許家偉 隋海濱

摘 要： 以提高數(shù)據(jù)自動化同步、優(yōu)化電力業(yè)務(wù)在各相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用效果為目的，設(shè)計新的電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)自動化同步系統(tǒng)設(shè)計。 通過物理層電路設(shè)計和服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步服務(wù)器設(shè)計，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計?；陔娏I(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的預(yù)處理，同步處理電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)軟件設(shè)計。測試結(jié)果表明，所設(shè)計系統(tǒng)在減少運行網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的同時，還增加了同步數(shù)據(jù)量，從而使數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的性能得到提升，而實際應(yīng)用又進一步顯示，系統(tǒng)可共享數(shù)據(jù)資源，消除板塊之間的壁壘，因而適合廣泛推廣使用。

關(guān)鍵詞： 電力業(yè)務(wù)；應(yīng)用服務(wù)平臺；自動化；同步服務(wù)器

中圖分類號： TP391

文獻標(biāo)志碼： A ?文章編號： 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

電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的自動化同步系統(tǒng)是以電力系統(tǒng)服務(wù)體系建設(shè)為背景，針對用戶對電力數(shù)據(jù)需求，解決電力用戶體驗終端綁定問題，結(jié)合電力業(yè)務(wù)與相關(guān)領(lǐng)域服務(wù)的同步機制，為用戶建立虛擬化空間，用戶可以通過訪問虛擬空間來同步電力業(yè)務(wù)與相關(guān)領(lǐng)域服務(wù)[1]。國內(nèi)相關(guān)研究中，將版本號應(yīng)用到了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的沖突檢測策略上， 很多學(xué)者對電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的集成進行了分析研究，從而提高了同步系統(tǒng)的整體性能[2]；國外在電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的研究上，很多大數(shù)據(jù)廠商利用數(shù)據(jù)存儲過程和觸發(fā)器設(shè)計，復(fù)制了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)進行自動化同步[3]。

國內(nèi)具體研究成果如下：文獻[4]針對分布式氣象數(shù)據(jù)的傳輸流程，建立了分布式數(shù)據(jù)的實時共享需求，將消息中間件技術(shù)引入到了分布式氣象數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)設(shè)計中，基于用戶對數(shù)據(jù)的需求，設(shè)計了氣象數(shù)據(jù)表，并開發(fā)了分布式氣象數(shù)據(jù)查詢頁面；文獻[5]針對系統(tǒng)在采樣率方面的不足，將數(shù)據(jù)采集單元應(yīng)用到了系統(tǒng)的硬件終端設(shè)計中，使系統(tǒng)硬件達到最新兼容標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的模塊化程度以及采樣率，采用同步差分法將托卡馬克同步數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的同步，測試結(jié)果表明該系統(tǒng)可以很好地滿足運行需求。在實際應(yīng)用中，以上傳統(tǒng)系統(tǒng)性能不夠理想，不僅系統(tǒng)負(fù)載較高，且同步數(shù)據(jù)量也偏低。

為解決傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的弊端，本文設(shè)計新的電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)自動化同步系統(tǒng)，以期提高系統(tǒng)整體性能。

1 數(shù)據(jù)自動化同步系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 ?應(yīng)用服務(wù)平臺物理層電路設(shè)計

電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺物理層由電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層和相關(guān)領(lǐng)域服務(wù)平臺層組成[6]，電力業(yè)務(wù)物理層主要是負(fù)責(zé)電力數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，封裝處理電力數(shù)據(jù)幀。相關(guān)領(lǐng)域服務(wù)平臺層與電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層是通過媒體無關(guān)接口來連接的，媒體無關(guān)接口可以為電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺物理層電路提供3類信號。具體描述如表1所示。

應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)自動化同步系統(tǒng)中，選用PHY芯片[7]來連接系統(tǒng)與終端的接口電路。

實現(xiàn)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2 數(shù)據(jù)同步服務(wù)器設(shè)計

在電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的同步階段，在采用虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步服務(wù)器[8]，主要包括關(guān)聯(lián)策略、數(shù)據(jù)庫、虛擬空間代理以及虛擬空間代理等四部分組成。電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步服務(wù)器架構(gòu)圖如圖1所示。

以上利用媒體無關(guān)接口信號的相關(guān)描述，設(shè)計了系統(tǒng)與終端接口的電路，完成了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺物理層電路設(shè)計，綜合電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步服務(wù)器架構(gòu)，分析了同步服務(wù)器內(nèi)各個模塊的運行機制，完成電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步服務(wù)器設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

2 數(shù)據(jù)自動化同步系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 預(yù)處理電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)

