实时/历史数据平台（精选7篇）
实时/历史数据平台 篇1
0 引言
随着电网企业坚强智能电网建设的逐步推进, 产生了大量的实时数据, 继而沉淀生成海量的历史数据, 这些海量实时/ 历史数据都是电网企业生产运行过程中的重要财富, 是实现精益化管理的重要信息基础。在这一背景下, 浙江省电力公司积极探索和尝试, 初步建立了以国产实时数据库为基础的实时/ 历史数据平台, 以满足各业务应用对实时/ 历史数据进行存储、整合、共享以及统一和标准访问的需求。但目前平台在应用层面仍缺少统一规划, 亟需形成一个统一的应用技术架构。
1 现状分析
实时/ 历史数据平台是对电网生产运行过程中各业务应用形成的实时/ 历史数据进行存储、集中、整合、共享和分析的场所, 同时提供标准统一的访问方式, 是为智能电网和SG-ERP各业务应用——特别是跨专业、跨部门的综合业务应用在实时/ 历史数据层面提供技术支撑的信息基础设施[1,2]。
《国家电网公司海量历史准实时数据管理平台典型设计》中对实时/ 历史数据平台进行了明确定位:一方面是SG-ERP的实时数据中心, 与结构化数据管理平台、空间数据管理平台和非结构化数据管理平台共同构成SG-ERP数据中心;另一方面, 也是各业务构建实时/ 历史数据计算分析应用的基础支撑平台。根据国家电网公司典设要求, 实时/ 历史数据平台在数据管理和应用管理上都要具备良好的可扩展性和可维护性, 以支撑各业务应用持续发展的需要。同时要求在实时/ 历史数据平台建设过程中, 确保业务应用规范化实施和统一化管理。
目前, 国内外针对实时/ 历史数据应用的技术框架主要偏重于数据管理方面, 如数据接入、存储、访问等方面的技术框架和技术标准较多[3,4,5]。对于应用技术框架, 则没有相关的规范和标准。
从国家电网公司内部来看, 华北、上海等实时/历史数据管理平台建设试点单位偏重于数据管理方面规范和技术的研究, 在应用规划和应用实现技术框架上, 都没有深入的研究和成型的成果。
浙江电力在2012 年开展了实时/ 历史数据平台验证性研究和建设工作, 制定了实时/ 历史数据平台技术规范, 初步在实时/ 历史数据的接入、存储和访问方面制定了相应的技术规范, 并在此基础上构建了浙江电网实时/ 历史数据平台。但在平台应用规范化管理方面, 尚未制订相关的标准和技术规范, 大多地市局个性化应用使用平台提供的二次开发工具实施, 少量全省标准化应用沿用相关厂商各自的技术框架, 并且按照各自的应用实施方案设计、开发和运维具体业务应用, 且独立部署。这与全省“统一平台”理念相背离, 也不符合国家电网公司典设方案中实时/ 历史数据及其应用的集中、统一管理要求。
因此, 从平台应用集中、统一和标准化管理要求出发, 综合考虑平台应用的可持续发展, 在“统一平台”应用规范化管理层面应对平台应用技术框架规范进行统一。
2 统一应用技术架构
2.1 总体架构
根据国家电网公司典设要求, 浙江电网实时/ 历史数据平台采用全省大集中的部署模式。为了促进平台上应用的规范化发展, 尤其是省级综合应用的统一规划和实施, 应采用统一的应用技术架构, 即参与平台上应用建设的开发单位必须遵循统一的应用技术框架实施平台标准化应用, 使得不同的业务功能模块将打包合并到一个运行环境中。应用平台总体架构如图1 所示。
该架构主要有以下特点。
1) J2EE架构。应用平台基于J2EE架构, 所有应用模块将运行在一个统一的Web APP中。
2) 数据库。业务应用基于实时数据库和关系型数据库, 实时/ 历史数据都存放在实时数据库中, 各业务应用通过实时数据库提供的API、SDK等实现对实时/ 历史数据的访问。应用平台中用户、组织结构、应用权限及元数据 (测点属性中与具体业务密切相关的元数据) 管理等采用关系型数据库进行存储和管理。
3) 系统鉴权服务。业务用户对应用系统的访问必须通过平台提供的鉴权服务, 只有合法的用户能够访问相应的业务模块。
4) 单点登录。系统实现与企业门户系统的集成, 并实现用户单点登录, 用户登录企业门户后, 无需输入用户名和口令, 可直接访问集成的各应用系统。
5) 基础业务应用。应用系统平台的基础应用主要包括组织人员管理、应用权限管理、系统管理、个人主页设置和测点管理等功能模块。1组织人员管理:主要用于提供覆盖全省的各业务单位的组织结构, 以及与之相对应的用户信息。2应用权限管理:提供对系统用户的角色分配功能, 并对所有业务模块相关功能进行权限的配置和绑定。3系统管理:为具体业务应用系统提供服务监控、日志记录、活动审计和系统参数配置等。4个人主页设置:主要提供用户个性化的主页设置, 包括一些用户个性化参数设置。5测点管理:是对实时/ 历史数据平台原测点管理功能的扩展, 在关系型数据库中维护测点的基本信息, 提供实时数据库测点与运检、营销、调控等专业平台中设备的对应关系, 同时提供测点关联关系的维护, 并可绑定相关权限。
6) 按专业分类业务应用。未来应用平台将广泛应用于运检、调控、营销、规划辅助以及信息资源监控等业务的信息化管理, 这些业务功能模块将基于实时/ 历史数据平台, 采用统一的基础架构, 包括组织、人员、权限、测点管理等, 为各专业定制功能。
7) 系统接口服务。应用平台中将提供统一的系统接口服务, 对外部业务系统 (如运检、营销、调控等系统) 提供实时/ 历史数据和相关业务功能的访问。同时提供对接口服务的监控和审计。
2.2 应用权限管理
在实时/ 历史数据应用平台中, 采用基于角色的访问控制 (Role-Based Access Control, RBAC) 方法进行应用权限控制。在RBAC中, 包含用户、角色、许可权等基本数据元素, 权限被赋予给角色, 而不是用户, 当某个角色被指定给某个用户时, 此用户就拥有了该角色所包含的权限[6,7,8]。会话Sessions是用户与激活的角色集合之间的映射。RBAC3 模型如图2 所示。
RBAC3 模型在传统的RBAC模型上引入了角色继承和责任分离2 种特性, 采用RBAC3 模型的权限控制具有以下特点。
1) 权限指派关系可以根据需求和临时情况动态调整和修改。由于权限与角色相关联, 用户通过成为适当角色的成员而得到这些角色的权限, 这极大地简化了权限的管理。在一个组织中, 角色可根据业务工作而被建立, 用户则依据相应的责任和资格来指派相应的角色, 用户可以很容易地从一个角色被指派到另一个角色。角色可依新的需求和系统的合并而被赋予新的权限, 而权限也可根据需要而从某角色中回收。
2) 角色可继承。除了具有自身的属性与权限之外, 还可以继承其他角色, 从而自动拥有被继承角色的属性与权限。如付费用户可以继承普通用户的属性与权限, 超级管理员可以继承普通管理员的属性与权限。
3) 角色可约束。约束原则将在权限被赋予角色时, 或角色被赋予用户时, 以及当用户在某一时刻激活一个角色时被强制性遵循。约束原则包括角色的互斥关系, 即互斥角色不能同时处于活动状态, 以及角色的最大活动会话数量受限规则等。
4) 提供对实例级别对象控制权限。在RBAC模型中, 资源对象是权限控制的目标, 将资源与角色指派关系绑定后将决定用户对资源的操作权限[9,10], 因此在应用平台中资源的定义及划分的颗粒度决定了系统权限控制的精细程度。权限设置方法见表1 所列。
2.3 个人主页设置
实时/ 历史数据应用平台为用户提供灵活的页面展示方式, 除了默认的主页外, 用户还可以自定义个人主页, 并可选择登录后采用何种主页模式。
1) 缺省主页展示。系统默认为每个用户提供应用访问主页, 根据权限设置情况, 每个用户的主页中只展示允许该用户访问的业务功能模块, 每个应用模块提供一个入口链接, 用户通过入口可进入系统, 每个业务应用具有独立的页签展示导航菜单和数据视图。当管理员重新分配用户权限后, 用户默认主页中相应业务模块展示将进行调整。用户可在工作台页面上查看业务模块的属性, 主要包括业务模块相关的权限设置情况。如果该用户具有该模块的管理权限, 可进行角色添加和用户指派。
2) 个性化主页定制。用户可以对个性化主页的布局进行选择, 系统支持多种布局方式。用户选定的布局方式将作为用户的个性化参数之一, 可以自行进行维护。用户可以在选定的布局中, 设置需要展示的内容组件。每个业务应用都可以配置作为展示的资源 (可以在应用权限模块中由管理员进行配置) , 如果用户具有这些资源的访问权限, 即可选择并放置到个人主页中。用户可对个人主页中的内容组件进行维护, 包括增加或删除, 同时也可在页面中拖拽调整各内容组件的位置。用户设置完成个性化主页后, 登录系统时将默认打开该页面。
