基于分布式協調的電力綜合數據集成系統構建

曹鑫，邱靈赟，彭小慶，王云飛，李博

（國網四川省電力公司供電服務中心，四川 成都 610041）

隨著我國電力企業的快速發展，相關部門建立獨立的電力數據處理系統，這些系統的構建通過不同平臺、不同工具等進行開發，并應用在不同領域[1]。這些電力企業數據管理系統往往依據自身需求構建，與其他部門之間相互獨立存在，很難進行訪問[2]。雖然越來越多平臺被研發和使用，人們獲取電力綜合數據也越來越輕松[3]，然而，電力綜合數據并不能得到良好的利用，這些數據往往是以不同格式分散到數據庫之中，因而很難將其集成起來進行分析，有效整理工作變得十分困難，處理數據需耗費大量人力和時間，由此形成了信息孤島[4]。因此，在不同部門間建立統一規范的接口，實現不同系統間數據共享變得尤為重要[5]。

在電力綜合數據集成過程中，聚集了很多不同電力資源，并在應用過程中累積了大量異構數據，這些數據結構相對簡單，但隨著數據量快速增長，采用單一數據集成系統無法快速集成這些數據。傳統系統在進行電力綜合數據的集成時存在集成速度較慢，且集成的數據內容不能適應當前需求等。為了解決該問題，提出了基于分布式協調的電力綜合數據集成系統構建。通過數據轉換，將電力數據定時集成到同一個數據庫內，以此滿足電力用戶工作需求。實驗結果表明，文中系統可以快速實現電力綜合數據的集成，具有一定現實意義。

1 系統框架

系統的構建是采用分布式三層體系，分別為應用層、中間層和數據層。應用層包括管理員工作站、瀏覽器；中間層包括全局本體、局部本體和查詢組件；數據層包括客戶端和共享服務器[6-7]。系統總體框架如圖1所示。

圖1 系統總體框架

該系統中間層采用全局和局部相結合的模式，通過查詢組件實現數據源到局部和全局的映射，實現即插即用[8]。

1.1 應用層

依據電力系統實際應用情況，該層次主要包括兩種用戶：一種是電力系統工作人員，其利用管理工作站實時監控現場各個系統的數據，以保證系統能夠正常運行；另一種是供其他工作人員使用的查詢組件，即為瀏覽器，以適應未來電力系統需求，用戶查詢組件的全局，無需關心系統底層數據源，實現透明訪問[9-10]。

1.2 中間層

中間層主要負責電力綜合數據集成與交換，采用中間組件方式，實現對分布式數據源的直接訪問。該層次查詢組件解析從本體映射到局部數據源，并將其從各個數據源中進行信息整合，通過XSLT轉化，傳輸給應用層[11]。

本體組件是該層的核心組件，在集成過程中，針對不同數據源通過模式映射構建相應局部本體，并以此為基礎，建立整個系統上的全局本體[12]。映射組件是連接本體組件和查詢組件的關鍵樞紐，也是在本體組件構建完成后進行的映射組件，通過計算不同本體間的相似度，可搜索相似度最大的本體[13]。通過該組件能夠在最大程度上發現局部最優映射，并以此制定映射規則。查詢組件通過查詢處理用戶指令，實現全局本體、局部本體和數據源之間的映射，將用戶全局查詢分解成多個對應的單獨數據源。XML數據源查詢語言具有功能強大、方便、易于實現的特點[14]。

1.3 數據層

數據層位于系統框架最底層，該層次主要包括客戶端和共享服務器，實現不同數據的高效共享，并通過包裝器為應用層和中間層提供數據支持[15]。

使用手機客戶端主要與服務器相對應，為客戶端提供本地服務程序。移動客戶端以手機為主，能夠運行在手機終端，通過無線互聯網進行數據傳輸。利用手機無線網絡上網，首次登錄時需要手動輸入網址，并保存標簽，為后續訪問提供便利[16]。

包裝器實現對數據源的映射，不同數據源需采用相應的包裝器，并從數據源中提取出XML Schema模式的數據，并將查詢映射指定為特定數據源，以此識別物理查詢，并將底層抽取，轉化為XML文件格式。