針對電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性，很難達到保護速動性的要求，為了確保對電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)保護的速度，采用數(shù)據(jù)識別的方式，來預(yù)處理電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)。當(dāng)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障電流通常會由兩部分組成，即穩(wěn)態(tài)電流與衰減的非周期分量電流，表示為：

i t =I M sin ?ωt+α－φ +Le－ t T ???（1）

式中： I M 表示穩(wěn)態(tài)電流的幅值； φ 表示穩(wěn)態(tài)電流與電壓的相角大?。?L 表示衰減的非周期分量系數(shù); ?T 表示時間常數(shù)。

為消除短路電流中的衰減直流分量，將系統(tǒng)通路中每一個采樣數(shù)據(jù)進行差分處理，再計算出短路電流序列 i k 與穩(wěn)態(tài)電流的幅值 I M k ?的比值序列 N k ，將 N k 與門檻值 N set 對比，兩者的比較依據(jù)如下：

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

通常情況下， N set =2，當(dāng) N k<2 時，說明當(dāng)前周期內(nèi)，采集到的電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)是正確的，電路保護正常開放;相反，就會判定電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)存在異常值，此時將閉鎖保護關(guān)閉。

系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，采集到的電流瞬時值 i M 將在故障發(fā)生10 ms后出現(xiàn)，此時 i M 可以表示為：

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

當(dāng)系統(tǒng)采集到的電流為正常值時，直流分量的衰減部分需濾除，電流分量的最大瞬時值與穩(wěn)態(tài)電流幅值的比值為1。

如果同步系統(tǒng)的電流和電壓是由經(jīng)過衰減的交流分量和直流分量組成，通用的表達式為：

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

式中： k 表示衰減的交流分量諧波次數(shù); A k 表示 k 次諧波的幅值; B 表示衰減的直流分量幅值; ω 表示基波頻率; T k 表示 k 次諧波的衰減時間常數(shù); T 0 表示 k 次諧波的衰減時間常數(shù)。

若電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的采樣間隔很小，利用差分來代替差商判斷函數(shù)的可導(dǎo)性：

Δf t －?SymbolQC@

f t ?≤ε ??（5）

式中： Δf t ?和 ?SymbolQC@

f t ?分別表示 ?t ?在 t 點的前、后向差分； ε 表示差分誤差門檻。

利用穩(wěn)態(tài)電流與衰減的非周期分量電流，計算出短路電流序列與穩(wěn)態(tài)電流的幅值的比值序列，結(jié)合差商判斷函數(shù)可導(dǎo)性，預(yù)處理電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)，接下來通過電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的同步流程，來實現(xiàn)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的同步。

2.2 同步電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)

在電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)中，設(shè)計應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的同步流程，如圖2所示。

綜上所述，將電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的狀態(tài)進行差分處理，利用差分來代替差商判斷函數(shù)的可導(dǎo)性，完成了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的預(yù)處理，最后結(jié)合電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)同步流程，實現(xiàn)了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的同步。

3 實驗測試結(jié)果與分析

3.1 測試環(huán)境

本研究所設(shè)計系統(tǒng)的測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為100 Mbps局域網(wǎng)，具體參數(shù)如表1所示。

3.2 不同系統(tǒng)負(fù)載測試

在3.1的測試環(huán)境下，分別采用文獻[4]設(shè)計的基于消息中間件技術(shù)的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)、文獻[5]設(shè)計的基于PXI Express 的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)以及本研究設(shè)計的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，利用3個系統(tǒng)同步電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的負(fù)載測試情況如圖3所示。

從圖3可以看出，文獻[4]系統(tǒng)在預(yù)處理電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)時，無法計算出短路電流序列與穩(wěn)態(tài)電流的幅值的比值序列，導(dǎo)致系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載隨著數(shù)據(jù)量的增加越來越大；文獻[5]系統(tǒng)運行時網(wǎng)絡(luò)負(fù)載小于文獻[4]的同步系統(tǒng)，但由于該系統(tǒng)的硬件電路運行原理比較復(fù)雜，使電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)在同步過程中的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變大；而本研究所設(shè)計的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段可以保證電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的完整性，不僅提高了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的同步效率，同時也縮小了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

3.3 同步數(shù)據(jù)量測試

在相同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下，采用文獻[4]系統(tǒng)、文獻[5]系統(tǒng)以及提出的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，記錄不同系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)量情況，如圖4所示。

