列存儲模式的數據庫，利用列簇Column Family來對數據進行管理。Hbase具有很強的分布式系統存儲能力，其數據的查詢及擴展能力也很強，可以更好地完成分布式電源的數據處理問題。

3 分布式電源HBase數據庫的設計與實現

分布式電源的數據來源是各個分布式電源系統的運行狀態。這些數據具有兩個重要的特性，第一是由于各個分布式電源或電網所處的地理位置不同，因此數據呈嚴重的分散性；第二是各分布式電源管理數據所使用的數據庫管理系統、操作系統都不相同，數據的異構性也相當的嚴重。基于以上兩點可知：分布式電源信息管理的關鍵是實現異構數據至HBase的同步。

圖2是分布式電源異構數據的同步存儲圖。在圖2中，可見當系統中存在若干個異構數據源(假設分別為SqlServer，Oracle和MySQL)時，系統首先要做的是對每一個異構數據源進行數據的前置處理。所謂的前置處理主要包括兩個步驟：第一步是對數據進行內容的清洗，格式的轉換及標準化處理；第二步是將標準化處理后的數據進行封裝，封裝成便于網絡傳輸的XML格式。

圖2 分布式電源異構數據的同步存儲圖

前置處理結束的數據已經是基本無冗余且格式相對統一的數據。下一步就是需要將數據傳輸至遠程的數據中心。數據傳輸可以采取兩種方式，第一種方式是構建電力數據傳輸專用網；第二種方式是利用公共數據傳輸網再輔之以VPN技術等，增加數據傳輸的安全性。

為了提高數據的傳輸效率，本設計采用SOAP(Simple Object Access Protocal，簡單對象訪問協議)及WSDL(WebServices Description Language，Web服務語言)來構造數據傳輸的平臺。具體方法為：第一步在分布式電源的數據輸出端及WebService服務器上部署相應的SOAP Service(SOAP服務)；第二步利用基于CORBA和DCOM技術的遠程過程調用(RPC)來完成數據的通信，通信的主體是SOAP Client，方法是SOAP Envelope，而代碼也相對簡單，以JAVA為例，具體代碼如圖3所示。

圖3 SOAP Service的實現代碼

圖2中數據集成中心的主要任務是對前置機傳來的數據進行解析及正確性核對，如果核對的結果無誤，則將數據存入HBase數據中心，如果數據有誤，則將錯誤分析報告返回前置機及前端數據處理系統，以確定原因和進行改正，具體步驟如圖4所示。

圖4 數據集成中心數據處理流程

4 總結

本文提出了利用HBase數據庫進行分布式電源異構數據處理的問題，經過測試分析可知，本設計所構建的HBase數據處理平臺可以有效地實現各種異構數據至數據管理中心的同步，數據傳輸的過程安全性強且準確率高，對分布式電源引入電網的管理提供了良好的思路。

[1]周志霞.分布式電源并網對電能質量的影響[D].保定：華北電力大學，2012：3-5.

[2]孟祥萍，周來.HBase在智能電網異構數據同步中的應用[J].電力系統保護與控制，2015(24)：124-125.

Research on distributed power supply control system based on HBase

MENG Yun-xia
(Shijiazhuang Information Engineering Vocational College,Shijiazhuang Hebei 050035,China)

TM 387

A

1002-087X(2017)09-1366-03

2017-02-21

孟云俠(1978—)，女，河北省人，副教授，本科，主要研究方向為數據庫及網頁網站教學。