云南电网地区级计量自动化系统架构

陈玲

(云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明 650011)

云南电网地区级计量自动化系统架构

陈玲

(云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明 650011)

针对电力企业对提高电能量数据的综合应用水平的发展需求，对计量自动化系统进行简要分析，并结合云南电网电能计量自动化系统当前的建设情况，分别从系统逻辑结构、物理架构、数据架构等三个方面对其地区级四合一计量自动化系统进行研究。

计量自动化系统；四合一；系统架构

0 前言

近年来，电力企业在不断扩大大客户负荷管理系统覆盖范围的基础上，全面开展了地区厂站电能量遥测、低压集中抄表和配变监测计量等项目的建设，并在此基础上进行四分线损分析及需求侧辅助决策等的建设。这些计量自动化项目的分散建设不可避免的带了计量主站孤岛问题的出现[1]。

为避免计量信息孤岛问题，提高电能量数据的综合应用水平和使用效率，避免重复投资和资源浪费，优化计量自动化系统建设方案，进一步提高电力企业计量自动化建设水平和深入开展计量技术创新，一体化计量自动化系统显得尤为重要。

1 计量自动化系统需求

建设一体化计量自动化主站支持平台，并在此基础上建立线损"四分"管理、需求侧管理等高级应用，重点在于总体架构规划、系统软硬件平台设计，核心难点是数据交换技术[2-4]。在2015年以前，云南计量自动化系统的建设需构建省级和地市级两级计量自动化系统，省级计量自动化系统汇总各区域计量自动化系统的数据并进行数据分析、并对各系统进行监管；地市级计量自动化系统是涵盖了集抄、负控、电能量采集和配变监测系统的四合一计量自动化系统。

基于云南省目前集抄、负控、电能量采集和配变监测系统建设现状，对于已建设投运系统，电能量信息系统采用接口方式从这些系统中获取电能量数据，将这些数据整合到电能量信息系统中，达到 “四合一”目的；对于即将全面建设的县级计量自动化系统，一个地市局建设一套四合一计量自动化系统，新建设的四合一计量自动化系统与已投运的集抄负控、电能量采集和配变监测系统互相独立运行，互不干扰；待已建设投运的集抄、负控、电能量采集和配变监测终端和主站系统逐步淘汰后，新建设的自动化终端直接接入到四合一计量自动化系统中。因此，云南省四合一计量自动化系统的建设将经历两个阶段，形成全省四合一计量自动化系统的最终规划。

2 自动化系统架构及应用[5]

2.1 系统逻辑结构

从逻辑角度看系统总体划分为主站层、通信通道层、采集设备层三个层次。系统通过接口方式与电能量信息系统、营销系统、其他系统进行数据交互。

主站层划分为采集层、数据层和应用层。应用层实现基础平台功能、基本应用功能和高级应用功能，数据层负责数据存储和数据服务，采集层负责采集终端的电能量信息的采集，并负责协议解析。

通信信道层提供了主站和采集设备间的各种可用的通信信道，是主站和终端信息交互的链路，主要采用的通信信道有：光纤专网、GPRS/ CDMA无线公网、230M无线专网、MODEM等。

采集设备层是系统的底层，负责采集和提供整个系统中电能量数据。这一层又分为终端子层和计量设备子层。终端子层负责收集用户计量设备的信息，处理和冻结有关数据，实现与主站的交互；计量设备子层实现用电计量等功能。

需要保留的县级计量自动化系统主站，按照统一的接口标准，接入地市供电局主站。

图1 地区级四合一计量自动化系统逻辑结构

2.2 系统物理架构

主站系统的建设，除了需要实现在逻辑架构中提及的各个职能模块的建设，满足业务应用上的需求，还要确保系统的可行性、适用性、扩展性、安全性等关键问题。

主站系统物理架构如图2所示：

图2 主站系统物理架构

前置采集服务器和应用服务器，可以采用矩阵式架构方式来进行平衡压力，确保服务器的稳定运行。通过服务器所承担的业务量的大小，来定制性分配相应的并发请求数量，以平衡各终端设备或用户所占用的服务器的资源，避免由于服务器群长队列现象而导致的整个系统缓慢或阻塞、崩溃等事故的发生。如下图3所示：

图3 服务器架构

2.2.1 接入层

对所有来自客户端的请求都通过接入层来进行平衡接入压力，分发至组件服务器群，确保数据中心核心服务器的稳定运行。通过接入服务器所承担的业务量的大小，来定制性分配相应的接入服务到数据中心核心服务的峰值并发请求数量，以平衡各营业片区业务终端所占用的数据中心核心服务器的资源，避免由于数据中心核心服务器群长队列现象而导致的整个系统缓慢或阻塞、崩溃等事故的发生，接入层还有屏蔽客户端安全隐患的作用，对客户端具备一定的安全管控，从而提高业务服务组件层和数据服务层主机系统的安全性。软件架构进行无条件的多层次拆分，使接入服务器程序与数据中心服务器程序可安装在不同或同一台，甚至是不同地域的主机系统上，这使得系统在容量和规模的覆盖面上都可实现极高的可伸缩性。

