電力計量主站采集鏈路監測技術分析

孫海闊

摘? 要：隨著社會經濟的不斷發展，電力行業面臨著機遇和挑戰并存的發展局面，在這種背景下，各種類型的電力計量設備應運而生，在設備運行過程中，會產生大量的電能量數據，為提高電力計量主站運行的穩定性，需要結合電力企業的實際情況，利用先進的監測技術，建立完善成熟的電力計量主站采集鏈路監測機制，實現對關鍵業務鏈路的動態化監測，助推電力計量主站的高質量、高效率運行成為現實。該文基于電力計量主站采集鏈路的建設現狀，詳細分析采集鏈路監測體系的建設方法，其中涵蓋科學搭建技術架構、整合處理監測信息以及優化設計監控系統等，旨在強化電力計量主站的運維效果，以期為相關人員提供參考和借鑒。

關鍵詞：電力計量；主站采集；鏈路監測；優化設計；監控系統

中圖分類號：TM933.4? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）06-0160-04

Abstract： With the continuous development of social economy， the electric power industry is facing both opportunities and challenges. In this context， various types of electric power metering equipment arises at the historic moment， and a large number of electric energy data will be generated in the process of equipment operation. In order to improve the stability of the operation of the power metering master station， it is necessary to consider the actual situation of electric power enterprises and make use of advanced monitoring technology， establish and improve the mature power metering master station acquisition link monitoring mechanism to achieve dynamic monitoring of key business links， and promote the high-quality and efficient operation of the power metering master station. Based on the present situation of the construction of the acquisition link of the power metering master station， this paper analyzes in detail the construction method of the collection link monitoring system， which includes the scientific construction of the technical framework， the integration of monitoring information and the optimization of the design of the monitoring system， etc.， in order to strengthen the operation and maintenance effect of the power metering master station， and provide reference for relevant personnel.

Keywords： power metering; master station acquisition; link monitoring; optimal design; monitoring system

在電力計量設備運行期間，數據信息的采集量以及采集頻次，呈高速上升趨勢，電能量數據顯著增長，對電力計量主站的運行能力，提出了更高的要求。針對這種情況，需要聯系電力計量主站的現實要求，搭建采集鏈路監測系統，對大量的電能量數據展開全面系統的管理，確保電力計量主站的運行質量和效率，能夠滿足電能量數據對高水平運維管理的需求，促進電力計量主站的可靠運行，為電力行業的長效健康發展注入源源不斷的動力。基于此，深層次分析并研究電力計量主站采集鏈路監測技術的應用方法，對于電力行業的可持續發展而言，具有深遠的意義。

1? 電力計量主站采集鏈路建設現狀

為進一步提升電力計量主站的運行水準，本文對A電力企業計量主站的運行工況展開了詳細的調查和研究，結合調查數據可知，該企業的計量主站在長期運行的過程中，各個系統的運行狀態良好，其中包括服務器以及數據庫等。但為適應電力行業的發展需求，A企業的生產經營模式發生了一定的變化，業務量呈逐年上升趨勢，在這種背景下，企業內部的數據資源持續擴大，業務層次不斷增多，在無形中加大了電能量數據的監管難度，給電力計量主站的平穩運行造成了一定的干擾。就實際情況而言，A企業電力主站監控系統的不足和欠缺主要表現在以下幾方面。

1.1? 故障定位緩慢

A電力企業的業務量不斷增加，意味著電力計量主站監控系統的規模也要隨之擴大，因此系統的迭代更新較快，在監控系統更新優化的過程中，重點內容就在于故障定位的準確性和時效性，但就實際情況而言，該企業監控系統故障定位較為緩慢，監控視角不夠一致，使得故障排查效率低，不利于電力計量主站的穩定運行[1]。

1.2? 抄表程序復雜

當今時代家家戶戶已配備智能電表，但不少特殊用戶仍需要采用人工抄表模式，業務流程繁瑣，需要抄表員上門等多種方式計收電量電費，這種落后的抄表模式，難以在短時間內實現對電費的高效收繳，加之電費收繳工作缺乏科學有效的監管，加大了電費收繳成本，影響到了企業的經濟效益。