2.4 测点管理
应用平台中的测点管理主要是为了建立实时数据库测点与外部其他业务系统设备模型之间的对应关系, 并建立相关的设备对象元数据。设备模型对应关系如图3 所示。
目前外部业务系统主要有生产系统、营销系统和调度系统等, 这些系统均有自身独立的设备管理模型, 当实时/ 历史数据平台接口服务器接入设备测点数据时, 如果只建立设备和测点的对应关系, 则最终无法形成不同业务系统之间设备模型的对应, 而通过设备元数据 (包括设备类型、电压等级、所属单位、变电站、间隔、设备名称等) 的维护管理, 可以判定重要元数据一致的测点所采集的数据来自于同一台设备资源, 为将来跨业务系统进行业务功能设计提供基础。同时通过建立对象元数据, 可以更方便地对测点对象根据元数据 (如按电压等级、设备类型等) 进行分类统计和查询。
此部分的主要功能如下。
1) 自动建立测点对应关系。当系统从接口采集数据时, 根据预先建立的设备匹配原则, 对满足条件的设备自动创建测点和设备对应关系, 并提取设备元数据信息。设备元数据信息包括设备类型、电压等级、变电站、所属单位、数据所属业务系统、设备名称等。
2) 提供手动方式对测点关联信息和设备元数据进行维护, 包括信息的增加、删除、修改和查询。
3) 提供对测点数据的分类统计报表, 用于分析测点建设情况。
4) 提供对测点对应关系和元数据的导入和导出, 数据格式可采用CSV或XML。
2.5 系统接口服务
实时/ 历史数据平台需要为外部系统提供一系列数据访问服务, 涉及的数据范围包括电网数据、电量数据、设备监测数据、用电运行数据、电能质量数据、环境气象数据、雷电监测数据、发电运行数据以及其他历史/ 准实时数据等。
应用平台向外部业务系统提供Web Service服务, 采用标准的跨平台的方式提供数据访问服务[11,12], 具体功能如下。
1) 提供的Web Service服务支持用户验证, 通过验证的用户在访问相关数据时需要满足应用平台中数据访问权限设置, 用户无法访问未经授权的数据。
2) 提供各类历史/ 实时数据的查询服务, 包括最新数据查询、历史数据查询、历史数据统计、报警时间查询等。
3) 可以通过设置启用或禁用指定的数据访问服务。
4) 可以对服务的访问者进行启用或禁用管理。
5) 可以对数据访问情况进行统计分析, 对可能造成性能问题的服务进行分析并实施控制。
3 结语
实时/ 历史数据平台应用技术架构是实时/ 历史数据平台研究的一个重要领域, 与核心基础数据库产品以及数据规范化接入、存储、访问的研究有着同等重要的意义。通过对实时/ 历史数据平台上应用现状的分析, 研究满足各业务应用需求的统一技术构架, 一方面可以提升实时/ 历史数据平台应用的整体管控能力, 改变现有平台上业务应用缺少统一规划和规范化技术架构的现状, 改变现有应用技术支持厂商各自为政、存在技术壁垒的现状, 形成平台应用建设的良性生态链;另一方面可以提升实时/ 历史数据平台应用的信息化水平, 有效地沉淀和积累技术及业务能力, 提升应用的实用化水平, 有利于平台应用能力的可持续发展。
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电网海量实时数据服务平台设计 篇2
随着电力信息化建设的不断推进, 大量实时和非实时系统得到建立, 大体可以分为监视系统、控制系统以及管理系统, 这些系统对电网的安全管理、安全生产以及经营起到了极其重要的作用。但已有的系统大多都是在不同时期由不同单位建设的。因此, 各系统的通信接口迥异, 无标准化的整体设计和建设规范, 系统间的数据关联较弱, 无法有效进行实时数据的共享与交互, 严重阻碍了电力信息化建设的发展。这也使得跨区多系统协作时, 系统间数据的传输容量, 传输效率得不到保证。建立标准化的实时数据服务平台显得十分必要。以下提出一种新的海量电网实时数据服务平台设计构架, 在研究各类电网系统数据即基本数据、运行数据、试验数据、在线监测数据和事故数据的基础上, 建立了标准化实时数据的数据接入格式, 统一了电网内系统间的数据通信协议, 消除了以往通信接口、数据存储接口以及服务接口相互孤立的缺陷, 形成了标准化的不同系统数据交互的海量实时数据的服务平台。
2 数据平台发展现状
由于电网实时系统应用范围的不断扩大, 以及安全分区的推进, 传统数据的传输交换结构已经无法满足现实的需求, 孤立接口模式来实现数据传输交换正逐渐被中心数据平台所代替。调度数据中心[1,2,3]向着一体化、集成化发展, 逐步形成图形、数据、模型等为一体的调度数据平台, 有效增强了电网应用系统间的数据交互与协同。实现电力生产海量实时信息交互和生产实时数据的共享的基础上, 需要更好地为电网的经济、安全运行以及经营管理服务。显然, 对于这一“企业级”的管理和生产需求, 调度数据中心却并不能完全满足, 因此, 企业级数据平台成为了研究热点。企业级数据平台的数据并非来自孤立单一的系统, 而是来源于电网中各部门相关的系统, 并且其数据平台能够为电网整体提供服务, 实现各类数据的共享与交互。
3 实时数据服务平台标准化
3.1 标准规定
国际电工委员会制定的IEC61970/61968协议标准以其先进的理念, 为电网自动化提供了指导, 给出了电网企业相关业务相适应的电网模型和接口规范, 即公共信息模型[4]CIM和组件接口规范CIS。这一协议标准彻底改变了电网中各系统信息无法有效交互, 效率较低等缺点, 使得电网中各电力信息化系统能够实现无障碍对接, 真正做到互通互联, 极大地降低了电网各系统的集成应用成本。CIM是整个IEC61970协议标准的核心部分, 是一个抽象的模型, 提供了标准化方法, 描述了电力系统中所有对象的逻辑结构和关系信息模型。这就使得能够把电网的物理设备层抽象为资源层, 不仅考虑到了主网的物理设备资源, 而且囊括了配用电等。传统的电力生产调度常常用CIM作为电网模型, 随着应用范围的不断扩大, 在其他相关电力业务的描述上使用也越来越广泛。比如电网电气、风电网、微电网[5]等都可以用CIM来建立电网模型, 获得抽象应用, 其意义不言而喻, 对电力系统中其他各类信息相关系统的集成与融合起到了指导性作用。从整体来看, 一整套CIM模型过于庞大、覆盖面广, 所建模对象之间的逻辑关系极其复杂, 因此, CIM中的对象类被对应成多个逻辑包, 某一个电力系统模型都对应着一个逻辑包。公共信息模型是由一组完整的包所组成, 这些包的集合逐渐发展成为独立的标准。
3.2 统一实时数据接入格式
3.2.1 标准体系结构
随着电力系统实时监控及决策支持系统的不断发展, 现有的电网内各系统间的数据交互性能、传输速率与安全可靠性以无法满足发展的需要, 建立能与海量数据流通相匹配的通信标准, 且能支撑电网中跨区域多系统的互通互联势在必行。应用较为广泛、技术较成熟的网络技术有ISO-OSI[6]参考模型, 这一参考模型大体上能够适应对电网中的实时动态数据的通信要求。ISO-OSI参考模型共分以下几层:应用层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。ISO-OSI参考模型中的传输层采用的是TCP协议, 面向链接的TCP能够提供可靠、全双工的字节流, 具有多路服用、全双工、控制流、同步和确认等功能。数据服务平台与其他各外部系统之间需要建立多通道和完成多发多收, 采用C/S模式的基于TCP的应用程序符合这些要求。各外部子系统的TCP/IP网络传输功能与数据的单元格式组成了实时数据传输的标准, 那么这个标准在基于TCP/IP的各类网络中均能使用。
3.2.2 数据单元格式
实时数据单元格式主要由4部分组成:头帧、命令帧、配置帧和数据帧。头帧规定了算法、变送器类型、模拟滤波器、数据源等说明性信息;命令帧规定了海量数据服务平台与电网各子系统通信的控制命令;配置帧主要描述了数据帧在传送实时数据时的数据类型及通信通道等信息。数据帧包含了同步相量测量值以及全球定位系统同步时间。而每个不同的帧有统一的功能字节分配, 前两个字节是帧的同步字 (SYNC) , 然后是占两个字节的帧字节数 (FRAMESIZE) , 再在后面的四个字节是世纪秒 (SOC) 。每个帧的帧头都提供了时间同步信息以及帧的类型, 帧与帧之间在传输的过程中无分界符, 每一帧都以CRC16校验字结束。
3.2.3 通信构架
海量数据服务平台与各系统之间的实时数据传输流程是通信标准的重要部分。实时通信基于面向连接的TCP通信协议, 使用C/S模式建立实时数据管道及管理管道, 图1简要说明了实时通信的建立过程。系统启动或重建通信时, 实时通信管道未建立, 服务平台与各系统的通信过程分解为若干子通信流程。
