用電信息采集系統(tǒng)關(guān)口數(shù)據(jù)接入設(shè)計與實現(xiàn)

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(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096；3.國網(wǎng)贛西供電公司，江西 新余 338025）

0 引言

為滿足國網(wǎng)公司對用電信息采集系統(tǒng)“全覆蓋、全采集、全費控”要求，國網(wǎng)江西省電力公司按“一個系統(tǒng)、多級應(yīng)用”的原則在省公司建設(shè)全省統(tǒng)一的用電信息采集系統(tǒng)，統(tǒng)一實現(xiàn)購電側(cè)、供電側(cè)、售電側(cè)三個環(huán)節(jié)電能信息的采集與處理，構(gòu)建完善的電能信息數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)全省12個地市供電公司的電能量采集、配電監(jiān)測、電力負(fù)荷管理及低壓集中抄表的全覆蓋。

在關(guān)口電能量數(shù)據(jù)采集方面，目前各地市電能量計量系統(tǒng)都已建設(shè)完成，并投運使用。數(shù)據(jù)采集主要采用網(wǎng)絡(luò)通道、撥號通道傳輸電量信息。各地區(qū)變電站的計量表計大多已是數(shù)字電能表，具備RS-485通信接口條件。各地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)已建成，省調(diào)與各地調(diào)之間具備電量VPN專用網(wǎng)絡(luò)通道。各地區(qū)局的光纖環(huán)網(wǎng)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(diào)、地調(diào)實際情況，有效整合、充分利用現(xiàn)有資源，降低建設(shè)成本、減少建設(shè)風(fēng)險，國網(wǎng)江西省電力公司統(tǒng)籌安排，設(shè)計并實現(xiàn)了采用數(shù)據(jù)整合方式將全省電能量計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入用電信息采集系統(tǒng)進行管理，并取得了系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用的實效。

1 系統(tǒng)說明

全省220 kV及以上變電站（含電廠）由江西省調(diào)電能量計量系統(tǒng)統(tǒng)一采集和管理。各地市局對所轄的110 kV、35 kV變電站、開關(guān)站、水火電廠進行電量采集。采集到的電量數(shù)據(jù)通過信息數(shù)據(jù)網(wǎng)（三區(qū)）傳送至數(shù)據(jù)接口服務(wù)，并統(tǒng)一存儲在用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，由用電信息采集系統(tǒng)對電量數(shù)據(jù)進行應(yīng)用、處理、發(fā)布。

各地市局所屬的110 kV、35 kV變電站計量基本信息的設(shè)置、錄入和數(shù)據(jù)維護、采集通道信息和數(shù)據(jù)維護等工作由各地市局電能量計量系統(tǒng)完成；模型拼接、數(shù)據(jù)匯總由接口服務(wù)進行處理；電量數(shù)據(jù)的應(yīng)用和發(fā)布由用電信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)。該方案通過“硬件集中、軟件集成”的方式，達(dá)到了簡化接口、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的效果，同時將采集點、計量點管理、通道維護、數(shù)據(jù)維護等工作分散到了地市局進行管理，有利于建設(shè)和維護，可對屬于省調(diào)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(shù)據(jù)充分整合，以便進行對電量信息的深度分析應(yīng)用。

本著“標(biāo)準(zhǔn)、通用”的原則，同時，用電信息采集系統(tǒng)關(guān)口數(shù)據(jù)接入設(shè)計并開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊接口。實現(xiàn)：全省電能量計量參數(shù)模型的拼接；全省電能量計量數(shù)據(jù)的匯總；全省電能量計量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲；全省電能量計量信息的數(shù)據(jù)同步。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

基于“經(jīng)濟、實用”的基本原則，數(shù)據(jù)平臺充分利用用電信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)備。使用數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲，分級管理的模式。確保用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用的整體效率和性能，同時滿足變電站數(shù)量增長以及各地市局電能量計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚后的對系統(tǒng)性能的要求。物理架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

數(shù)據(jù)平臺邏輯結(jié)構(gòu)分為部署在省公司的數(shù)據(jù)接入服務(wù)端和部署在各地市層面的客戶端，其中服務(wù)端包括了模型管理、事件通知、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理和安全校驗?zāi)K，客戶端包括了模型查詢、數(shù)據(jù)查詢、事件通知和安全校驗?zāi)K，邏輯架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

3 系統(tǒng)功能描述

3.1 服務(wù)總線

圖3為系統(tǒng)ESB示意圖。企業(yè)服務(wù)總線是系統(tǒng)互聯(lián)的核心，采用SOA架構(gòu)實現(xiàn)，分為服務(wù)器和客戶端兩部分組成?；贓SB技術(shù)實現(xiàn)信息的通訊與交互。實現(xiàn)以下功能：

1）管理服務(wù)之間消息路由，即負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)請求從數(shù)據(jù)平臺發(fā)送到指定的電能量系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。

