电力业务平台数据自动化同步系统优化设计

许家伟 隋海滨

摘 要： 以提高数据自动化同步、优化电力业务在各相关领域的应用效果为目的，设计新的电力业务应用服务平台数据自动化同步系统设计。 通过物理层电路设计和服务平台数据同步服务器设计，完成系统硬件设计。基于电力业务应用服务平台数据的预处理，同步处理电力业务应用服务平台数据，完成系统软件设计。测试结果表明，所设计系统在减少运行网络负载的同时，还增加了同步数据量，从而使数据同步系统的性能得到提升，而实际应用又进一步显示，系统可共享数据资源，消除板块之间的壁垒，因而适合广泛推广使用。

关键词： 电力业务；应用服务平台；自动化；同步服务器

中图分类号： TP391

文献标志码： A  文章编号： 1001-5922（2023）08-0171-04

Optimization design of data automatic synchronization system for power business access to government service platform

XU Jiawei，SUI Haibin

（Information and Communication Branch of Hainan Power Grid Co.，Ltd.，Haikou 570203，China）

Abstract： In order to improve automatic data synchronization and optimize the application effect of electric power business in various related fields，this paper designs a new automatic data synchronization system for electric power business application service platform.Through physical layer circuit design and service platform data synchronization server design，the system hardware design is completed.Based on the pre-processing of the data of the electric power business application service platform，it synchronously processes the data of the electric power business application service platform and completes the system software design.The test results show that the designed system not only reduces the operating network load，but also increases the amount of synchronous data，which improves the performance of the data synchronization system.The practical application further shows that the system can share data resources and eliminate the barriers between plates，so it is suitable for widespread use.

Key words： power business;government service platform;automation;synchronous server

电力业务应用服务平台数据的自动化同步系统是以电力系统服务体系建设为背景，针对用户对电力数据需求，解决电力用户体验终端绑定问题，结合电力业务与相关领域服务的同步机制，为用户建立虚拟化空间，用户可以通过访问虚拟空间来同步电力业务与相关领域服务[1]。国内相关研究中，将版本号应用到了电力业务应用服务平台数据的冲突检测策略上， 很多学者对电力业务应用服务平台数据的集成进行了分析研究，从而提高了同步系统的整体性能[2]；国外在电力业务应用服务平台数据同步系统的研究上，很多大数据厂商利用数据存储过程和触发器设计，复制了电力业务应用服务平台数据，实现电力业务应用服务平台数据进行自动化同步[3]。

国内具体研究成果如下：文献[4]针对分布式气象数据的传输流程，建立了分布式数据的实时共享需求，将消息中间件技术引入到了分布式气象数据同步系统设计中，基于用户对数据的需求，设计了气象数据表，并开发了分布式气象数据查询页面；文献[5]针对系统在采样率方面的不足，将数据采集单元应用到了系统的硬件终端设计中，使系统硬件达到最新兼容标准，具有较高的模块化程度以及采样率，采用同步差分法将托卡马克同步数据储存在数据库中，实现了数据的同步，测试结果表明该系统可以很好地满足运行需求。在实际应用中，以上传统系统性能不够理想，不仅系统负载较高，且同步数据量也偏低。

为解决传统系统存在的弊端，本文设计新的电力业务应用服务平台数据自动化同步系统，以期提高系统整体性能。

1 数据自动化同步系统硬件设计

1.1  应用服务平台物理层电路设计

电力业务应用服务平台物理层由电力业务数据层和相关领域服务平台层组成[6]，电力业务物理层主要是负责电力数据的接收与发送，封装处理电力数据帧。相关领域服务平台层与电力业务数据层是通过媒体无关接口来连接的，媒体无关接口可以为电力业务应用服務平台物理层电路提供3类信号。具体描述如表1所示。

应用服务平台数据自动化同步系统中，选用PHY芯片[7]来连接系统与终端的接口电路。

实现电力业务应用服务平台数据的传输。

1.2 数据同步服务器设计

在电力业务应用服务平台数据的同步阶段，在采用虚拟化技术的基础上，设计了电力业务应用服务平台数据同步服务器[8]，主要包括关联策略、数据库、虚拟空间代理以及虚拟空间代理等四部分组成。电力业务应用服务平台数据同步服务器架构图如图1所示。