4 平台设计方案
4.1 整体架构
在建立配网模型标准、计量信息标准的基础上, 实现主配网信息的共享, 计量信息与配网设备的信息关联、主网设备与配网设备的关联以及设备功能位置与设备台帐的关联, 能够提供基于SVG图形的生产、运行综合信息的查询手段。配网系统和主站系统以适配器的方式接入海量实时数据平台, 系统的技术构架如图2。
4.2 技术路线
电网海量实时数据服务平台系统整体被设计为5个层次, 分别是用户接口、核心服务层、核心组件层、数据层以及操作系统层, 技术路线图3。用户接口层为用户提供统一的界面入口, 并根据授权的划分可以让用户能够完成不同模块应用。核心服务层提供以核心组件层为基础, 为标准协议层提供支持, 并且为各相关模块应用的调用的接口, 可使用本系统成为它们管理系统的一部分。核心组件层该层为实施实时协议标准提供支持服务, 其中核心组件层和核心服务层是基于C/S体系结构, 基于面向对象方法开发数据服务平台与相关基础组件和业务组件。数据层通过异构数据库各个组成部分的自治性, 实现数据的共享和透明访问, 同时实现不同数据库之间的数据整合, 其中每个数据库系统应保有自己的应用特性、完整性控制和安全性控制。操作系统层是基于C/S的架构, 支持各种流行的硬件平台和操作系统来为系统提供稳定安全的操作系统环境。
4.3 全网模型
分层、分区时我国电网管理与运行的典型特点, 所以电网信息的集成、交互、共享需以CIM来建立全网模型。全网模型的形成把各系统异构接口统一成标准化的接口方式, 使得可以任意获取电压等级范围内的设备参数、拓扑结构和电网模型。主要的核心设计是模型的导出以及全网模型的拼接与拆分。
4.4 数据接口
数据接口分为三大部分:配网系统适配器、计量自动化系统适配器以及生产系统接口。配网适配器连接信息集成平台与实时数据平台, 是其数据交互的接口, 依据CIM相关类对配网进行建模, 并且描述连接关系, 从信息集成平台获取按照CIM组织的配网模型和SVG图形。计量自动化系统适配器是实时数据平台接入计量主站系统的方式, 计量自动化系统相关量测数据的主要特点是多样, 因此, 量测与表计的模型需重点把握。生产数据与实时数据平台连接的接口可使用专用的接口方式, 生产系统接受展示服务器查询到的设备代码信息, 然后, 把设备缺陷信息或者设备台账反馈回去。
5 结束语
文中在提出适合电网实时数据传输的通信数据协议标准的同时, 给出了海量实时数据平台的设计方案, 通过研究各类电网系统数据即基本数据、运行数据、试验数据、在线监测数据和事故数据, 建立了标准化实时数据的数据接入格式, 统一了电网内系统间的数据通信协议, 消除了以往通信接口、数据存储接口以及服务接口相互孤立的缺陷, 形成了标准化的不同系统数据交互的海量实时数据的服务平台, 该数据平台能够提升电力系统整体的稳定性、安全性和可靠性, 为电网中各系统间海量数据的挖掘、分析、交互、共享提供途径, 极大的节约了电力生产中系统集成成本, 对于电网信息的整合起到了重要作用。
摘要：为了能够为电网中各系统间海量数据的挖掘、分析、交互、共享提供数据服务平台, 提出了对数据通信接入格式、数据存储以及相关服务接口标准化的海量实时数据服务平台。在分类分析现有控制、监视和管理系统中实时数据信息的基础上, 研究并设计了统一的实时数据接入格式, 并且详细描述分析了服务平台相关的设计方案。
关键词：实时数据,服务平台,数据接入,通信协议
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实时/历史数据平台 篇3
关键词：海量历史/准实时数据管理平台,实时数据,深化应用,一发两收
0 引言
国家电网公司海量历史/准实时数据管理平台是对电力生产运行过程中各业务应用生成的历史/准实时数据进行按需存储、整合、 共享和分析的场所。 2010 年, 国家电网公司启动了 “海量历史/准实时数据管理平台”项目, 接入大部分业务应用准实时数据[1]。 截止2014 年6月, 该平台已接入96个系统的2 807万测点, 同时为54个系统提供数据访问服务。
深化应用建设全面继承海量历史/准实时数据管理平台已有建设成果, 并开展海量历史/准实时数据管理平台完善提升工作。其重点包括完成海量历史/准实时数据管理平台设备模型构建、多通道数据访问、平台数据综合展示、应用开发数据质量检测和审计等业务组件的研发工作, 完成计算服务模块的完善提升工作, 同步开展相关前沿关键技术的研究。
1 深化应用建设内容
1.1 新增基于电网设备的海量历史/准实时数据管理平台设备模型
结合江苏海量历史/准实时数据管理平台对平台设备模型的试点实用化建设成果, 对运行、检修和营销设备进行整合, 以构建基于电网设备的海量历史/准实时数据管理平台设备模型 (如图1 所示) , 形成海量历史/准实时数据管理平台数据字典, 提升业务系统数据访问的便捷性, 满足运检部PMS2.0等业务系统通过设备方式访问及二次加工历史/准实时数据的需求 (如图2 所示) 。 其主要内容包括:
(1) 研究电网设备存储模型、数据源自动同步方式。
(2) 基于设备命名的测点命名方式。
(3) 设备树与测点的自动挂接技术。
(4) 基于设备树的访问方法和计算加工功能。
(5) 基于设备树的测点管理与维护。
(6) 设备信息相关集成接口的开发。
(7) 新增历史/准实时数据多通道访问模式。
1.2 新增历史/准实时数据多通道访问模式
为了满足PMS2.0通过设备全路径名访问, 适应一体化电量与线损管理系统通过设备台账信息访问, 同时支撑其它不同业务系统对历史/准实时数据的多形式数据访问需求, 完成数据混合模式访问模块开发, 提升海量历史/准实时数据管理平台数据访问的便捷性。 其主要内容包括:
(1) 提供基于设备的海量历史/准实时数据管理平台数据访问服务。
(2) 提供基于相关台账信息 (如区域代码、用户号、表计号和功能编码访问用电信息采集数据) 的数据访问服务。
(3) 提供设备全路径名数据访问服务。
(4) 提供基于设备模型的数据访问服务。
(5) 提供其它类型数据访问服务。
1.3提升海量历史/准实时数据管理平台计算能力, 新增平台数据可视化综合展示和应用开发业务组件
基于运监中心 “量价费损”等业务应用对数据二次加工的需求, 提升海量历史/准实时数据管理平台计算能力;新增海量历史/准实时数据管理平台数据可视化综合展示业务组件, 支撑不同层次人员对数据综合展示的需求;基于基层班组个性化创作需求, 新增基于海量历史/准实时数据管理平台的应用开发业务组件, 完成基层班组信息化工作推进。
(1) 提升海量历史/准实时数据管理平台计算能力, 支撑运监中心 “量价费损”等复杂业务应用对历史/准实时数据的电量与负荷计算、区域的电量与负荷计算等二次加工需求, 为构建复杂分析类应用提供工具保障。其主要内容包括:研究基于海量历史/准实时数据管理平台的分布式并行计算框架;开发分布式多节点并行计算模块;开发计算过程统一调度控制模块;开发计算资源池管理模块;开发支持复杂计算的计算过程模块;开发支持二次开发的IDE。
(2) 完成海量历史/准实时数据管理平台数据可视化综合展示业务组件开发, 实现海量历史/准实时数据管理平台海量数据多维度、多形式综合展示, 解决运维中心对平台可视化监控的需求, 适应管理人员对数据可视化综合分析的需求, 满足不同层次人员对数据展示的需求。其主要功能包括:提供数据不同属性 (如区域属性、 设备类型、测点类型、数据源等) 的多维度展示;提供数据多形式 (如表格、饼图、柱状图等) 展示; 提供数据不同属性的数据健康状况 (中断、漏点等) 综合展示;提供数据审计情况综合展示;提供平台运行指标 (数据访问率、测点活跃率等) 综合展示。
1.4 实现海量历史/准实时数据管理平台对用电信息采集系统准实时类数据的直接采集接入
用电信息采集系统数据量大, 数据提供及时性不高, 对 “量价费损”等业务应用中用户表计电量偏差、用户表计断流等复杂计算的及时性有较大影响。结合需求, 采用用电信息采集系统前置机 “一发两收”机制 (如图3 所示) , 在传输数据解析后写入用电信息采集系统数据库的同时向海量历史/准实时数据管理平台推送相同的原始时标数据, 以保证用电信息采集数据的及时性, 减轻用电信息采集系统的接口压力, 并为其提供数据备份。
1.5 新增平台数据质量监测和审计组件