2）在服務(wù)請求者和提供者間實現(xiàn)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換。

3）在請求者和服務(wù)之間實現(xiàn)消息格式轉(zhuǎn)換。

4）能夠處理不同來源的業(yè)務(wù)事件，允許在現(xiàn)有的服務(wù)中加入新的服務(wù)，或者改變現(xiàn)有服務(wù)，對現(xiàn)有服務(wù)的使用不造成影響。

圖3 ESB示意

3.2 模型管理子系統(tǒng)

圖4 為模型管理子系統(tǒng)簡易流程圖。通過對省調(diào)及各地市電能量計量系統(tǒng)內(nèi)模型及參數(shù)的統(tǒng)一編碼，實現(xiàn)數(shù)據(jù)對象的一體化管理功能。保證每一個信息對象在數(shù)據(jù)平臺中只有唯一的一個關(guān)鍵字。解決各電能量計量系統(tǒng)差異化造成的對象沖突問題。

以IEC-61970規(guī)范中描述的CIM模型對象作為模型交互的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)全省電能量計量系統(tǒng)的模型拼接功能。

圖4 模型管理子系統(tǒng)

3.3 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)實現(xiàn)全省電能量計量數(shù)據(jù)的匯總工作，其主要功能包括數(shù)據(jù)召測的任務(wù)調(diào)度以及召測數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)化和輸入存儲功能。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)整合的核心，為用電信息采集系統(tǒng)提供全省關(guān)口電能量計量數(shù)據(jù)。圖5為該子系統(tǒng)簡易流程圖。

圖5 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

3.4 事件通知子系統(tǒng)

事件通知子系統(tǒng)主要提供了數(shù)據(jù)平臺與省調(diào)及各地市電能量計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步服務(wù)。該服務(wù)負(fù)責(zé)響應(yīng)來自全省電能量計量系統(tǒng)的模型參數(shù)及數(shù)據(jù)變化信息的消息通知。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型將模型數(shù)據(jù)與電能量數(shù)據(jù)分離，將模型數(shù)據(jù)傳遞給模型管理服務(wù)；將電能量數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)管理服務(wù)。圖6為該子系統(tǒng)簡易流程圖。

圖6 事件通知子系統(tǒng)

4 系統(tǒng)運行設(shè)計

4.1 通訊模塊運行

4.1.1 模塊組合

通訊接口是數(shù)據(jù)整合方案的核心業(yè)務(wù)。通訊接口以企業(yè)服務(wù)總線為基礎(chǔ)，使用WEBSERVICE方式進行數(shù)據(jù)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(tǒng)中的通訊接口服務(wù)為核心，以星形結(jié)構(gòu)將省調(diào)電能量計量系統(tǒng)和各地市電能量計量系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡(luò)。省局信息服務(wù)總線為服務(wù)提供者，省調(diào)電量系統(tǒng)與各地市電量系統(tǒng)作為客戶端即服務(wù)調(diào)用者。

圖7為通訊接口示意圖。由通訊接口的服務(wù)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(wù)與模型訪問接口組成。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)平臺與省調(diào)及各地市電能量計量系統(tǒng)進行模型參數(shù)的交互。

2）數(shù)據(jù)交互單元，由數(shù)據(jù)管理服務(wù)與數(shù)據(jù)訪問接口組成。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)平臺與省調(diào)及各地市電能量計量系統(tǒng)進行電量數(shù)據(jù)的交互。

3）信息同步單元，由事件通知服務(wù)與事件通知接口組成。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)平臺與省調(diào)及各地市電能量計量系統(tǒng)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(yīng)用方式圖。從數(shù)據(jù)應(yīng)用角度，通訊接口可分為模型交互接口和電量數(shù)據(jù)交互接口。其中：

模型交互接口主要實現(xiàn)電能量計量參數(shù)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(shù)等數(shù)據(jù)。模型數(shù)據(jù)由省調(diào)電量系統(tǒng)和各地市電量系統(tǒng)輸出到通訊接口，以標(biāo)準(zhǔn)格式進行傳輸。

圖8 接口應(yīng)用方式

數(shù)據(jù)交互接口主要實現(xiàn)對全省電能量數(shù)據(jù)的交互，主要包括：電能量日統(tǒng)計數(shù)據(jù)、計算匯總數(shù)據(jù)等。該數(shù)據(jù)信息由省調(diào)電量系統(tǒng)和各地市電量系統(tǒng)輸出到通訊接口，并以日為單位按照約定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行傳輸。

圖9為接口業(yè)務(wù)邏輯圖。從業(yè)務(wù)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(tǒng)的客戶端接口主動向服務(wù)總線發(fā)起傳送數(shù)據(jù)信息的任務(wù)，該模式主要用來實現(xiàn)電能量計量系統(tǒng)模型及電量數(shù)據(jù)變化后的數(shù)據(jù)同步功能。

