電力計量主站采集鏈路監(jiān)測技術(shù)分析

孫海闊

摘? 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力行業(yè)面臨著機遇和挑戰(zhàn)并存的發(fā)展局面，在這種背景下，各種類型的電力計量設(shè)備應(yīng)運而生，在設(shè)備運行過程中，會產(chǎn)生大量的電能量數(shù)據(jù)，為提高電力計量主站運行的穩(wěn)定性，需要結(jié)合電力企業(yè)的實際情況，利用先進的監(jiān)測技術(shù)，建立完善成熟的電力計量主站采集鏈路監(jiān)測機制，實現(xiàn)對關(guān)鍵業(yè)務(wù)鏈路的動態(tài)化監(jiān)測，助推電力計量主站的高質(zhì)量、高效率運行成為現(xiàn)實。該文基于電力計量主站采集鏈路的建設(shè)現(xiàn)狀，詳細(xì)分析采集鏈路監(jiān)測體系的建設(shè)方法，其中涵蓋科學(xué)搭建技術(shù)架構(gòu)、整合處理監(jiān)測信息以及優(yōu)化設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)等，旨在強化電力計量主站的運維效果，以期為相關(guān)人員提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電力計量；主站采集；鏈路監(jiān)測；優(yōu)化設(shè)計；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TM933.4? ? ? 文獻標(biāo)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(shè)備運行期間，數(shù)據(jù)信息的采集量以及采集頻次，呈高速上升趨勢，電能量數(shù)據(jù)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(lián)系電力計量主站的現(xiàn)實要求，搭建采集鏈路監(jiān)測系統(tǒng)，對大量的電能量數(shù)據(jù)展開全面系統(tǒng)的管理，確保電力計量主站的運行質(zhì)量和效率，能夠滿足電能量數(shù)據(jù)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(yè)的長效健康發(fā)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(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方法，對于電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展而言，具有深遠的意義。

1? 電力計量主站采集鏈路建設(shè)現(xiàn)狀

為進一步提升電力計量主站的運行水準(zhǔn)，本文對A電力企業(yè)計量主站的運行工況展開了詳細(xì)的調(diào)查和研究，結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)可知，該企業(yè)的計量主站在長期運行的過程中，各個系統(tǒng)的運行狀態(tài)良好，其中包括服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫等。但為適應(yīng)電力行業(yè)的發(fā)展需求，A企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式發(fā)生了一定的變化，業(yè)務(wù)量呈逐年上升趨勢，在這種背景下，企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)資源持續(xù)擴大，業(yè)務(wù)層次不斷增多，在無形中加大了電能量數(shù)據(jù)的監(jiān)管難度，給電力計量主站的平穩(wěn)運行造成了一定的干擾。就實際情況而言，A企業(yè)電力主站監(jiān)控系統(tǒng)的不足和欠缺主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1.1? 故障定位緩慢

A電力企業(yè)的業(yè)務(wù)量不斷增加，意味著電力計量主站監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模也要隨之?dāng)U大，因此系統(tǒng)的迭代更新較快，在監(jiān)控系統(tǒng)更新優(yōu)化的過程中，重點內(nèi)容就在于故障定位的準(zhǔn)確性和時效性，但就實際情況而言，該企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)故障定位較為緩慢，監(jiān)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(wěn)定運行[1]。

1.2? 抄表程序復(fù)雜

當(dāng)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(yè)務(wù)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(nèi)實現(xiàn)對電費的高效收繳，加之電費收繳工作缺乏科學(xué)有效的監(jiān)管，加大了電費收繳成本，影響到了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1.3? 趨勢分析難把控

在分析電能量數(shù)據(jù)的趨勢變化時，主要是采用監(jiān)控預(yù)警算法，這種趨勢預(yù)測模式的關(guān)鍵在于預(yù)警閾值的有效選取，但電力計量主站在運行期間，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)變化趨勢分析難度較大，極易造成漏報或誤報的問題。