研发海量历史/准实时数据管理平台数据质量监测和审计模块, 通过数据质量检测、数据质量审计、数据质量反馈及解决, 形成数据质量问题跟踪解决闭环, 提升海量历史/准实时数据管理平台数据的有效性、 适用性和及时性, 以满足省公司营销部需求侧分层分区决策管理系统、调控中心大屏展示系统等业务系统对历史/准实时数据数据质量的需求。其主要功能包括:
(1) 数据质量监测 (重点是FTP中断, 漏点, 数据为空, 数据为0, 网络中断等) 。
(2) 基于数据质量监测, 结合现场实际情况, 综合评价分析数据质量。
(3) 将评价结果反馈给数据管控部门, 协助解决数据质量问题, 形成数据质量跟踪解决闭环。
(4) 提供数据质量咨询服务。
1.6 部署分布式实时计算组件
平台分布式实时计算组件[3,4]研究, 实现了对历史/准实时数据的分布式并行内存计算[5], 提升了数据加工计算的效率;流计算和内存计算, 可提升加工数据的实效性;开发集成IDE, 可使数据加工计算变得更便捷; 支撑了“电网规划深化应用”、运监中心 “量价费损”和 “一体化电量与线损管理” (如图4 所示) 等复杂业务应用对历史/准实时数据的电量与负荷计算、 区域的电量与负荷计算、运行数据分析等二次加工需求, 提升了海量历史/准实时数据管理平台分布式实时计算能力, 为构建复杂分析类应用提供了工具保障。总之, 平台分布式实时计算组件研究, 为后续基于平台二次加工计算类应用开发提供了便捷。其具体研发内容如下:
(1) 研发分布式多节点并行计算引擎。 基于上述研究内容研发海量历史/准实时数据管理平台分布式多节点并行计算引擎, 计算引擎通过时间、优先级等配置策略, 调用脚本引擎执行对应的计算算法, 生成计算结果, 并作为测点的结果值和状态转存到数据库中。公式解析采用脚本引擎提供的方式。
(2) 研发分布式多节点并行计算的统一调度控制模块。该模块通过统一配置时间、优先级等策略, 实现控制调度各分布式节点计算任务的执行。
(3) 研发计算资源池管理模块。 该模块用于管理所有分布式节点的计算任务。
2 主要应用成效
通过海量历史/准实时数据管理平台提供的设备模型和对混合数据访问方式的研发, 提升了数据访问的便捷性, 提高了集成的工作效率, 减少了集成工作时间;通过对海量历史/准实时数据管理平台关键技术的研究, 提升了平台的容错性、可靠性和可用性;通过对数据质量检测和审计功能的开发, 可提供数据质量检测、 数据质量确认、数据质量反馈及协助解决机制, 形成数据质量解决闭环, 从而有效提升平台数据质量, 减少数据质量跟踪解决成本。海量历史/准实时数据管理平台的建设响应了国家电网公司坚强智能电网的建设目标, 为国家电网公司智能电网建设在历史/准实时数据存储、 加工、 交换等方面提供了有力支撑。
3 非功能需求
3.1 性能与可靠性
(1) 海量历史/准实时数据管理平台支持100TB级规模的历史/准实时数据管理以及10 个以上的历史/准实时数据库构建统一访问群集。
(2) 在带宽允许情况下, 时间序列数据的事务吞吐率不低于10万事务/s。
(3) 日常平均CPU占用率小于40%, 忙时小于75%;内存占用率小于50%, 最大并发时小于75%。
3.2 信息安全
为了保证系统安全[5], 海量历史/准实时数据管理平台的安全级别为信息系统等级保护二级。其在应用和数据方面需符合以下要求:
(1) 提供身份鉴别机制。 使用平台服务需进行基于用户密码的身份鉴别, 密码登录失败3次结束会话。
(2) 提供访问控制。平台业务用户无法直接访问文件和数据库, 默认只有最小权限, 超级管理员外的用户资源权限有限。
(3) 具备安全审计功能。 平台提供覆盖每个用户的安全审计功能, 审计记录无法被删除, 记录信息包括时间、用户、类型、级别、结果等。
(4) 提供资源控制机制。 在通信双方中的一方未作响应时, 另一方能自动结束会话;能限制系统与单个用户的最大连接数。
(5) 通信保密。 在通信双方建立连接前, 利用密码技术进行会话初始化验证。
4 结束语
海量历史/准实时数据管理平台深化应用建设结合“量价费损”等业务应用对准实时数据的需求, 完成海量历史/准实时数据管理平台计算加工能力提升, 支撑复杂分布式并行计算业务需求;完成平台设备模型业务组件、可视化综合数据展示业务组件、多通道数据访问服务、关系数据处理模块、应用开发业务组件与数据质量检测和审计服务的开发, 提升了平台数据质量, 满足了多形式的数据访问需求, 支持关系数据的储存和处理, 为不同层次人员提供多样化综合展示平台;实现平台对用电信息采集系统准实时类数据的 “一发双收”直接采集数据接入, 提升了平台历史/准实时数据实时性, 满足了 “量价费损”等业务应用对用电信息采集数据的实时性要求;开展海量历史/准实时数据管理平台接口和应用服务的故障转移技术、平台内部关系型数据存储与处理技术、时序型数据和关系型数据的统一查询机制技术等研究, 提高了平台的容错性, 保障了平台的高可用性。
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实时/历史数据平台 篇4
浙江省电力公司作为国家电网公司系统内较早开展实时/历史数据平台研究的网省公司, 率先实现了公司范围内统一技术平台、统一运维管理、统一实施、技术规范的实时/历史数据应用。自平台建成以来, 陆续接入了生产、调度和营销等业务150余万测点实时/历史数据, 开发了上千个应用, 并广泛应用于发、输、变、配、用、调度、营销等环节, 取得了丰硕的成果[1,2,3]。
随着国家电网公司智能电网建设的快速推进, 越来越多的智能电网业务管理系统需要接入实时/历史数据平台, 以便集中存储、分析和共享电力生产实时/历史数据[4]。但是现有的平台在部署架构、应用拓展等方面已不能满足浙江电网的发展需要, 亟需构建新的实时/历史数据平台。
1 实时/历史数据应用现状
1.1 国家电网公司实时/历史数据应用现状
近年来, 国家电网公司加大实时/历史数据库技术应用力度, 特别是随着智能电网建设的发展, 亟需加强对电网海量实时/历史数据的管理与应用。国家电网公司于2011年发布了《国家电网公司海量历史准实时数据管理平台典型设计》, 对系统内海量实时/历史数据管理平台在系统架构、功能、数据交互等方面给出了规范性建议。
在此基础上, 国家电网公司开展了实时/历史数据应用平台试点研究与实施工作, 确定华东分部、上海电力公司等5个网省公司开展试点实施工作, 并在2011年底先后完成试点验收。
1.2 浙江电力实时/历史数据应用现状
浙江省电力公司于2005年经过充分选型论证, 确定了依托美国OSI公司PI实时/历史数据库建立了浙江电网实时/历史数据平台。PI数据库是当时技术先进、稳定成熟的实时/历史数据库产品之一, 广泛应用于电力、石油、化工和通信等领域。浙江省电力公司也是国家电网公司系统内最早将PI数据库引入到电网生产管理、建设和研究实时/历史数据平台的网省公司, 历经7年的建设和发展, 建成了省、地二级部署的平台, 发挥了积极的作用[5]。
PI平台架构如图1所示。省公司与地区局各自部署一套PI系统, 由PI数据库服务器、应用服务器、数据接入接口服务器和数据访问接口服务器组成。各级PI数据库服务器分别接入各自区域内的数据, 上下级PI数据库服务器通过数据复制进行数据共享[6,7]。
PI平台的建设应用, 使浙江省电力公司在实时/历史数据应用方面走在国家电网公司的前列。通过在平台上进行技术研究、应用开发和业务竞赛, 打造和培养了实时/历史数据应用技术的科技创新团队, 取得了大量技术成果和专利。
但由于浙江电网实时/历史数据平台建设起步较早, 对照国家电网公司后续制定的技术规范与要求, 存在一定差异, 同时在PI应用上也暴露出一些问题, 主要表现在以下2个方面。
1) 部署架构与国家电网公司典型设计要求存在差异。PI平台建设初期, 为了加快推进业务应用, 鼓励地区局发展个性化应用, 减小应用对网络带宽压力, 系统架构采用了省、地两级部署模式;另外, 当时PI数据库稳定版本仅有15万测点规模, 也很难支撑全省集中部署, 现有部署架构与国家电网公司典型设计方案要求的网省一级部署模式存在差异。
2) 平台业务应用发展不平衡。平台在应用过程中, 全省建成了1 000多个业务应用系统。各单位应用发展水平参差不齐, 造成平台业务应用重叠, 不利于平台的统一运维管理。
在这一背景下, 如何构建符合浙江电网应用发展需求的新的实时/历史数据平台, 成为当前面临的重要问题。
2 基于海迅数据库的实时/历史数据平台
2.1 平台价值
