基于分布式架构的电力信息采集系统优化方案

1.概述

电力信息采集系统作为智能电网建设的重要组成部分，通过对发电厂、变电站、专变、公变、低压用户等发电侧、供电侧、配电侧和售电侧电气数据进行采集、监测与分析，是实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等信息实时采集的重要技术手段，对快速提高电网公司营销现代化、计量标准化，以及对提高控制自动化水平具有重要的意义。

采集系统是指接入各类采集终端的计算机系统，它是整个采集系统的信息采集与控制中心，通过远程通信通道对各类终端的信息进行采集和控制，并对采集数据进行分析和综合处理，为电力营销业务、配网自动化、生产管理系统、电能量系统、营销实时费控系统、电能质量平台提供数据和业务支撑。

随着“全采集、全覆盖、全费控”采集系统建设逐步推进、海量终端和智能电能表的接入，基于传统IOE架构的主机系统在应对大并发、海量数据应用、数据挖掘等方面支撑接近瓶颈。随着弹性分布式技术趋于成熟，其弹性、廉价、分布式计算、易于扩展的优势在采集系统主站的建设方面有着天然优势。

在传统数据中心的基础上，在大数据深度应用方面引入分布式架构技术是切实可行的方案，经过“运行-评估-推进”等步骤平滑推进企业信息化架构的升级，充分利用和挖掘数据的价值。

2.系统组成

采集系统由采集主站系统、远程通信信道、采集终端、本地信道、智能电表等组成。如图1所示：采集系统总体架构。

图1 采集系统总体架构

1）采集主站系统包括采集业务系统、弹性分布式计算系统、海量通信系统三部分组成。其中弹性分布式计算系统包括消息处理层、数据处理层、数据分析层。

2）采集对象指安装在现场的采集终端及计量设备，覆盖电力公司所辖范围内的所有厂站（省网和地市局）、专变客户、小水电、公变台区、低压集抄用户。

3）远程通信信道是指系统主站与采集终端的通信信道，主要包括光纤专网、GPRS、CDMA、广电网络、230MHz无线专网等。

4）本地信道分为窄带载波信道、微功率无线信道、485信道、宽带载波信道等。

3.系统功能

（1）功能架构说明（见图2）

（2）功能说明

1）业务应用层：主站业务系统是采集系统管理和应用的重点，重点功能包括智能档案管理、负荷分析、有序用电、自动化抄表、远程控制管理、综合线损管理、配网监测管理、防窃电业务应用、移动作业管理等。(www.xing528.com)

2）数据存储与分析层：本系统数据存储分为关系数据存储和海量实时数据存储两个部分，档案及统计数据存储在关系数据库，海量曲线数据、事件数据等存储在Hbase数据库；将海量数据的统计分析移植到分布式平台，提升统计性能，同时减少关系数据库负荷和计算压力。

图2 采集系统功能架构图

3）分布式计算层：包括消息处理层和数据处理层，Storm是一个分布式的、容错的实时计算系统平台，由分布式消息队列、分布式计算组件、分布式缓存、分布式存储、分布式作业调度和分布式协调组件组成。Storm架构适用于实时数据的处理，如用电采集数据接入、实时费控业务应用、电动汽车业务、分布式电源接入等。

4）海量通信层：海量通信层负责各类采集终端的接入，功能上包括通信打包处理、通信解包处理、负荷均衡、任务调度等。

4.关键指标描述

1）接入能力：通信服务集群接入能力≥100万台终端；单台前置通信服务器的接入能力≥10万台终端；接入用户数≥3000万。

2）入库效率：Hbase 20000记录/s；Oracle 12000记录/s。

3）消息队列：单节点消息，写入能力>30000个/s、处理能力>20000个/s。

4）缓存指标：采用的分布式缓存技术，读的速度达到110000次/s、写的速度达到81000次/s。

5）运行指标：遥控正确率≥99.99%；主站年可用率≥99.5%。

5.适用范围

弹性分布式架构除了适合在省级集中采集系统应用之外，在电网企业营销实时费控、电网企业数据挖掘分析、配网安全经济管理、需求侧响应等也存在广泛的应用前景。

6.实际应用情况

东软基于分布式架构的电力信息采集系统应用于湖北省电力公司和辽宁省电力公司的省级集中采集系统，接入几十万套终端、上千万只的智能电能表，在营销业务应用、线损管理、运维支撑、业务支撑等方面取得良好的经济和社会效益。

（作者：东软集团股份有限公司 陆继钦 李维东）