1.3? 趨勢分析難把控

在分析電能量數據的趨勢變化時，主要是采用監控預警算法，這種趨勢預測模式的關鍵在于預警閾值的有效選取，但電力計量主站在運行期間，所產生的數據存在特殊變化情況，如暗漲變化或陰跌變化等，這2種變化情況不夠明顯，使得電能量數據變化趨勢分析難度較大，極易造成漏報或誤報的問題。

結合上述內容可知，電力企業的電力計量主站監控系統還存在一定的不足，這就需要采取先進的監測技術，對現行的主站監控系統實施創新優化，構建出故障排查準確、抄表效率高、趨勢預測能力強的采集鏈路監測系統，實現對企業內部資源對象以及各業務層次的全面化監控。

2? 電力計量主站采集鏈路監測技術分析

2.1? 技術架構

本文所研究的電力計量主站采集鏈路監測技術架構，主要由3方面內容組成，分別是監測系統、系統主站以及通信網絡。這3項基礎架構的功能存在較大的差異性，其中監測系統的總體框架主要由計量主站、通信網絡以及數據終端組合而成，該系統的主要作用是對用戶產生的電力信息展開采集和處理并加以應用。系統主站由4部分組成，分別是應用服務器、通信前置機、業務服務器以及接口服務器，主站的功能較多，具體表現在2方面：一方面是實時儲存電力數據并留有備份，另一方面是提供數據查詢與調度服務。通信網絡的核心功能是支持電力計量主站采集鏈路監測系統的安全穩定運行，確保信息數據能夠快速傳輸至主站內部。

綜合上述內容可明確，電力計量主站采集鏈路監測系統由多項技術端組成，為充分發揮出該系統的作用和價值，在搭建技術架構的過程中，要根據電力設備的具體運行情況，以及計量主站的實際運行要求，有針對性地優化改良技術架構，提高監測系統的完善程度，為電力計量主站穩健運行提供有力的技術保障，確保監測系統能夠呈現出良好的電力數據采集以及故障定位功能，促進電力設備的安穩運行。

2.2? 優化設計

2.2.1? 監控場景運行狀況

監控系統的核心功能就是對電力計量主站的各種運行場景展開全方位的監測，通過對監控系統的實時觀察，技術人員能夠及時排查出電力計量主站潛在的故障隱患，再采取有針對性的措施加以處理，能夠保障主站的正常運行。全鏈路監測技術的應用范圍較為廣泛，從該技術在電力計量主站監控系統中的運行情況來看，其主要監控場景有信息采集、拓撲可視化展示、系統報警以及故障定位，通過對典型全鏈路監測場景的分析可得出以下內容。

其一，信息采集。利用時間序列數據庫，儲存全鏈路調用中產生的數據信息。

其二，網絡拓撲。將客戶端與服務器端中的數據信息以及網絡拓撲結構等進行可視化呈現，實現對服務器端應用代碼的智能監測[2]。

其三，系統報警。提前設定好預警閾值，在業務系統運行期間，一旦有數據信息超出閾值，系統就會自動開啟報警功能，將存在故障的具體鏈路以及節點信息，反饋至管理人員，以便于其處理解決故障。

其四，故障定位。鏈路請求分析系統與深入診斷系統協同合作后，會對歷史數據展開全面分析，在此基礎上，找出故障的根源所在，為運維人員修復處理故障提供科學的指導。例如，當電力設備發生運行故障，造成大規模的停電事故時，就會影響供電質量，為減少故障損失，可以利用故障定位系統，對故障設備所在覆蓋區域實施準確的定位，并展開有針對性的搶修，從而為用戶提供更加優質的供電服務。