基于海迅数据库的实时/历史数据平台作为浙江省电力公司管理信息大区唯一的实时/历史数据管理平台, 通过统一的数据接入、存储和访问管理, 为业务应用提供公共数据服务, 降低信息安全风险, 提升信息综合利用和统一管理水平。
1) 统一的数据接入和访问。统一的数据接入和访问可以消除现有业务系统点对点直连方式带来的信息安全隐患, 并改变现有数据接口种类繁杂的现状, 降低运维工作量。
2) 规范化的数据管理。规范化的数据管理可以提升实时/历史数据共享和综合利用水平, 为各业务部门实施综合分析应用提供全面的数据支撑, 而不需要再从其他业务系统中获取所需数据。
新的基于海迅数据库的实时/历史数据平台可以有效整合实时/历史数据资源, 标准化的应用建设方式, 为国家电网公司探索实时/历史数据管理模式和应用建设提供经验。
2.2 部署架构
遵循国家电网公司SG-ERP总体规划, 按照国家电网公司典设中各网省公司应采用集中部署模式的要求, 以及浙江省电力公司制定发布的《实时/历史数据平台技术导则 (试行) 》的建设原则, 新平台采用全省集中式部署模式, 统一使用, 统一管理。基于海迅数据库的实时/历史数据平台部署架构如图2所示。
1) 在省公司集中部署数据库服务器和应用服务器, 从而做到数据和应用的集中部署, 符合国家电网公司典设要求。
2) 核心数据库 (海迅数据库) 支持分布式部署, 方便平滑升级扩容, 能满足浙江电网未来全省测点规模上千万乃至上亿的海量数据规模, 有效解决测点资源瓶颈限制。
该部署方式便于进行全省的统一数据规划、统一数据模型和统一数据标准, 同时便于基于新平台应用的全省推广。
2.3 统一数据接入和访问控制
基于海迅数据库的实时/历史数据平台横跨调度、营销、生产等多个部门, 集中存储SCADA、电量系统、用电信息采集、营销、在线监测等多数据源实时/历史数据, 业务应用将更趋向于综合应用。基于海迅数据库的实时/历史数据平台业务架构如图3所示。
作为浙江电网管理信息大区唯一的实时/历史数据管理平台, 调度、营销、生产等部门带有时标的、连续性的数据原则上都应按照统一的规范接入到平台中, 同时各业务部门的应用通过标准的数据访问服务直接从平台中获取所需的数据, 而非通过自行开发的非标准的数据接口从源系统获取数据, 从而实现新平台对数据接入和访问的统一控制, 降低信息安全风险。
平台提供标准的数据接入方法, 参考不同系统的实际状况, 遵循DL/T860、DL/T890等标准规约或以UAPI、E格式等方式, 将各类实时/历史数据接入到平台中。标准的数据接入接口应具备历史数据接入、异常处理等功能, 按照国家电网公司典设对数据接入的要求, 新平台应提供接口集中管理工具, 统一管理数据接入接口。
平台不仅提供多种形式的、符合DL/T 890组件接口规范 (Component Interface Specification, CIS) 的数据访问服务, 还通过Web Service技术提供了标准的、通用的实时/历史数据平台测点配置信息以及测点实时/历史数据访问方法[8]。常用的访问方法有服务器连接与身份验证、测点属性查询、实时数据查询和历史数据查询等。
2.4 平台应用
浙江省电力公司目前采用标准化和个性化应用并举的模式, 充分发挥一线员工的创新精神。因此, 新平台应支撑这两大类应用的开展。基于海迅数据库的实时/历史数据平台应用体系架构如图4所示。
个性化应用是指由公司各业务部门的基层人员根据自身需求自主进行开发的应用。利用平台提供的组态、报表、计算等二次开发工具来进行快速的界面开发, 底层则通过SDK等方式访问海迅实时/历史数据库中的测点信息和实时/历史数据, 一般为C/S架构。
标准化应用是指公司各业务部门提出具体需求, 由专业的技术人员进行系统化的应用开发。利用ASP、JSP或J2EE等技术进行Web应用开发, 通过CIS规范的数据访问服务或标准Web Service接口访问海迅实时/历史数据库中的测点信息和实时/历史数据, 一般为B/S架构。
由于新平台应用进行了省级集中部署, 为了能更方便地集中管理和发布这些应用, 需要提供以下相应的技术保障, 从而满足应用管理、访问权限管理、应用集中展示等用户需求。
1) 新平台应提供统一的用户管理和权限管理。
2) 新平台应提供应用展示模板和统一门户管理工具, 用于标准化应用的快速开发和集中展示。
3) 新平台应提供个性化应用开发管理工具, 用于开发、发布、部署和管理个性化应用。
2.5 基于CIM的数据管理
作为浙江电网管理信息大区唯一的实时/历史数据管理平台, 来源于SCADA、电能量、在线监测、用电信息采集等大量电力生产信息化系统或装置的实时/历史数据, 都将集中存储在新的数据平台中。
但这些数据是以数据测点的形式离散地存储在平台中, 既浪费了大量的基础平台测点资源, 也加大了综合利用业务数据资源的难度。因此, 通过电网资源公共信息模型 (Common Information Model, CIM) 对这些测点进行统一管理, 成为新平台建设的重要基础工作。
为了有效管理和综合利用这些实时/历史数据, 以DL/T890、DL/T860等标准为基础, 同时结合浙江省电力公司实际业务应用需要, 统一和整合各业务系统的CIM, 形成浙江省电力公司标准的数据模型, 通过企业数据访问总线的方式, 提供给各业务应用系统使用[9,10,11]。
新平台实现了CIM的管理和维护功能, 在统一管理和维护电网资源命名规则和量纲的同时, 兼顾测点数据的统一管理, 将测点数据与具体的电网资源绑定, 有利于合理规划和利用新平台测点资源。同时提供了通用的建模工具来创建数据模型, 考虑到公共信息模型数据之间关联性较强, 模型管理数据与测点管理数据存放在关系型数据库中, 以方便模型的管理和维护。
33平平台迁移技术策略
由于PI平台已经在浙江电力运行多年, 沉淀了海量实时/历史数据, 开发了大量实时业务应用, 因此平台迁移的过渡时期会存在PI平台和新平台共存的情况, 如何解决2个平台共存运行、平稳过渡的问题, 是平台迁移的关键点之一。在实时数据接入方面, 同时运行PI平台和新平台的数据接入接口, 分别保存数据, 使得2个平台相对独立, 互不影响;在历史数据接入方面, 新平台提供方便快捷的PI2HS数据迁移工具, 支撑数据的安全高效迁移;在应用迁移方面, 新平台提供组态、报表、计算等工具来替代PI平台原有的PI-Datalink、PI-Processbook、PI-ACE等工具, 同时还提供了PI平台所没有的工具, 如PI2HS图形迁移, 从而加快应用迁移的速度, 保证平台平稳过渡。
新平台采用了与PI平台不同的集中部署模式, 需重点解决测点规模、网络带宽等方面的关键问题。
1) 采用网省集中部署方式, 全省实时/历史数据汇集在一起, 存储数据量将非常庞大, 测点数据规模将高达上千万, 需要考虑数据库产品的测点规模问题。目前, 海迅实时/历史数据库支持稳定的1 000万测点版本, 并可通过分布式部署方式, 实现动态扩容, 满足大规模测点需求。
2) 采用网省集中部署方式, 各地市直接访问省公司的应用, 从地市到网省会不间断地传输实时数据, 势必对网络带宽造成一定压力。参照国家电网公司典设对网络压力进行理论估算, 若新平台同时有100万测点在进行数据查询操作和数据写入操作, 频率都为5 s/次, 占用的网络流量约为119 Mbit/s, 目前浙江省电力公司千兆级信息网络可以承受该情况下的实时数据传输压力。
同时在实际的网络环境中, 模拟大量客户端并发读写的情况, 对新平台的网络压力、并发事务的处理效率等进行了测试。参照PI平台中的压力情况, 模拟并发读写的客户端数量维持在800个左右, 数据读写频率达到秒级时, 服务器硬件资源基本达到饱和 (CPU占用持续超过85%) , 查询事件率为11.2万/s, 写入事件率为137.5万/s, 此时网络带宽占用约为17.8 Mbit/s。在这种压力条件下, 浙江省电力公司现有的骨干网网络能够支撑其正常运行。平台测试结果如图5所示。
4 结语
随着业务应用领域的拓展和大量业务应用的部署及数据接入, PI平台资源不足、应用水平发展不一以及部署架构与国家电网公司典设存在差异等因素都在制约着实时/历史数据应用的发展。围绕着坚强智能电网发展的总体目标, 密切结合浙江电网现状和发展需求, 通过基于海迅数据库的实时/历史数据平台的构建和平台迁移技术策略的研究, 为解决PI平台存在的问题提供了一个有效的手段和方法。
