电力系统监控和数据采集系统研究

电力系统监控和数据采集系统研究

于飞 李鹏

国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司 辽宁盘锦 124010

摘要：随着深入推进电力体制改革、建设能源互联网、实施大数据创新应用等国家战略的推进，计量传统业务向新型业务拓展，营销业务向社会化全业务链延伸。跨专业协同持续深化，对电力系统监控和数据采集系统的支撑能力提出新的要求。面对新形势新挑战，全面总结采集系统建设的基本情况和主要成效，梳理系统建设过程中的不足，分析面临的内外部形势，结合业界成熟的新技术，提出新一代电力系统监控和数据采集系统。

关键词：电力系统监控；数据采集系统

1电力系统监控和数据采集系统概述

1.1电力监控系统概述

电力监控系统的概念是由国家发改委在《电力监控系统安全防护规定》（国家发展和改革委员会令2014年第14号）文件中首次提出，并给出了明确的定义：“电力监控系统是指用于监视和控制电力生产及供应过程的、基于计算机及网络技术的业务系统及智能设备，以及作为基础支撑的通信及数据网络等”。相比于大家所熟知的“电力二次系统”这一概念，电力监控系统所包括的范围更加广泛，涵盖的功能更加丰富。一方面电力监控系统明确的将通信及数据网络纳入了范畴，另一方面与电力二次系统这一概念相比，电力监控系统的功能不再局限于对一次设备的监控与保障，而是面向整个电力生产及供应过程进行全面的监视与控制。这一概念的提出也很好的体现了电力监控系统多元化、前沿化、智能化的发展方向。电力监控系统与一般的信息系统存在着较为显著的差异。考虑到电力监控系统的主要作用是实现对电力生产及供应过程的监视与控制，从系统的设计思路、实现功能等角度来看，电力监控系统更像是一种广泛应用了计算机与网络技术的工业控制系统。因此，电力监控系统往往在物理设备、业务功能以及通信行为等方面具有与工业控制系统相似的一些典型特征。为了不断提升对大电网运行管理的支撑能力，电力监控系统的技术发展不断多元化，横跨电力系统、自动化控制、计算机科学、信息与通信技术等诸多专业。而用于实现这些功能的系统软硬件类型繁多，系统数据的采集与存储分散、数据结构不一，逐渐形成了目前异构软硬件混合存在、业务数据类型繁多的复杂局面。因此，为保障电力监控系统的安全稳定运行，就要求系统运维管理人员不仅具有足够的专业水平，还需要具备相当广泛的专业面。

1.2电量数据采集系统介绍

电力数据采集系统采用了三大主要模块构成，分别是服务器模块和数据采集模块以及数据传输模块，这三大模块相互配合在很大程度上优化了系统设计也方便了整个数据采集系统的扩展和裁剪有利于不同用户的各种需求并将系统的性能发挥发哦最佳状态。采集系统的开放性设计采用了符合目前国际标准要求的系统平台和商业应用数据库，支持与系统相关的数据通信和相关的数据访问并能及时向这些系统提供所需要的计量数据。数据库采用的分层式跨平台式设计方式能够根据电力系统的关口表和大用户采取分别管理方式，实时采集的相关用电数据夜能够直接录入到系统的历史数据库当中，并建立与所有采集监控点、计量点的数据的定义、采集、管理相应的对应关系，通过这些数据的对应关系在实现系统采集数据的计算和处理并为系统提供数据访问功能。系统的数据库管理也能够使用面向电网的定义方式，这样一来数据库管理模块就具备了向电网的附属设备和电网的结构的传输功能，可以确保重要数据的及时性和准确性。确定了系统数据库的管理外还需进一步保证电力数据的可用性、准确性、灵活性要做到这些可以将系统的数据库改为双服务器集群方式，这种方式还可以支持系统的多用通信方式，方便不同的电能表更便捷的介入系统中，这既是未来网络技术发展的需要也可以支持更多的电力数据采集工具和采集方式。