以上利用媒体无关接口信号的相关描述，设计了系统与终端接口的电路，完成了电力业务应用服务平台物理层电路设计，综合电力业务应用服务平台数据同步服务器架构，分析了同步服务器内各个模块的运行机制，完成电力业务应用服务平台数据同步服务器设计，实现系统的硬件设计。

2 数据自动化同步系统软件设计

2.1 预处理电力业务应用服务平台数据

针对电力业务应用服务平台数据的不稳定性，很难达到保护速动性的要求，为了确保对电力业务应用服务平台数据保护的速度，采用数据识别的方式，来预处理电力业务应用服务平台数据。当电力业务应用服务平台数据同步系统发生短路故障时，故障电流通常会由两部分组成，即稳态电流与衰减的非周期分量电流，表示为：

i t =I M sin  ωt+α－φ +Le－ t T    （1）

式中： I M 表示稳态电流的幅值； φ 表示稳态电流与电压的相角大小； L 表示衰减的非周期分量系数;  T 表示时间常数。

为消除短路电流中的衰减直流分量，将系统通路中每一个采样数据进行差分处理，再计算出短路电流序列 i k 与稳态电流的幅值 I M k  的比值序列 N k ，将 N k 与门槛值 N set 对比，两者的比较依据如下：

N k=  max  i k，i k－1，…，i k－N+1  I M k  <N set   （2）

通常情况下， N set =2，当 N k<2 时，说明当前周期内，采集到的电力业务应用服务平台数据是正确的，电路保护正常开放;相反，就会判定电力业务应用服务平台数据存在异常值，此时将闭锁保护关闭。

系统出现短路故障时，采集到的电流瞬时值 i M 将在故障发生10 ms后出现，此时 i M 可以表示为：

i M≈I m+I me－ 0.01 T = 1+e－ 0.01 T  I m<2I m   （3）

当系统采集到的电流为正常值时，直流分量的衰减部分需滤除，电流分量的最大瞬时值与稳态电流幅值的比值为1。

如果同步系统的电流和电压是由经过衰减的交流分量和直流分量组成，通用的表达式为：

f t =∑ N k=1 A k sin  kωt+φ k e－ 1 T k +Be－ 1 T 0    （4）

式中： k 表示衰减的交流分量谐波次数; A k 表示 k 次谐波的幅值; B 表示衰减的直流分量幅值; ω 表示基波频率; T k 表示 k 次谐波的衰减时间常数; T 0 表示 k 次谐波的衰减时间常数。

若电力业务应用服务平台数据的采样间隔很小，利用差分来代替差商判断函数的可导性：

Δf t － SymbolQC@

f t  ≤ε   （5）

式中： Δf t  和  SymbolQC@

f t  分别表示  t  在 t 点的前、后向差分； ε 表示差分误差门槛。

利用稳态电流与衰减的非周期分量电流，计算出短路电流序列与稳态电流的幅值的比值序列，结合差商判断函数可导性，预处理电力业务应用服务平台数据，接下来通过电力业务应用服务平台数据的同步流程，来实现电力业务应用服务平台数据的同步。

2.2 同步电力业务应用服务平台数据

在电力业务应用服务平台数据同步系统中，设计应用服务平台数据的同步流程，如图2所示。

综上所述，将电力业务应用服务平台数据的状态进行差分处理，利用差分来代替差商判断函数的可导性，完成了电力业务应用服务平台数据的预处理，最后结合电力业务应用服务平台数据同步流程，实现了电力业务应用服务平台数据的同步。

3 实验测试结果与分析

3.1 测试环境

本研究所设计系统的测试网络环境为100 Mbps局域网，具体参数如表1所示。

3.2 不同系统负载测试

在3.1的测试环境下，分别采用文献[4]设计的基于消息中间件技术的数据同步系统、文献[5]设计的基于PXI Express 的数据同步系统以及本研究设计的数据同步系统，利用3个系统同步电力业务应用服务平台数据，系统的负载测试情况如图3所示。