基于海迅数据库的实时/历史数据平台的建立, 为浙江电网海量实时/历史数据提供了一个标准规范的管理平台, 统一采集和接入、存储实时数据并提供标准的数据访问服务, 提升了信息共享和统一管理水平, 同时为浙江省电力公司各业务部门的应用提供了一个应用管理平台, 全面支撑业务应用, 为推动浙江电网实时/历史数据应用、挖掘实时/历史数据价值打下坚实的信息化基础。
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实时/历史数据平台 篇5
随着社会的信息化发展，很多部门逐渐建立起各自的业务信息系统，但由于各业务系统建立时间和提供商不同，也导致各种数据的存在形式、来源和记录格式也各不相同，这对各部门、各系统之间实现数据共享带来不便。同时，随着社会高速发展，各企业部门对数据的“实时性”需求也越来越高，因为数据实时性越高，便更有利于企业部门高层作出更及时、更准确的决策。特别对于那些目前仍然主要采用以“文件形式”记录数据的部门来说，将具有多种来源途径和记录格式的文件型数据实时处理、集成，并最终建立统一、透明的“综合数据实时共享平台”，为企业或部门的高端决策提供实时数据支持，已是迫在眉睫。
以“文件形式”记录的数据在存储、提取、使用效率以及统计查询等方面仍存在较多不便。首先各类数据的“多源”存储，给数据文件的获取带来不便，同时也较不稳定;其次，各类数据的“记录格式”不统一，也不利于数据信息的提取;再者，数据的“文件型”记录，造成数据的“多次使用必须多次提取”，特别是对于部分数据在抽取完成后需要进一步处理加工过程时，就很大地影响了数据的使用效率，也加重了系统的负荷;最后，随着各类数据文件的日积月累，一方面容易造成文件的丢失，另一方面也不方便数据的管理和历史信息的查询统计。
针对目前数据文件在这些方面的不足，本文设计并实现了“多源异构海量数据实时处理平台”，该平台能实时从多种数据路径获取并处理多种数据文件，并按照各数据记录格式实时提取并将处理完的数据保存到数据库，不仅克服了文件型数据在保存、使用效率和统计查询等方面的不足，而且实现了各业务系统之间“多源异构数据”的实时共享。同时，将各类数据都统一保存到数据库后，对其他基于数据库开发的信息系统的开发与发展具有很大的意义[1]。
1 系统分析
1.1 系统数据源分析
目前各企业部门业务系统的数据来源途径主要有四种:远程FTP服务器、局域网数据服务器、局域网数据库服务器和本地数据服务器[2]。
(1)远程FTP服务器:系统平台通过互联网连接一台或多台FTP服务器，文件更新频率可能各不一样，对服务器存储的文件有下载权限。
(2)局域网远程数据服务器:在局域网内部，但物理距离较远，建立多台远程数据服务器实现数据共享，主要用作存储各种类型的文件型数据，各文件更新频率不定。
(3)局域网数据库服务器:在局域网内部，有部分数据经过其他系统处理，将处理完的产品数据保存到局域网的数据库服务器，通过权限设置为其他主机提供数据共享。
(4)本地服务器:本地服务器主要存放一些本地的数据文件。
系统数据源总体架构如图1所示。
1.2 系统设计目标
建立“多源异构海量数据实时处理平台”在功能上主要包括以下目标:
(1)系统具有基本的参数设置功能。主要是对各种数据存放位置的设置，比如:设置数据路径、FTP站点、必要信息的增删改查等。
(2)系统能够实时监测各类数据，对于最新更新的数据文件，能够实时获取并处理，并且最终保存到数据库中，同时能够通知其他系统实时使用最新数据。
(3)系统能够完成必要的数据保存、备份以及其他的各种维护功能。
(4)该系统能够24小时不间断运行于服务器端，必须保证数据的实时性、准确性以及系统的稳定性。
(5)基于软件设计的基本宗旨，该系统应具有良好的可扩展性。
2 系统设计
2.1 系统框架
根据本系统大的设计要求和目标，系统总体框架主要分为实时监测模块、实时处理模块和实时保存模块。
实时监测模块主要功能是对所有数据源上的数据文件进行实时监测，当有新增文件或者有文件内容发生变动时，能够实时获取该文件，然后交予实时处理模块处理。
实时处理模块主要功能是实时处理由实时监测模块监测到的新增或者内容发生变动的文件。该模块主要包括文件判断和文件处理两个功能，文件判断主要是用于判断实时监测到的文件是否为需要处理的文件，而文件处理主要包括数据抽取和数据加工。具体处理细节按照各种数据文件的要求不同。
实时保存模块主要是将实时处理完成后的数据保存到数据库中，并且在数据库中形成相应记录以通知其他系统的实时使用最新数据[3,4]。
此外，系统还包括了数据备份、数据清理等一系列必要的数据库维护功能。为了数据的安全，数据备份是必不能少的。本系统处理的数据种类较多，而且各种数据的使用情况各不相同，其中，有些数据需要永久保存，而有些数据只是用作最近时段的实时展示，有效时限较短但占用资源又较大，所以不需要永久保存，对这些数据则需要系统定时清理。同时对于一些存放临时数据的中间表，也需要系统定时清理。
2.2 系统功能设计
系统主要功能包括实时监测、实时处理和实时保存等三大模块。
1)实时监测
系统的实时监测模块主要分为两种方式:“定时扫描”和“实时监测”。主要是根据数据的存储位置和数据文件的特征采用不同方式。
对于远程FTP数据文件实时监测主要是采用“定时扫描”的方式，即指每隔指定时间后对所有文件进行一次扫描，以发现这段时间内是否有新增文件或文件发生变化。对于远程FTP服务器无法使用实时监测路径方法，系统主要结合FTP文件更新频率设置系统定时扫描频率。对于具有固定文件更新频率(即每隔固定时间更新一次文件)的FTP服务器，系统主要按照文件的更新频率设置系统扫描频率。而对于没有固定文件更新频率的FTP服务器，系统扫描频率主要根据实时性要求和系统与FTP服务器负荷而定。系统扫描频率越高，对系统与FTP服务器负荷就越大，所以在保证系统和FTP服务器正常运行的前提下，实时性要求越高，扫描频率就越高，反之相反[5]。
对于局域网远程数据服务器，可以在本系统平台建立映射盘，类似访问本地磁盘一般访问该远程数据服务器中的数据，所以对于该种存储方式的数据可以像监测本地文件一样使用“实时路径监测”，.NET已经提供了该类方法的实现，即当某路径有新增文件或者有文件发生修改时都能得到该文件的具体信息。同时，该方法的实时性较高。
对于本地服务器，也可采用“实时路径监测”方法对文件路径进行实时监测。
对于局域网数据库服务器，主要有两种方法:“定时扫描”和“使用触发器”。“定时扫描”主要和前文相似，每隔指定时间检查目标数据库是否有数据更新。“使用触发器”主要是结合数据库的触发器技术，对目标数据库设置触发器，当目标数据发生更新时，实时通知本系统数据库，对更新的目标数据进行处理。
2)实时处理
实时处理模块作为本系统一个核心模块，主要是处理实时监测模块监测到的最新实时文件。该模块主要包括文件判断和文件处理两个功能。
(1)文件判断:采用实时监测方法监测的是某一个路径下的所有内容，但是并非该路径下的所有文件都是所需要处理的文件，所以根据实际需求，对监测到的文件还需要判断该文件是否为所需文件，判断依据主要依数据实际需求而定。
(2)文件处理:当文件判断确定为所需数据文件后，就将对该文件进行处理。其中，文件处理主要包括数据抽取、数据加工等过程[6,7]。
a)数据抽取:按照各自的文件格式将所需的信息抽取出来。系统处理的大部分文件主要是文本数据格式，对该类数据文件只要进行简单的数据读取就可以[8]。但同时还有一些数据文件可能还使用了加密技术，所以在数据抽取之前还需要按其加密格式对其进行解码，再处理为所需的数据[9]。
b)数据处理:根据各种数据需求不同，处理的需求也不同，目前主要分为以下几种处理方式:数据提取、数值计算和数据统计等，而对于具有时空特性的一些数据，除以上几种方式外，可能还有:插值、生成等值线/等值面、平滑和图层叠加等，最终生成具有时空特性的空间GIS数据[10]。总之，对于各种数据，各自的读取格式、数据计算要求以及最终生成的产品数据形式也各不相同[11]。
3)实时存储
实时存储模块主要是将实时处理模块处理完成后的数据保存到数据库中，同时在数据库中形成相应记录以方便其他系统的实时使用最新数据[12]。其中，因处理完后的数据形式不同，数据存放形式也有所不同，在本平台中，数据库分为关系型数据库和空间数据库[4]，对于一些简单的数据主要存储在关系型数据库的表中;而对一些具有时空特性的空间GIS数据主要存放在空间数据库中[13]，比如各种色斑图和等值线/等值面数据等。
3 关键技术
3.1 数据实时处理模型
本系统根据目前数据存在的特点:存储在不同位置或者多种路径、数据格式各不相同、数据文件量增长更新速度较快等，针对因此带来的较多不便，比如因数据文件增长更新速度较快而导致数据文件越来越多，不便于保存，也不利于历史数据的统计与查询，更重要的是，很多数据文件还不能被实时处理和利用。