2.2.2 业务服务组件层

根据业务规则，应用程序与业务数据进行交互，实现业务流程/状态的处理以及业务规则的制定。业务流程的处理过程对其它层来说是黑箱操作，业务逻辑处理层接受客户服务层的请求的数据，与数据层进行交互后并返回最终的处理结果。在业务逻辑层的设计中，应充分体现 “面向服务”的设计思想，以当前先进的多层体系结构和集群处理为基准，并采用面向服务的设计思想和SOA技术架构，各类业务逻辑均以服务组件的形式分列部署在组件服务器群上，这些服务必须支持灵活的拆分、重组部署策略，提高系统的可用性和扩展性。

2.2.3 数据层

所有业务数据的存储位置。数据接入层接收前置采集模块的原始报文数据，或者将采集调度的任务数据发送给前置采集。此数据接入层通过内部定义接口和为前置采集进行数据交互。数据解析层将各种协议的原始报文数据，按照各自规约解析成统一格式的电量数据、遥测数据、告警数据以及其他系统需要的数据[6]。

2.3 系统数据架构

为了确保大数据量的行业业务数据处理系统的整体效率，在数据存储方面采用分层、分块、吞吐的机制来完成数据的存储，尽量减小单表的极限数据存储量和数据库整体的可预算的数据存储量，同时还可以根据系统使用数据表的具体情况配置不同的硬件资源来尽可能的提高数据处理方面的效率。统一存储用分层、分块、吞吐的存储处理机制如图4所示。

图4 系统逻辑结构

系统按照数据用途及数据生命周期划分为系统控制类、公共字典类、业务辅助类、用户档案类、一次数据提取类、中间过渡类等六大类数据：系统控制类数据块的数据量很小，此类数据作为系统支撑数据统一分配在一个公共的数据块中；公共字典类数据块的数据量相对很小，此类数据作为系统的基础数据也可统一分配在一个公共数据块中；片区分割数据块以用电户档案数据及其相关的辅助数据为主，基本上都与供用电单位有绑定关系，可按照具体的用户容量分区域进行分割分块存储，系统中涉及到的业务辅助类数据、用户档案类数据、一次提取类数据和中间过渡类数据都要严格按照片区分割要求进行分片区的数据分块处理。

数据分层存储主要的目的就是解决历史数据的单表存储量问题，以提高历史数据的检索效率。数据分层存储多数都是以时段为分割条件的，还有一部分数据是以时点状态为分割条件的。第一种，时点状态分层存储：也就是当前的现行数据和以往的历史数据两层结构。这种数据分层存储适合历史数据的数据量较小的情况，在数据分层处理时，只需要将现行数据与历史数据进行分表存储就可以了。处理起来相对简单。如：用户档案数据。第二种：时段分割分层存储：也就是按照一定的时段来存储相应符合该时段条件数据的多层数据存储结构。这种数据分层存储适合数据量大的情况，现行的时段限定主要是以自然年来进行划分。如：用户账单明细数据等。

数据吞吐处理的主要目的就是解决数据库容量和系统性能指标的问题，由于受到硬件资源、软件系统等多方面的约束，当系统数据达到最大容量时，系统的处理性能、稳定性等也就到达了瓶颈，系统设置了数据的处理时限，将在线数据设置为5年，实时系统只处理在时限内的数据，时限之外的数据将吐至离线存储系统。

3 结束语

计量自动化一体化系统的深入推进，更好地加强了电能量数据集中管理和综合应用，充分发挥了计量自动化系统在停电时间统计、用电分析、线损管理、电子化结算，电压监测等方面的支持作用，对云南电网计量自动化系统实用化的应用水平起到全面提升的作用。

通过计量自动化系统统计、分析各种用电数据，为实时线损分析、集抄、负控、电能量采集和配变监测等方面提供了先进的技术手段和准确的数据支持，提升了计量管理技术的自动化水平，大大提高了工作效率，为今后深化电力需求侧管理、电力市场状况分析、开拓电力市场乃至智能计量系统等方面提供有力的技术支持和有效支撑。

[1] 吴鹏.电力企业一体化计量自动化系统建设方案 [D].天津大学，2007，6.

[2] 王民昆.电力系统CIM模型描述与数据交换实现的研究[D].四川大学，2004，5.

[3] 能量管理系统应用程序接口 (EMS-API)第301部分：公共信息模型CIM基础 [Z].23～78.

[4] Khadem M.Progress report on CIM XML for model exchange interoperability tests[C].Summer Meeting of the IEEE Power Engineering Society，Vancouver，Canada，2001：840 -841.

[5] 云南电网公司四合一计量自动化系统技术规范 [Z].

[6] 赵俊秋.计量自动化系统的一体化设计与应用研究 [D] .合肥理工大学，2009，11.

Research on System Architecture of Four in One Regional Measurement Automation System in Yunnan Power Grid

CHEN Ling
(Kunming Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Kunming 650011，China)

For the development in updating the electric energy data of integrated application in power companies，and a brief analysis of the measurement automation system with current situation of Yunnan Power Grid Energy Metering automation system.This paper analysis from the system logical structure，physical structure and data architecture to research the regional architecture Four in one metering automation systems.

automated metering system；four in one；system architecture；

TM76

B

1006-7345(2015)04-0068-03

2015-01-07

陈玲 (1988)，女，助理工程师，云南电网有限责任公司昆明供电局，从事电网相关技术研究 (e-mail)598933961＠qq.com。