2电力系统监控和数据采集系统研究

2.1用电采集系统现状

在过去几十年电力企业迅猛发展的过程中，电力用户日趋增多的背景下，出现了诸多的问题得不到科学有效的解决，从而阻碍电力企业经济效益的提高，影响电力企业良好企业形象的建立，影响了电力企业良好信誉的建立，在此背景下，电力信息采集系统应运而生。对于电能的采集，这是一种对用户电能的信息进行各种收集和整理。但是对于我国目前的发展状况来讲，用电的自动收集、用电情况实时分析、表记异常情况监测、终端电能质量监测、与终端智能用电设备进行信息互交等功能，这些对于现在我国的发展过程中都存在着或多或少的问题，所以用电技术信息采集的工作仍然面临着很大的挑战。当下我国的管理方式主要是电能信息采集系统的人员由操作人员编制入场的电能信息测量，然后再开展自动的数据收集工作，最后储存在采集终端，经由数据采集终端在一定的时间点提供采集的数据递交给主站，完成自动的数据采集任务。在这种管理方式下，虽然数据化较强，但是不能确保数据采集的正确性，电能的采集承上启下的工作实现的不够彻底，难以测量本地的数据，同时通信数据的管理方式也不够科学化，本地终端和主站中间的信息交换传递工作不够好，这也是我国电能采集信息方面存在的不足和缺陷。

2.2改进方案

现有采集系统的架构和性能已经不满足新形势下各类业务日益增长的数据要求。全面分析采集系统现有框架存在的薄弱环节，利用大数据、云计算、人工智能等新技术，设计了新一代电力系统监控和数据采集系统，能支撑海量用能信息与设备运行监测信息的采集与存储，实现分布式数据分析与采集网络状态智能感知。通信层的通讯框架，使用基于NIO的客户/服务器端编程框架，具有异步、事件驱动特性的网络应用程序，例如目前比较主流的Netty和MINO。可以提高通信层的节点间的报文收发效率和服务端接入客户端并发数量，还可以降低编码难度，提高程序的效率和稳定性。通信层消息队列集群使用Kafka分布式消息发布订阅系统，实现通信层、应用层、存储层之间的数据总线功能。存储层由生产数据库(即传统关系型数据库)及云平台两部分组成。其中，生产数据库包括:主应用数据库集群、历史数据库、灾备数据库；云平台主要包括:分布式文件存储、分布式报文数据库和分布式内存数据库。分布式数据库采用My SQL关系型数据库，能有效解决从消息队列发送过来的大量报文数据高速并行存储，以及灵活的数据查询。分布式文件存储采用基于Hadoop的HBase非关系型数据库。可为用电信息采集系统提供一个安全可靠、高效写入、同时可扩展性强的全量数据存储解决方案。统一接口服务平台实现静态数据发布、实时数据发布、外部数据获取、特定交互接口等四类接口应用。针对实时性要求不高的统一接口平台的静态数据及统计指标数据，其对外发布采用跨平台、低耦合的Web Service技术实现。客户端和服务器用SOAP协议通过HTTP来交互，客户端根据WSDL描述文档生成SOAP请求消息发送到服务端，服务端解析收到的SOAP请求，调用Web service，然后再生成相应的SOAP应答送回到客户端。对大数据量的请求，采用客户端发起Web Service调用请求，服务端生成约定格式(XML/JSON)的数据文件，客户端通过HTTP/HTTPS形式下载数据文件。

3结束语

总而言之，近些年来，随着电力系统的进步和发展，电力系统的自动化、信息化、智能化技术得到了更为有力的技术支持。随着电力系统监控和数据采集系统的全面建设，提升系统海量数据处理及分析性能，实现采集网络状态智能感知，是电力系统监控和数据采集系统发展趋势。电力监控采集系统凭借自身优势，融合先进的计算机技术，能很好的满足电气企业发展和使用需求。

参考文献

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