2.2.2? 科學選擇監控對象

全鏈路監測系統在運行期間，會站在全局的角度，以上下游的視角，在信息采集展示技術的支持下，將調用鏈路節點的實際情況以及相關指標信息等全方位展示出來，這時運維人員就能夠根據監測系統呈現的內容，及時準確地定位故障，排查隱患。在這一過程中，監測對象是否具備合理性，直接關系到故障的發現、排查效果。在選取監測對象時，需要注意以下內容：監測對象指的是端到端調用鏈路節點，即業務系統的調用路徑，從業務請求的發出到最終結束調用，這一過程中所涉及的全部內容均屬于監測范疇內。在監測業務調用路徑的過程中，能夠及時發現前端、后端的異常情況，如響應報錯或遲緩等，通過對調用路徑的實時跟蹤，逐步選取出業務系統的最佳使用路徑，再對系統的性能實施改良優化，能夠促進業務系統的高效率運行。與此同時，在電力計量主站運行期間，智能采集終端集中器的公用配電運轉狀況，會直接影響到電力資源的利用效率。因此在選擇監控對象時，還要對公用配電的工況展開實時監控，基于其公變規律以及監控數據，靈活調整公變的電壓負荷，避免出現超負荷運載的情況，為變壓器的穩定運行夯實基礎，提高電力能源的綜合利用效益。

2.2.3? 綜合界定監控指標

在全鏈路監測運行期間，要將重點放在監測指標上，經實踐證明，與業務性質特征相符合的健康狀況監測指標，如系統吞吐量（TPS）以及響應時間等，對全鏈路監測的運行質量起著決定性作用。因此要加大對監測指標計算因子的應用力度，在計算因子的作用下，精準計算出監測指標數據，以此為基礎，采集監控對象中的數據信息，能夠及時發現監控系統的異常運行情況。由此，全鏈路監測在運行過程中，要以服務鏈路和節點為監控對象，利用計算因子，獲取監測指標數據，其中包括請求發送時間、Parent Span ID及Trace ID等。

2.2.4? 采集攔截監測信息

在電力計量主站采集鏈路的監測中，要在最大程度上保證數據的真實性、時效性以及可靠性，為降低數據獲取對原業務系統的不良影響。在采集攔截監控數據信息的過程中，要優先使用非侵入探針技術，這種技術主要是通過旁路連接的形式收集監測信息。并且該技術無需客戶端，對業務系統的正常運行影響較小，降低了業務系統的管理難度和故障概率。并且，想要進一步增強監測系統的可拓展性，就可以利用該技術的無縫連接與熱部署功能，使其拓展能力有所升高。在選擇監測信息的攔截技術時，要從大量的全鏈路分析工具中選用數據分析能力最佳的技術，如Pingpoint。這種技術為全鏈路監測提供了無侵入式的執行方法，通過對該技術插件和探針的優化改良，能夠更好地適應電力企業的業務需求。

另外，在采集電力信息的過程中，還要加強對遠程操作技術與自動化抄表技術的應用，這2種技術信息采集能力較強，不僅能夠將漏抄、錯抄的概率控制在最小范圍內，還能夠保證用電數據的精確性，并且在現代化科學技術手段的作用下，抄表業務流程得以優化，如圖1所示，為電網系統的安全運行提供了保障

2.2.5? 傳輸整合監測信息

利用監測信息采集攔截技術，獲取到全鏈路監測數據后，通過收集器將監測數據，由發送器傳輸至匯聚器，在傳輸過程中數據流起著至關重要的作用，為保證監測數據能夠通過數據順利發送至數據匯聚器，要綜合設定數據的發送間隔。常規情況下，相同的服務器上會同時存在監測數據采集器與發送器，而合理的發送間隔能夠收集器中的數據，以異步線程同步的方式，將數據傳輸至匯聚器，進而減少數據信息采集對電力計量主站的影響[3]。

為提高服務端與發送端之間的數據傳輸效率，避免大量數據在實時計算與入庫過程中，給計量主站造成不良影響，要采用Kafka+Zookeeper的集群模式，將其作為傳輸、匯聚監測信息數據的主要服務器。在集群模式的支持下，建立數據最優傳輸路徑，為用戶實時獲取監測數據創造有利條件，確保服務端與客戶端的數據信息能夠實現良好的整合。

3? 電力計量主站采集鏈路監控系統的建設要點

在建設電力計量主站采集鏈路監控系統的過程中，要將重點放在數據處理、儲存以及分析上，數據的采集傳輸系統如圖2所示。

本文所研究的全鏈路監控系統，在處理數據的過程中，主要是采集Kafka中2方面信息，一方面是調用鏈路，另一方指標數據。對于監控數據的儲存工作，可利用Elastic Search，這種技術不僅能夠儲存大量的調用鏈路以及監測指標，還能夠儲存計算后數據。為保障監控數據來源的客觀性，監控系統要具備一定的獨立性，因此要開發實用價值較高的數據獲取終端，并設置計量系統收集監控數據，通過對監控系統服務端的實時顯示，實現全鏈路監控系統的高水平建設。具體而言，電力計量主站采集鏈路監控系統的建設，涉及大量復雜且繁瑣的內容，為保證系統的運行能力，在實際建設過程中，可從以下幾方面入手。