結(jié)合上述內(nèi)容可知，電力企業(yè)的電力計量主站監(jiān)控系統(tǒng)還存在一定的不足，這就需要采取先進的監(jiān)測技術(shù)，對現(xiàn)行的主站監(jiān)控系統(tǒng)實施創(chuàng)新優(yōu)化，構(gòu)建出故障排查準(zhǔn)確、抄表效率高、趨勢預(yù)測能力強的采集鏈路監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)部資源對象以及各業(yè)務(wù)層次的全面化監(jiān)控。

2? 電力計量主站采集鏈路監(jiān)測技術(shù)分析

2.1? 技術(shù)架構(gòu)

本文所研究的電力計量主站采集鏈路監(jiān)測技術(shù)架構(gòu)，主要由3方面內(nèi)容組成，分別是監(jiān)測系統(tǒng)、系統(tǒng)主站以及通信網(wǎng)絡(luò)。這3項基礎(chǔ)架構(gòu)的功能存在較大的差異性，其中監(jiān)測系統(tǒng)的總體框架主要由計量主站、通信網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)終端組合而成，該系統(tǒng)的主要作用是對用戶產(chǎn)生的電力信息展開采集和處理并加以應(yīng)用。系統(tǒng)主站由4部分組成，分別是應(yīng)用服務(wù)器、通信前置機、業(yè)務(wù)服務(wù)器以及接口服務(wù)器，主站的功能較多，具體表現(xiàn)在2方面：一方面是實時儲存電力數(shù)據(jù)并留有備份，另一方面是提供數(shù)據(jù)查詢與調(diào)度服務(wù)。通信網(wǎng)絡(luò)的核心功能是支持電力計量主站采集鏈路監(jiān)測系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，確保信息數(shù)據(jù)能夠快速傳輸至主站內(nèi)部。

綜合上述內(nèi)容可明確，電力計量主站采集鏈路監(jiān)測系統(tǒng)由多項技術(shù)端組成，為充分發(fā)揮出該系統(tǒng)的作用和價值，在搭建技術(shù)架構(gòu)的過程中，要根據(jù)電力設(shè)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(yōu)化改良技術(shù)架構(gòu)，提高監(jiān)測系統(tǒng)的完善程度，為電力計量主站穩(wěn)健運行提供有力的技術(shù)保障，確保監(jiān)測系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)出良好的電力數(shù)據(jù)采集以及故障定位功能，促進電力設(shè)備的安穩(wěn)運行。

2.2? 優(yōu)化設(shè)計

2.2.1? 監(jiān)控場景運行狀況

監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)測，通過對監(jiān)控系統(tǒng)的實時觀察，技術(shù)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(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛，從該技術(shù)在電力計量主站監(jiān)控系統(tǒng)中的運行情況來看，其主要監(jiān)控場景有信息采集、拓?fù)淇梢暬故?、系統(tǒng)報警以及故障定位，通過對典型全鏈路監(jiān)測場景的分析可得出以下內(nèi)容。

其一，信息采集。利用時間序列數(shù)據(jù)庫，儲存全鏈路調(diào)用中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息。

其二，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。將客戶端與服務(wù)器端中的數(shù)據(jù)信息以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等進行可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)對服務(wù)器端應(yīng)用代碼的智能監(jiān)測[2]。

其三，系統(tǒng)報警。提前設(shè)定好預(yù)警閾值，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行期間，一旦有數(shù)據(jù)信息超出閾值，系統(tǒng)就會自動開啟報警功能，將存在故障的具體鏈路以及節(jié)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(tǒng)與深入診斷系統(tǒng)協(xié)同合作后，會對歷史數(shù)據(jù)展開全面分析，在此基礎(chǔ)上，找出故障的根源所在，為運維人員修復(fù)處理故障提供科學(xué)的指導(dǎo)。例如，當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生運行故障，造成大規(guī)模的停電事故時，就會影響供電質(zhì)量，為減少故障損失，可以利用故障定位系統(tǒng)，對故障設(shè)備所在覆蓋區(qū)域?qū)嵤?zhǔn)確的定位，并展開有針對性的搶修，從而為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。