拉模式是由用電信息采集系統(tǒng)的接口服務(wù)主動向各電能量計量系統(tǒng)發(fā)起信息數(shù)據(jù)召喚的任務(wù)，該模式主要用來實現(xiàn)電能量計量數(shù)據(jù)的匯總功能，同時滿足用戶手工維護數(shù)據(jù)同步功能。

圖9 接口業(yè)務(wù)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(tǒng)的數(shù)據(jù)庫訪問模塊、事件通知接口、事件通知服務(wù)、模型管理服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)組成。該組合涉及面廣，參與模塊較多，流程也較為復(fù)雜。

4.2.2 運行控制

該組合的由電能量計量系統(tǒng)發(fā)起，共分為7個步驟：

由電能量計量系統(tǒng)產(chǎn)生事件信息，將其寫入數(shù)據(jù)庫。

1）事件捕捉器檢查數(shù)據(jù)表，捕捉事件信息。

2）事件捕捉器調(diào)用事件通知接口，將事件信息發(fā)往服務(wù)總線。

3）服務(wù)總線將事件信息傳遞給事件通知服務(wù)。

4）事件通知服務(wù)根據(jù)事件信息的類型調(diào)用相應(yīng)的事件處理邏輯，并返回處理結(jié)果給服務(wù)總線。

5）服務(wù)總線將處理結(jié)構(gòu)傳遞個事件通知接口。

6）事件通知接口將返回結(jié)果傳遞給時間捕捉器。

7）事件捕捉器根據(jù)返回結(jié)果作出判斷，如果返回成功則從數(shù)據(jù)庫中刪除該事件記錄；否則，重新發(fā)送該事件信息。

詳細(xì)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(shù)據(jù)的通訊模式。通過調(diào)用客戶端的模型交互接口、數(shù)據(jù)交互接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。拉模式的發(fā)起者是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)變化與事件上報的信息。對于客戶端的模型數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)發(fā)生變化時將主動通知平臺的接口。該接口以監(jiān)聽器的方式唄加載在平臺內(nèi)。

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

推模式的發(fā)起者是客戶端程序。

5 系統(tǒng)關(guān)鍵點和難點計

5.1 數(shù)據(jù)補救

當(dāng)系統(tǒng)異常后，數(shù)據(jù)在時間層面存在斷檔。因此，根據(jù)數(shù)據(jù)召測的最小單元電能表計設(shè)置最后數(shù)據(jù)匯總時間，每次匯總成功后更新時標(biāo)。系統(tǒng)恢復(fù)后依舊以該時標(biāo)作為數(shù)據(jù)匯總的開始時間。

電能量計量系統(tǒng)的事件同步機制保存10天的事件更新記錄。如果系統(tǒng)停止后，在10天以內(nèi)恢復(fù)，不做全模型召測。如果系統(tǒng)在10天后恢復(fù)則對省調(diào)及各地市電能量計量系統(tǒng)進行全模型召測，通過參數(shù)對照模塊進行比較，以地區(qū)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)更新模型參數(shù)。

5.2 對象沖突處理

數(shù)據(jù)整合平臺為省和各地區(qū)電量系統(tǒng)提供控制區(qū)域、廠站、設(shè)備（變壓器、線路、線路端點、開關(guān)、發(fā)電機組和變壓器繞組）電網(wǎng)模型對象和電表對象的增加、修改、刪除方法，同時數(shù)據(jù)平臺也可以把模型對象沖突信息提供給各電量系統(tǒng)以解決沖突，保持?jǐn)?shù)據(jù)整合平臺電網(wǎng)模型的一致性。

6 結(jié)論

基于江西用電信息采集系統(tǒng)及電能量數(shù)據(jù)采集情況和實際應(yīng)用需求，主要研究基于ESB技術(shù)的異構(gòu)系統(tǒng)間電能量數(shù)據(jù)交換技術(shù)、基于CIM模型的電能量計量系統(tǒng)和營銷系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換和匹配技術(shù)。通過把各地市電能量計量系統(tǒng)的電能量數(shù)據(jù)生成標(biāo)準(zhǔn)的WSDL格式并通過網(wǎng)絡(luò)接口傳送到營銷用電信息采集系統(tǒng)并解析從營銷用電信息采集系統(tǒng)傳送回的WSDL接口。實現(xiàn)雙方電量數(shù)據(jù)的交換和共享。通過模糊信息匹配技術(shù)，實現(xiàn)電能量計量系統(tǒng)中的基于標(biāo)準(zhǔn)CIM電網(wǎng)模型和營銷用電信息系統(tǒng)中的營銷系統(tǒng)模型的相互匹配和轉(zhuǎn)換，并把基于這兩個模型的電量數(shù)據(jù)錄入各自系統(tǒng)中。在通過本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和與異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，用電信息采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)分區(qū)、分壓、分線、分臺等不同類別的線損電量的統(tǒng)計分析和區(qū)域、變電站、電壓等級、母線、變壓器的電量平衡的統(tǒng)計分析。