为此，本系统提出了一种“多源异构海量数据的实时处理模型”，主要包括三层架构:实时监测层、实时处理层和实时存储层。其中，“实时监测层”利用多种监测方法完成对多源数据的实时监测;“实时处理层”完成对“异构”且“海量”数据的实时处理;“实时存储层”完成对产品数据的保存和数据的实时被利用，同时也方便以后历史数据的计算和统计等。由此得出，本模型能够较好解决目前多源异构海量数据在保存和实时处理方面存在的诸多不便，有效提高数据的实时利用效率[5]。
系统三层模型架构图如图2所示。
3.2 数据并行处理
分析系统数据处理需求如下:
1)系统实时监测多种路径的“海量”数据，经常会出现同时有多个文件已经更新。
2)系统处理数据的“实时”需求，需要对每一个实时更新的数据进行实时处理。
再结合各种文件处理复杂度各不一样，有的文件处理较为复杂，耗时较长，所以会出现前一批数据还没处理完，后一批实时数据已经到达，导致系统来不及处理，因此不能满足系统的“实时”要求。
因此，系统采用“多线程”技术，为每一个实时更新的数据创建一个线程进行处理，最终实现并行实时处理海量数据文件[14]。但根据实际监测情况，会出现“很短的时间内有大量文件更新”的情况，且数据处理较为复杂，占用系统资源较大，一段时间内给系统带来较大负荷，因此系统制定如下“并行处理策略”:
1)设置系统最多同时并行处理指定数量的数据文件。具体数量由系统能承担的负荷和实际文件更新频率而定。
2)制定文件“处理优先级”。其中，根据客户对各数据的实时需求，实时需求较高的“处理优先级”较高，反之，实时需求较低的“处理优先级”也较低。
3)对于同一“处理优先级”的多个数据文件，根据文件的更新时间，优先处理较早更新的数据文件。
按照此策略，既能够有效缓解系统在文件更新高峰期时的负荷，同时又能够满足数据处理的“实时”需求。
4 应用实例
4.1 气象应用实例
通过以上对多源异构海量数据实时处理平台的设计，最终实现了基于Super Map的“多源异构海量气象数据实时处理平台”系统，并且已经实际应用在上海市嘉定区气象局日常业务中。
系统能够24小时实时监测多个路径，包括:一台远程FTP服务器、多台局域网远程数据服务器和多台本地数据服务器，对于实时监测的海量气象数据文件实时处理，对每一种格式的数据，按照各自的记录格式进行解码或者数据提取，再按照实际数据需求进行处理，并最终实时保存到各自数据库中。
系统框架图如图3所示。
该系统主要工作在于后台实时监测数据和处理数据，前台展示较少，图4为系统实时处理数据的记录首页。
同时，该系统主要处理的数据文件基本是以文本格式记录，用数值记录各格点的气象要素信息，不能直观地看出总体数值的空间分布和变化。该系统主要结合各样点数据空间分布和待创建表面的类型等特征，对每种特征的数据应用适当的插值方法进行处理，将文本型数据转换为具有时空特性的空间GIS数据[15]。本系统实现的插值方法主要有:距离反比权重插值、普通克吕金插值和样条插值。对于空间呈均匀分布且密集程度能够反映局部差异的样点数据集，比如Micaps的第四类格点数据，主要采用“距离反比权重插值方法”;对于插值字段值的期望(平均值)未知且恒定，数据变化成正态分布的数据，比如系统中的自动站各气象要素数据，主要采用“普通克吕金插值”[16];而对数据呈不均匀分布但输入点较多且较为密集的气象数据，如No Caws的自动站数据和Micaps的第一类地面全要素填图数据和第二类高空全要素填图数据，主要采用“样条插值方法”[17]。通过多种插值算法，最终生成等值线或者等值面等空间数据集[18]。
如图5所示，图的上部为自动站分钟数据，其中包括温度、风、雨量的各种气象要素信息数据，图的下部为将其中的“温度”要素经过“数值提取插值平滑”后生成的等值面数据集。
4.2 运行环境
目前，系统正在以下运行环境上运行:
硬件设备如表1所示。
支持软件如表2所示。
系统在长时间的试运行过程中较为稳定，且能够很好解决目前上海市嘉定区气象局业务所需的气象数据文件处理。
5 结语
本文针对目前各业务系统数据文件的“多源、异构、海量”等特点，结合对“实时性”的需求，设计了一种对“多源异构海量数据实时处理模型”，能够实时监测以多种形式存放在多种路径的海量数据，对所需数据文件能够及时响应，实时并行处理具有多种结构的海量数据文件，最后将处理完的数据实时保存到各自数据库中，确保数据能够实时被使用。同时，系统在数据处理过程中，结合各种数据的空间分布等特征，采用各种适当的插值算法，将文本记录的数据转换成更加直观的具有时空特性的空间数据，使数据得到更好的展示。
实时/历史数据平台 篇6
配电网的盲调问题一直制约着配网调度管理水平的提升, 随着计量自动化终端的全面覆盖, 这个问题有望解决。现阶段的配网调度管理利用准实时更新的单线图系统得知配电网的拓扑结构, 但是无法得知配电网的潮流分布。对于无自动化采集系统的常规配电线路, 除变电站出线可以从出线开关的CT上采集10k V出线的遥测量外, 用户侧线路的数据只能通过人工现场测量所得, 花费时间长, 测量精度低, 并且只能测量某一个时刻的数据, 对配电网风险的运行分析效率造成不利的影响。配网准实时数据平台正是基于配网单线图的配电网络遥测数据集中展示和分析平台, 对提高配电网风险运行的分析效率, 为量化配电网风险提供有益的探索。
1 配网准实时数据平台功能模块简介
配网准实时数据平台从计量自动化系统导入各计量终端的负荷数据, 通过计算和分析之后, 在单线图系统中展示出来, 同时通过后台计算得出重过载线路和不可转供线路等分析结果。配电线路实时数据展示及分析配网准实时数据平台能够展现给定线路上设定时间的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电力极值数据, 并且能按不同统计数据类型显示单线图中所有的设备的实时数据极值及曲线图。能通过历史数据查询统计出显示单线图中所有负荷率大于给定值的设备数据列表;按不同瞬时数据类型显示单线图中某个设备在一段时间内的瞬时数据列表、数据曲线图。
1.1 配电变压器实时负荷查询及分析
配网准实时数据平台能统计并列出区域范围内发生重载的配变列表和发生过载的配变列表, 并可查询出配变重过载期间的各项指标值;统计并列出区域范围内配变的负载率值分布情况、单个配变的在时间段内的详细重载情况;能根据目标配变的负载率值和电流值绘制负荷曲线, 统计区间可为日、月、季度、年;日负荷曲线以当日配变的瞬时负载率值和瞬时电流值绘制曲线, 月负荷曲线以日负载率最大值和日电流最大值绘制负荷曲线, 季度负荷曲线和年度负荷曲线以月负载率最大值和月电流最大值绘制负荷曲线。
1.2 配电线路实时负荷查询及分析
配网准实时数据平台能统计并列出区域范围内发生重载的10k V/20k V线路列表和发生过载的10k V/20k V线路列表, 并可查询出10k V/20k V线路重过载期间的各项指标值。统计并列出区域范围内10k V/20k V线路的负载率值分布情况。统计单条10k V/20k V线路在时间区间内的详细重、过载情况。根据目标线路的负载率值和电流值绘制负荷曲线, 统计区间可为日、月、季度、年;日负荷曲线以当日线路的瞬时负载率值和瞬时电流值绘制曲线, 月负荷曲线以日负载率最大值和日电流最大值绘制负荷曲线, 季度负荷曲线和年度负荷曲线以月负载率最大值和月电流最大值绘制负荷曲线。对线路安全电流进行维护;对环网线路进行负荷情况分析。
2 配网准实时数据平台在配网风险预控中的应用
平台能对配网风险进行准实时分析及线路N-1状态下的风险预控。近年来, 国内城市建设、电网用电负荷的发展迅速, 随之而来的是配网运行风险的提高。外力破坏故障频发, 用电负荷屡创新高, 给供电企业敲响了警钟。平台能快速查询配网单线图中每条线路甚至每个台变的选定时间段内的负荷情况, 筛选出设备重、过载时间段的相关数据, 并能以图形曲线和报表的形式量化分析, 为特殊运行方式下编制的风险预案、黑启动预案等应急预案的编写提供了具有极大参考价值的数据依据, 并能及时对事故预案和快速响应机制作出及时的动态更新, 防范于未然。
3 配网准实时数据平台在配网方式安排中的应用
调度部门在安排计划检修运行方式时, 事先对电网设备停运N-1进行风险评估, 而这项工作都是人工的从SCADA或现场获取数据, 再对数据进行分析, 最后得出此方式安排对电网造成的影响程度。这种有人工进行的数据获取及分析方法, 无法快速的对配电网风险进行量化分析, 人为出错几率大, 效率低。准实时数据平台仅需通过环网线路负荷情况分析功能对方式变化后各线路的负荷情况分析, 通过历史数据自动生成负荷预测曲线, 直观地反映非正常方式下线路的重、过载负荷预测时段, 为选定合理稳定的运行方式提供了方便快捷的辅助手段。