2.2.2? 科學(xué)選擇監(jiān)控對象

全鏈路監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)的支持下，將調(diào)用鏈路節(jié)點的實際情況以及相關(guān)指標(biāo)信息等全方位展示出來，這時運維人員就能夠根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)呈現(xiàn)的內(nèi)容，及時準(zhǔn)確地定位故障，排查隱患。在這一過程中，監(jiān)測對象是否具備合理性，直接關(guān)系到故障的發(fā)現(xiàn)、排查效果。在選取監(jiān)測對象時，需要注意以下內(nèi)容：監(jiān)測對象指的是端到端調(diào)用鏈路節(jié)點，即業(yè)務(wù)系統(tǒng)的調(diào)用路徑，從業(yè)務(wù)請求的發(fā)出到最終結(jié)束調(diào)用，這一過程中所涉及的全部內(nèi)容均屬于監(jiān)測范疇內(nèi)。在監(jiān)測業(yè)務(wù)調(diào)用路徑的過程中，能夠及時發(fā)現(xiàn)前端、后端的異常情況，如響應(yīng)報錯或遲緩等，通過對調(diào)用路徑的實時跟蹤，逐步選取出業(yè)務(wù)系統(tǒng)的最佳使用路徑，再對系統(tǒng)的性能實施改良優(yōu)化，能夠促進業(yè)務(wù)系統(tǒng)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(zhuǎn)狀況，會直接影響到電力資源的利用效率。因此在選擇監(jiān)控對象時，還要對公用配電的工況展開實時監(jiān)控，基于其公變規(guī)律以及監(jiān)控數(shù)據(jù)，靈活調(diào)整公變的電壓負(fù)荷，避免出現(xiàn)超負(fù)荷運載的情況，為變壓器的穩(wěn)定運行夯實基礎(chǔ)，提高電力能源的綜合利用效益。

2.2.3? 綜合界定監(jiān)控指標(biāo)

在全鏈路監(jiān)測運行期間，要將重點放在監(jiān)測指標(biāo)上，經(jīng)實踐證明，與業(yè)務(wù)性質(zhì)特征相符合的健康狀況監(jiān)測指標(biāo)，如系統(tǒng)吞吐量（TPS）以及響應(yīng)時間等，對全鏈路監(jiān)測的運行質(zhì)量起著決定性作用。因此要加大對監(jiān)測指標(biāo)計算因子的應(yīng)用力度，在計算因子的作用下，精準(zhǔn)計算出監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)，采集監(jiān)控對象中的數(shù)據(jù)信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的異常運行情況。由此，全鏈路監(jiān)測在運行過程中，要以服務(wù)鏈路和節(jié)點為監(jiān)控對象，利用計算因子，獲取監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)，其中包括請求發(fā)送時間、Parent Span ID及Trace ID等。

2.2.4? 采集攔截監(jiān)測信息

在電力計量主站采集鏈路的監(jiān)測中，要在最大程度上保證數(shù)據(jù)的真實性、時效性以及可靠性，為降低數(shù)據(jù)獲取對原業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不良影響。在采集攔截監(jiān)控數(shù)據(jù)信息的過程中，要優(yōu)先使用非侵入探針技術(shù)，這種技術(shù)主要是通過旁路連接的形式收集監(jiān)測信息。并且該技術(shù)無需客戶端，對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運行影響較小，降低了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的管理難度和故障概率。并且，想要進一步增強監(jiān)測系統(tǒng)的可拓展性，就可以利用該技術(shù)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(jiān)測信息的攔截技術(shù)時，要從大量的全鏈路分析工具中選用數(shù)據(jù)分析能力最佳的技術(shù)，如Pingpoint。這種技術(shù)為全鏈路監(jiān)測提供了無侵入式的執(zhí)行方法，通過對該技術(shù)插件和探針的優(yōu)化改良，能夠更好地適應(yīng)電力企業(yè)的業(yè)務(wù)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(shù)與自動化抄表技術(shù)的應(yīng)用，這2種技術(shù)信息采集能力較強，不僅能夠?qū)⒙┏?、錯抄的概率控制在最小范圍內(nèi)，還能夠保證用電數(shù)據(jù)的精確性，并且在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段的作用下，抄表業(yè)務(wù)流程得以優(yōu)化，如圖1所示，為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行提供了保障

