电力监控和数据采集系统研究

电力监控和数据采集系统研究

张莹

厦门路桥信息股份有限公司 福建省厦门市 361022

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，提出新一代电力监控和数据采集系统。

关键词：电力；监控；数据采集

电力是最重要的基础设施，很多国家已把其作为“互联网战争”的第一攻坚目标。所以，电力监控的网络安全非常重要。利用计算机来监控的电力系统，确保了其运行的安全性和稳定性。但我国目前所使用的信息内外双网运行的模式，使得计算机经常出现运行不畅，且由于无法安装相关防护软件，有的还不能升级操作系统，造成网络监控系统出现风险和漏洞。我国早已于2017年6月1日正式实施了网络安全法，将网络安全提升到法律层面。如何避免电力监控中出现的相关安全隐患，提高电力系统运行的安全性和可靠性，建立电力监控的网路安全迫在眉睫。

一、用电采集系统架构

系统基本架构分为采集系统主站、通信信道、采集设备三个层面。其中采集系统主站的功能是实现系统数据交互、存储和采集业务流程管理，主要包括数据采集服务、数据存储、主站应用等部分;通信信道包括远程通信和本地通信两部分，远程通信有自建的230M无线专网、GPRS等无线公网、光纤专网等信道，本地通信包括窄带载波、宽带载波、微功率无线、485总线等信道;采集设备是现场计量设备、采集终端的集合，主要包括电能表、集中器、专变终端等设备。

二、用电采集系统现状

就目前来看，大多数电力企业的管理存在着各种问题，大体上说可以分为运营管理和人员管理这两大方面。运营管理方面，由于管理制度以及系统软件的不及时更新，使得数据安全得到不到应有的保障，黑客的入侵给电力系统的数据安全带来了很大的威胁；人员管理方面，由于缺少专业的技术管理人员，不合适的管理方式使得数据不易保存，数据的安全隐秘性也处于最低程度，再加上对网络安全防护的重视度不高，使得在最初的建设中就埋下了根本的安全隐患。采集系统主站现状及问题分析主要围绕数据采集服务、数据存储、及主站应用三个方面。

（一）数据采集服务

数据采集服务主要负责通讯前置、报文解析、数据入库。在海量数据接入的情况下，高峰负荷期间，单台采集前置需要处理的通讯报文数量可能是现在的几十倍乃至上百倍，对采集前置的并发处理能力带来巨大压力。虽然当前采集前置一般采用分布式架构，但每个采集节点承担了任务生成、逻辑控制以及数据入库等多个业务，造成单个节点承担的业务过于繁重，尤其是数据入库效率更是限制了采集前置的线性扩展能力。

（二）数据存储

数据库读写性能存在瓶颈。采集系统建设规模不断扩大，系统日数据量处理增多，需要采集的数据呈线性增长，传统关系型数据库在数据入库、读取效率等方面均存在性能瓶颈，无法满足数据存储及应用开展的需要。同时，庞大数据量对数据备份造成很大压力，数据库备份耗时越来越长，数据恢复可能需要花费数以天计的时间，影响核心业务的开展。

（三）主站应用

主站应用主要是实现采集业务流程管理以及基于采集数据开展的数据查询、数据统计分析等相关应用。主要存在的问题是接口缺乏有效管理，加大采集系统负载压力。采集系统为其他业务应用系统提供大量的数据支撑，目前众多接口采用的方式不尽相同，各业务系统间数据需求存在交叉，一对一方式的接口应用导致接口开发重复无度，对采集系统本身造成了很大的接口服务压力，影响采集系统对外提供数据。

三、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MINA。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MySQL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。

四、电力监控网络安全监测策略

（一）深化网络和信息安全组织管理以及体系建设

首先，企业必须认识到信息安全的重要性，也要直面企业现状和有可能遇到的风险，加强组织领导，在国家相关法律的支持下，严格落实相关部门人员及经费，将网络信息安全管理融入生产安全评估考核，真正做到责任落实到位。

（二）规范管理安防系统及安全等级保护工作

首先要加强整体安防机制，规避由于保护不到位生产的安全风险。其次，生产控制大区必须禁止外部拨号访问，以保证数据的完整及机密性。再者，必须进一步加强网络用户的身份核验，避免一台服务器布置不同的网段地址。将不同安全区的数据进行横向隔离，以此方法实现电力调度网内的数据和其他网络的物理隔离，在生产控制大区和管理信息大区之间设置网络安全隔离装置，以正向型和反向型两种网络隔离方式来区分不同的隔离功能。

（三）提高安全事件应急处理能力

企业需要加强安全应急预案及处理方法的编写、审核等工作，定期组织安全应急演习，以及信息安全攻击演习，以提高电力系统遇到攻击后的应急处理能力。

（四）加强基础设施及人才队伍的建设

企业需要储备一点数量的网络信息安全管理的技术人才，规范相关工作制度及操作安全，提高整个企业全体工作人员的信息安全意识。外包业务要加强相关人员信息安全的培训力度。

六、结语

综上所述，随着电力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，是电力监控和数据采集系统发展趋势。电力监控采集凭借自身优势，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

[1]何镇庭．电力系统监控和数据采集系统研究[J]．中国战略新兴产业，2017（08）:185-186+189.