由圖4可知，文獻[4]的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)在同步電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)時，由于該系統(tǒng)的同步服務(wù)器沒有虛擬空間代理模塊，導(dǎo)致用戶獲取到的數(shù)據(jù)量隨著時間的延長而增加，但是受到虛擬空間代理模塊的影響，同步數(shù)據(jù)量增加的趨勢逐漸緩慢；文獻[5]的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)在同步電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)時，由于該系統(tǒng)缺乏程序分析過程，在數(shù)據(jù)同步后期時，同步的數(shù)據(jù)量增加趨勢緩慢，同步的最大數(shù)據(jù)量也始終低于6 500 bps；而提出的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)在同步電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)時，隨著時間的變化，同步的數(shù)據(jù)量越來越多，最大數(shù)據(jù)量達到了9 500 bps。

以上實驗結(jié)果證明，提出的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)在負(fù)載測試和數(shù)據(jù)量測試方面，都具有較好的性能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

分析本文系統(tǒng)設(shè)計目的，主要功能與價值體現(xiàn)包括以下幾個方面。

（1）綜合展示首頁。實現(xiàn)了對電網(wǎng)典型設(shè)備、服務(wù)資源、故障報修、業(yè)擴報裝以及停電信息等概況信息全面與清晰顯示，能夠?qū)Ω骺梢暬δ艿氖醉撁孢M行可視化綜合展示。針對整個地區(qū)所有電力與服務(wù)資源的使用部門和人員，均能夠用圖形與圖表的形式，從整體層面呈現(xiàn)供電能力、線損、停電、集抄集收、業(yè)務(wù)報裝與搶修態(tài)勢以及電網(wǎng)和服務(wù)資源；

（2）服務(wù)資源可視化。在音頻和圖形等技術(shù)的支持下，可視化展示并檢查各個營業(yè)廳的實時情況，并完成對當(dāng)日服務(wù)、運行情況、自助終端以及營業(yè)廳等的管理與控制任務(wù)；

（3）電力客戶可視化。與客戶實際所需相結(jié)合，冒泡、單個定位及批量顯示主要的查詢結(jié)果。不僅如此，客戶可以基于對應(yīng)條件（如電壓等級等）實施針對性查詢。本文系統(tǒng)可執(zhí)行對電力客戶基本檔案信息的查詢?nèi)蝿?wù)，查看客戶內(nèi)部一次接線圖，并追隨其所屬供電電源點。針對高壓客戶，能夠查詢其基本信息，針對低壓用戶，又能利用表箱將表位圖顯示出來，據(jù)此完成對基本信息的查詢；

（4）電網(wǎng)資源可視化。系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)配網(wǎng)帶電運行圖；針對采集系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)可以進行集成，方便而又快捷地對所需量測數(shù)據(jù)進行提取，完成對查詢結(jié)果的單個、批量定位，以名稱、配變臺區(qū)等為依據(jù)，模糊化搜索靜態(tài)電網(wǎng)設(shè)備；

（5）集抄集收可視化。以供電單位、抄表員、抄表段等為依據(jù)進行所需抄表用戶的查詢，同時，將當(dāng)日抄表用戶的分布情況顯示出來，為抄表段優(yōu)化分析提供參考。另外，提供時間進度條為每日補抄用戶分布的分析提供依據(jù)；

（6）停電可視化。以重要性以及電壓等級等的不同為依據(jù)，將受到停電影響的用戶分類呈現(xiàn)出來。對保供電業(yè)務(wù)進行集成，完成對保供電業(yè)務(wù)及所涉上級電網(wǎng)情況的標(biāo)注。針對受到停電影響的用戶與設(shè)備，將其區(qū)別顯示出來，通過對區(qū)域勾面、設(shè)備著色兩種方式的運用，在時間進度條下呈現(xiàn)過去、現(xiàn)在各類停電信息；

（7）供電能力可視化。主要以電網(wǎng)設(shè)備按條件查詢與定位為面向?qū)ο螅硗?，在對供電能力可視化截面進行訪問之時，定位篩選條件為供電單位?；谧冸娬?、線路等功能，完成對變電站線路SCADA全部信息、用戶重要性等級等資料的查詢?nèi)蝿?wù)。以線路與公變?yōu)橐罁?jù)，分析實時供電能力。

5 結(jié)語

本文提出了電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺數(shù)據(jù)自動化同步系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)果顯示提出的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)不僅可以減小系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，還可以增加同步的數(shù)據(jù)量，進而使系統(tǒng)的性能大大提升。通過實際應(yīng)用，本文系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享，營銷與配網(wǎng)生產(chǎn)兩大板塊之間的信息流和業(yè)務(wù)流得到了很好的整合，板塊之間的壁壘也得以消除。在今后的研究中，還要進一步完善同步關(guān)聯(lián)機制，并對數(shù)據(jù)同步算法進行優(yōu)化，獲得更高性能的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)。

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