2 系統軟件設計

2.1 分布式協調電力綜合數據無縫集成

在該系統硬件設計的基礎上，設計系統軟件部分以完成該系統集成電力綜合數據。在該系統中實現各類數據采集之前的無縫銜接、平滑過渡，能夠較好解決信息孤島問題，矢量數據集成流程如圖2所示。

將分布式協調后的數據進行矢量集成化整理，并將矢量數據通過構建WFS文件服務，將數據庫中的數據加載到該文件中，進而達到電力綜合數據與相關數據的集成。

圖2 矢量數據集成流程

2.2 數據集成流程設計

數據集成系統實現了對海量數據不同作業的區別，具體作業流程如圖3所示。

圖3 數據集成流程

首先，客戶端發送集成請求到調度Agent中；從調度Agent中獲取作業元數據信息；判斷是否需要數據劃分，如果不需要，則可直接分配該作業到最強節點上，否則，需進行下一步；然后，收集所有節點信息，按照負載信息設定具體劃分方案；依據劃分結果，選中節點發送執行信息；再次，等待節點執行的任務，并返回作業完畢信息；最后，合并作業結果，實現電力數據綜合集成。

3 系統調試

在調試試驗環境下實現基于分布式協調的電力綜合數據集成系統，為了驗證該系統構建的合理性，需進行調試分析。

3.1 開發環境

系統開發環境如表1所示。

表1 系統開發環境

3.2 實驗參數

系統實驗的參數設置如表2所示。

表2 電力數據資源

3.3 查詢界面設置

系統查詢界面設置如圖4所示。

圖4 系統查詢界面設置

依據上述設置的查詢界面，進行系統調試驗證分析。

3.4 調試結果與分析

3.4.1 不同系統數據集成速度對比

為了驗證文中系統的有效性，將傳統系統與文中系統的電力綜合數據集成速度進行對比分析，實驗結果如圖5所示。

圖5 不同系統集成速度對比

分析圖5可以看出，對在線數據和離線數據的集成速度，兩種系統差距較大。在線數據的集成：當集成數據量為25 dB時，采用文中系統集成速度為13 s，采用傳統系統集成速度為23 s；當集成的數據量為75 dB時，采用文中系統集成速度為12 s，采用傳統系統集成速度為24 s；當數據量為150 dB時，采用文中系統集成速度為7 s，采用傳統系統集成速度為22 s。針對離線數據的采集：當數據量為50 dB時，采用文中系統集成速度為5 s，采用傳統系統集成速度為22 s；當數據量為75 dB時，采用文中系統集成速度為7s，采用傳統系統集成速度為22 s；當數據量為150 dB時，采用文中系統集成速度為3 s，采用傳統系統集成速度為23 s。

根據上述研究結果可知，文中系統的對電力綜合數據的集成速度更快。

3.4.2 不同系統數據集成的準確性分析

為了進一步驗證文中方法的可靠性，實驗分析了傳統系統和文中系統對電力綜合數據集成的準確性，實驗結果如表3所示。

表3 不同系統數據集成準確性對比

分析表3中數據可知，隨著集成的節點數據的增加，兩種系統的準確率隨之改變。當集成的節點數據為2 000個時，文中系統集成的準確率為96%，傳統系統的集成準確率為85%；當集成的節點數據為4 000個時，文中系統集成的準確率為95%，傳統系統的集成準確率為80%；當集成的節點數據為7 000個時，文中系統集成的準確率為92%，傳統系統的集成準確率為72%。通過對比可以看出，文中系統對電子綜合數據的集成準確率高于傳統系統，且均高于92%，驗證了文中系統的可行性。

4 結束語

文中提出基于分布式協調的電力綜合數據集成系統構建。該系統的構建解決了電力數據孤島問題，使電力信息可以及時、有效的共享。實驗結果表明，文中系統可有效提高電力綜合數據的集成速度，且集成準確率較高，證明了該系統對電力綜合數據集成具有一定優勢。

雖然文中系統在現階段取得了一定成果，但還存在很多不足，在以后的工作中將從以下兩點進行改進：

1）組件技術在電網中的應用較為廣泛，因此，在后續研究進程中，需將組件技術應用到電網中繼續研究。

2）由于智能電網還在小規模范圍內使用，文中系統對于應用安全性考慮較少，未來將以此為重點，進行電力綜合數據安全性的探究。