2.2.5? 傳輸整合監(jiān)測信息

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

為提高服務(wù)端與發(fā)送端之間的數(shù)據(jù)傳輸效率，避免大量數(shù)據(jù)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(jiān)測信息數(shù)據(jù)的主要服務(wù)器。在集群模式的支持下，建立數(shù)據(jù)最優(yōu)傳輸路徑，為用戶實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)創(chuàng)造有利條件，確保服務(wù)端與客戶端的數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崿F(xiàn)良好的整合。

3? 電力計量主站采集鏈路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)要點

在建設(shè)電力計量主站采集鏈路監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，要將重點放在數(shù)據(jù)處理、儲存以及分析上，數(shù)據(jù)的采集傳輸系統(tǒng)如圖2所示。

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

3.1? 服務(wù)端

服務(wù)端是電力計量主站采集鏈路監(jiān)測技術(shù)架構(gòu)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(yīng)用信息，為給用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，增強監(jiān)控系統(tǒng)的可操作性，在優(yōu)化設(shè)計服務(wù)端時，要結(jié)合業(yè)務(wù)性質(zhì)，有針對性地設(shè)置服務(wù)端的操作方式[4]。

3.2? 應(yīng)用端

應(yīng)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(biāo)信息，如業(yè)務(wù)全鏈路或者監(jiān)測指標(biāo)。并且，應(yīng)用端還能夠根據(jù)具體業(yè)務(wù)的變化情況，對各類監(jiān)測信息實施多維度的綜合統(tǒng)計分析應(yīng)用。

3.3? 物理端

物理端指的是應(yīng)用并科學(xué)遷移，服務(wù)端與應(yīng)用端中的數(shù)據(jù)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(diào)度系統(tǒng)等，以此為服務(wù)端和應(yīng)用端的穩(wěn)定運行夯實基礎(chǔ)。

3.4? 數(shù)據(jù)處理端

數(shù)據(jù)處理端在全鏈路監(jiān)控系統(tǒng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，為強化數(shù)據(jù)處理成效，要對數(shù)據(jù)處理端加以完善和改良。例如，可以構(gòu)建邏輯回歸模型，通過對模型中各參數(shù)的分析，精確推斷出調(diào)用鏈在正常運行情況下的安全區(qū)域。通過這種數(shù)據(jù)處理模式，排查故障問題，能夠起到良好的效果[5]。

3.5? 數(shù)據(jù)查詢端

在設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢端時，要升級查詢功能，在查詢請求中，設(shè)置“時間戳”參數(shù)，該參數(shù)可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的定位查詢，即搜索相應(yīng)的關(guān)鍵詞或者日期，就能夠查詢到目標(biāo)文件。在創(chuàng)建與時間戳相接近的索引文件時間點時，可利用Span調(diào)用鏈路，實現(xiàn)對當(dāng)天和第二天索引文件的順利訪問。

3.6? 數(shù)據(jù)預(yù)測端

傳統(tǒng)的監(jiān)控預(yù)警算法，無法及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)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(xué)習(xí)算法有機結(jié)合后，再嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的變化情況，當(dāng)異常變化量達到預(yù)警值，監(jiān)測指標(biāo)就會隨之進行均值漂移，在機器學(xué)習(xí)算法的作用下，能夠直觀地展現(xiàn)出監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體變化趨勢。此外，數(shù)據(jù)預(yù)測端還要具備電力負(fù)荷的預(yù)測功能。想要準(zhǔn)確分析出電力系統(tǒng)的負(fù)荷情況，就要采集相應(yīng)的電力數(shù)據(jù)信息，利用數(shù)據(jù)的服務(wù)端收集到電力信息后，技術(shù)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(zhuǎn)換，這時數(shù)據(jù)預(yù)測端能夠根據(jù)轉(zhuǎn)換后電力信息的數(shù)據(jù)情況，對電力系統(tǒng)的負(fù)荷情況加以分析，在此基礎(chǔ)上，掌握各類電力用戶的實際用電情況[6]。

4? 結(jié)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(jù)電力計量采集業(yè)務(wù)運行鏈路的監(jiān)測需要，搭建完善的監(jiān)控系統(tǒng)，為全鏈路監(jiān)控系統(tǒng)的高質(zhì)量運行奠定良好的基礎(chǔ)，為電力行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展注入新活力，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值。

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