3.1? 服務端

服務端是電力計量主站采集鏈路監測技術架構的重要組成部分，其主要作用就是采集、攔截、傳輸、整合、儲存、處理以及應用信息，為給用戶提供更加優質的服務，增強監控系統的可操作性，在優化設計服務端時，要結合業務性質，有針對性地設置服務端的操作方式[4]。

3.2? 應用端

應用端指的是可視化Web界面，通過對該界面的操控，能夠查詢到目標信息，如業務全鏈路或者監測指標。并且，應用端還能夠根據具體業務的變化情況，對各類監測信息實施多維度的綜合統計分析應用。

3.3? 物理端

物理端指的是應用并科學遷移，服務端與應用端中的數據資源，因此在搭建物理端的過程中，要合理部署虛擬化Docker容器以及Kubernetes調度系統等，以此為服務端和應用端的穩定運行夯實基礎。

3.4? 數據處理端

數據處理端在全鏈路監控系統中占據著主導地位，為強化數據處理成效，要對數據處理端加以完善和改良。例如，可以構建邏輯回歸模型，通過對模型中各參數的分析，精確推斷出調用鏈在正常運行情況下的安全區域。通過這種數據處理模式，排查故障問題，能夠起到良好的效果[5]。

3.5? 數據查詢端

在設計監控系統的數據查詢端時，要升級查詢功能，在查詢請求中，設置“時間戳”參數，該參數可實現信息數據的定位查詢，即搜索相應的關鍵詞或者日期，就能夠查詢到目標文件。在創建與時間戳相接近的索引文件時間點時，可利用Span調用鏈路，實現對當天和第二天索引文件的順利訪問。

3.6? 數據預測端

傳統的監控預警算法，無法及時準確地發現監控系統的微量波動情況，在無形中加大了故障漏報概率。想要有效解決這一問題，可以將mean-shift與機器學習算法有機結合后，再嵌入到監控系統中，確保能夠及時發現監控數據的變化情況，當異常變化量達到預警值，監測指標就會隨之進行均值漂移，在機器學習算法的作用下，能夠直觀地展現出監測數據的整體變化趨勢。此外，數據預測端還要具備電力負荷的預測功能。想要準確分析出電力系統的負荷情況，就要采集相應的電力數據信息，利用數據的服務端收集到電力信息后，技術人員就可以在終端上對入戶的高壓與低壓信息實施靈活的轉換，這時數據預測端能夠根據轉換后電力信息的數據情況，對電力系統的負荷情況加以分析，在此基礎上，掌握各類電力用戶的實際用電情況[6]。

4? 結束語

綜上所述，為提升電力計量主站的運行能力，增強其運維效能，要根據電力計量采集業務運行鏈路的監測需要，搭建完善的監控系統，為全鏈路監控系統的高質量運行奠定良好的基礎，為電力行業的穩健發展注入新活力，為電力企業創造更多的經濟價值。

參考文獻：

[1] 林曉慶.電力計量主站采集鏈路監測技術研究與應用[J].科技風，2022（2）：94-96.

[2] 閻帥，羅磊，姚棟方，等.電力計量主站通信網最大可靠性路徑選擇方法[J].信息技術，2023（5）：165-169，174.

[3] 石云輝.融合業務拓撲的電力計量全鏈路關鍵業務異常定位研究[J].微型電腦應用，2022，38（9）：59-62.

[4] 呂劍.電能信息采集相關技術在電力系統中的應用[J].現代工業經濟和信息化，2023，13（3）：161-162.

[5] 宋曉川，鄭寬昀，李俊臣，等.基于云計算的電力電能計量信息采集系統設計[J].工業加熱，2023，52（3）：66-70.

[6] 何程，曾勇，李念，等.基于數據采集的電力資產信息自動識別優化系統[J].自動化應用，2023，64（5）：231-233.