4 配网准实时数据平台在配网事故处理中的应用
配网事故处理过程中, 常有出现故障点在线路中断, 隔离故障点后, 需要将故障点后段线路负荷通过环网开关转由另一条备供线路供电, 以快速为用户恢复送电。然而在转电之前调度员需要先考虑的其中一项是:确认转供后备供线路不会因此而过载。现阶段调度员一般是通过SCADA获取变电站出线的负荷情况, 再从现场运行人员从现场情况及经验判断待转供线路的负荷情况, 从而判断转供后是线路否会过载。这种方法对负荷预测的精度不高, 特别是在两边负荷都较重的情况下, 调度员很难判断转供后的负荷情况, 不仅影响了供电可靠性, 而且没有很好地控制事故处理过程中的电网风险。配网准实时数据平台的应用, 能实现调度员在转供电时通过单线图直观地了解需转供线路的负荷情况, 以及转供后的备供线路负荷情况, 并能通过调用给定时间段的历史数据形成负荷曲线, 做好转供后的负荷预测, 为事故后快速转供电提高可靠依据[1]。
5 配网准实时数据平台在配网基建规划中的应用
配网准实时数据平台能以报表及图形的形式对区域配电网的重载、过载线路及配变进行集中展示, 找出区域配电网的薄弱点。针对某线路或台变进行重、过载率的分析, 快速筛选出区域配电网中重载、过载率较高的线路或台变, 结合设备参数及年负荷曲线, 分析具体原因, 有效拟定配网构架或设备改进计划, 为优化配电网构架基建规划提供有力的依据。
利用准实时数据平台对不同时期的配网运行数据、统计值等进行对比, 如, 与上周时间的同期对比、与上月时间的同期对比、与上一年时间的同期对比等, 这样可以了解当今配网基建规划存在的不足以及进步在哪里, 能够对配网基建规划的具体情况进行分析, 而且, 还可以将各种数据、统计值以图表的形式展示出来, 其中包括当日配网运行的详细数据, 以及本周和本月配网运行的详细数据。另外, 准实时数据平台还可以将配网运行管理的历史曲线呈现出来, 这样可以更直观地了解配网运行管理的对比数据, 尤其是对配网线路运行过程中出现的重、过载率的情况, 通过直接显示出来之后, 可以有效地分析出配网运行重、过载的时间段, 以及配网运行中的一些薄弱环节, 通过分析能够将配网中薄弱环节的线路加强管理。此外, 可以通过WEB与其他应用系统的集合, 能从主网中调阅相关的生产信息, 并且, 能够将相关信息从主网进入配网并延步图进行信息计量以及配网相应设备的查看, 而且, 可以通过配网的SVG图形进行用户营销信息的管理。通过SVG可以实现潮流图、接线图等数据的展示, 在SVG接线图上还可以刷新实时数据以及查询设备参数, 同时可以查询配网设备的关联所有量测以及点击量, 并将历史的数据形成曲线形式[2]。
6 结束语
相对主网而言, 配网设备的自动化程度不高, 维护量大, 事故几率高, 可靠性和稳定性远远没有主网好。但随着用户对供电要求的越来越高, 配网设备及网架结构的优化升级也在各地加紧进行, 以满足电网可靠性的要求。在这个新老交替的时期, 配网准实时数据平台能较有效地提高对传统配电网运行管理效率和可靠性指标, 对配网自动化设备远方遥控负荷转电操作亦有很大的辅助作用。此外, 运用配网准实时数据平台量化配电网风险, 为运行方式安排、规划建设等专业提供更加准确的分析报告, 为配网调度事故快速复电和电网风险预控提供了更高效的辅助手段。
参考文献
[1]周怡, 王坚敏, 罗斐, 等.PI实时数据库在供电企业中的应用架构[J].浙江电力, 2005 (01) .
实时/历史数据平台 篇7
关键词：火电厂,SIS建设,实时数据库
随着网络技术和计算机技术的快速发展, 我国的电力改革也逐渐深入, 国内火电厂也对自身信息化建设逐渐重视起来。希望通过以此来满足电力市场的发展要求, 推动企业的改革发展。在安全生产的基础上, 是否能最大限度的降低发电成本、发挥机组性能、提高企业本身的市场竞争力和生产管理水平, 将成为影响电厂发展的重要因素。在电厂企业信息化建设中, 为了实现全场范围内的管理控制一体化和管理信息化, 这就需要考虑各个生产控制系统的集成和管理信息系统, 同时综合考虑原有的软硬件资源。因此为了优化电厂的经济运行, 需要在统一的实时数据库平台上开发高效的高级应用软件来结合指导。
1 关于SIS的简单介绍
SIS即为电厂厂级监控信息系统, 其主要是指通过对全厂生产实时数据的采集和处理, 来为厂级监控和电厂的高级决策实现现代化提供一种服务系统。SIS主要是通过建立起一座联系桥梁, 使得电厂中各种分散的计算机控制系统与管理信息系统相连接, 来实现整个电厂的资源共享, 从而为电厂的信息化建设奠定基础。按其功能不同可分为数据采集前端、实时/历史数据服务器和建立在数据服务器基础上的各种高级应用软件。
就目前国内形势而言, 我国的SIS建设才刚刚处于起步状态, 并没有太多可供选择的成熟经验, 因此各电厂可根据原有的管理信息系统网络, 同时结合电厂自身管理和生产的需要来进行规划。对于一般电厂而言, 由于其个个控制系统是分散布置的, 这时为进行数据采集就需要采用独立接口机将各个独立的控制系统连接起来, 通过数据接口分布采集数据, 使得数据库服务器能够进行集中管理实时和历史数据, 同时数据接口机还可以缓冲存储实时数据, 以保证在数据库服务器出现故障时实时数据不易丢失。工作站上只单独运行单个高级应用, 因此一旦工作站发生故障, 其对其他工作站不产生任何影响, 只会影响本台工作站的高级应用。每台工作站将独立与数据库服务器进行数据通信, 通过运算从数据库中读取的运行数据, 然后又将运算结果返回保存到数据库中, 提高了整个系统的稳定性。
2 选择实时数据库平台
实时/历史数据库是电厂厂级监控信息系统的核心, 同时也是整个电厂的统一数据平台。由于电厂在生产过程中会产生大量的数据, 同时还要求其较高的精度, 因此就需要利用实时数据库中实时数据处理的功能, 来对这些数据进行存储处理。首先由于数据量大, 为了减轻数据的维护量、避免系统数据的不一致性和过度冗长、简化各个应用软件的开发实施, 就需要与电厂具有统一的数据库平台, 因此实时数据库平台的恰当选择对于火电厂SIS建设具有重要的意义。
选择数据库平台主要是结合以下几个方面因素进行综合考虑: (1) 数据库最大采集标签点数和存储效率。 (2) 实时数据库的选择是否具有二次开发能力及其开放性。 (3) 系统访问结构。 (4) 为了防止潜在的数据丢失, 实时数据库应具有数据的容错功能和缓冲功能。 (5) 数据备份和安全机制。 (6) 实时/历史数据库应该具有成熟的接口技术。 (7) 可扩展性和可移植性。 (8) 实时数据库平台已有的应用软件。目前大多电厂已经投入使用一些管理信息系统软件或性能检测软件, 但由于其各个应用单独拥有各自的数据库, 缺乏统一的规划, 使得数据维护存在很大的困难, 所以在全电厂建立统一的实时/历史数据库平台就显得尤为重要, 同时实时数据库平台的恰当选择是首要任务, 应参考国外机组的数据库使用经验, 在前期做好调研工作, 同时结合数据库平台的性价比以及自身电厂机组控制系统的特点进行慎重选择实时数据库平台。
SIS主要有符合分配调度、实时监控和生产管理指导、竞价上网、成本分析、设备状态维修和寿命计算等功能, 电厂可以根据自身情况并利用原有的各种应用软件对其功能进行深入开发, 同时SIS功能会在开发应用的实践和电厂的管理和实时生产监控中不断进行完善和充实, 随着开发技术的逐渐成熟和应用经验的逐渐积累, SIS功能也会越来越成熟和丰富, 因此SIS建设是一个渐进过程。
3 结语
就目前国内形势而言, 我国的SIS建设才刚刚处于起步状态, 目前仅仅是初步探讨了SIS的功能开发、实时数据库平台的选择及其架构。随着不断对厂级监控信息系统加深认识和了解, 我国对SIS的建设也将会在实践中得到进一步的完善。目前为止, 许多电厂为了增强其自身的综合竞争力, 及为了提高电厂的经济效益和运行可靠性, 都在着手进行SIS功能的完善和实现数据库平台的搭建工作, 许多电厂已经充分意识到SIS建设对于实现电厂管控一体化的重要性。
参考文献
[1]火电厂实时数据库监控信息系统的应用[J].华东电力, 2002, 30 (12) .
[2]灵武电厂实时监控信息系统[D].2009.
[3]实时数据库及其在电厂监控信息系统 (SIS) 中的应用[R].电站自动化信息化学术技术交流会议, 2002.