从图3可以看出，文献[4]系统在预处理电力业务应用服务平台数据时，无法计算出短路电流序列与稳态电流的幅值的比值序列，导致系统的网络负载随着数据量的增加越来越大；文献[5]系统运行时网络负载小于文献[4]的同步系统，但由于该系统的硬件电路运行原理比较复杂，使电力业务应用服务平台数据在同步过程中的网络负载变大；而本研究所设计的系统在数据预处理阶段可以保证电力业务应用服务平台数据的完整性，不仅提高了电力业务应用服务平台数据的同步效率，同时也缩小了网络负载。

3.3 同步数据量测试

在相同的网络负载下，采用文献[4]系统、文献[5]系统以及提出的数据同步系統，记录不同系统的同步数据量情况，如图4所示。

由图4可知，文献[4]的数据同步系统在同步电力业务应用服务平台数据时，由于该系统的同步服务器没有虚拟空间代理模块，导致用户获取到的数据量随着时间的延长而增加，但是受到虚拟空间代理模块的影响，同步数据量增加的趋势逐渐缓慢；文献[5]的数据同步系统在同步电力业务应用服务平台数据时，由于该系统缺乏程序分析过程，在数据同步后期时，同步的数据量增加趋势缓慢，同步的最大数据量也始终低于6 500 bps；而提出的数据同步系统在同步电力业务应用服务平台数据时，随着时间的变化，同步的数据量越来越多，最大数据量达到了9 500 bps。

以上实验结果证明，提出的数据同步系统在负载测试和数据量测试方面，都具有较好的性能。

4 系统应用

分析本文系统设计目的，主要功能与价值体现包括以下几个方面。

（1）综合展示首页。实现了对电网典型设备、服务资源、故障报修、业扩报装以及停电信息等概况信息全面与清晰显示，能够对各可视化功能的首页面进行可视化综合展示。针对整个地区所有电力与服务资源的使用部门和人员，均能够用图形与图表的形式，从整体层面呈现供电能力、线损、停电、集抄集收、业务报装与抢修态势以及电网和服务资源；

（2）服务资源可视化。在音频和图形等技术的支持下，可视化展示并检查各个营业厅的实时情况，并完成对当日服务、运行情况、自助终端以及营业厅等的管理与控制任务；

（3）电力客户可视化。与客户实际所需相结合，冒泡、单个定位及批量显示主要的查询结果。不仅如此，客户可以基于对应条件（如电压等级等）实施针对性查询。本文系统可执行对电力客户基本档案信息的查询任务，查看客户内部一次接线图，并追随其所属供电电源点。针对高压客户，能够查询其基本信息，针对低压用户，又能利用表箱将表位图显示出来，据此完成对基本信息的查询；

（4）电网资源可视化。系统能够呈现配网带电运行图；针对采集系统、营销业务系统等业务应用系统可以进行集成，方便而又快捷地对所需量测数据进行提取，完成对查询结果的单个、批量定位，以名称、配变台区等为依据，模糊化搜索静态电网设备；

（5）集抄集收可视化。以供电单位、抄表员、抄表段等为依据进行所需抄表用户的查询，同时，将当日抄表用户的分布情况显示出来，为抄表段优化分析提供参考。另外，提供时间进度条为每日补抄用户分布的分析提供依据；

（6）停电可视化。以重要性以及电压等级等的不同为依据，将受到停电影响的用户分类呈现出来。对保供电业务进行集成，完成对保供电业务及所涉上级电网情况的标注。针对受到停电影响的用户与设备，将其区别显示出来，通过对区域勾面、设备着色两种方式的运用，在时间进度条下呈现过去、现在各类停电信息；

（7）供电能力可视化。主要以电网设备按条件查询与定位为面向对象，另外，在对供电能力可视化截面进行访问之时，定位筛选条件为供电单位。基于变电站、线路等功能，完成对变电站线路SCADA全部信息、用户重要性等级等资料的查询任务。以线路与公变为依据，分析实时供电能力。

5 结语

本文提出了电力业务应用服务平台数据自动化同步系统设计，结果显示提出的数据同步系统不仅可以减小系统运行的网络负载，还可以增加同步的数据量，进而使系统的性能大大提升。通過实际应用，本文系统可实现数据资源的共享，营销与配网生产两大板块之间的信息流和业务流得到了很好的整合，板块之间的壁垒也得以消除。在今后的研究中，还要进一步完善同步关联机制，并对数据同步算法进行优化，获得更高性能的数据同步系统。

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