基于HBase的分布式電源控制系統(tǒng)研究

孟云俠

(石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035)

基于HBase的分布式電源控制系統(tǒng)研究

孟云俠

(石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035)

作為傳統(tǒng)電網(wǎng)的有效補充，分布式電源越來越引起人們的注意。但是，分布式電源數(shù)據(jù)來源繁雜，數(shù)據(jù)量大且異構(gòu)性強，因此，對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)一提取，可靠分析存在一定的難度。在研究分布式電源基本特點的基礎(chǔ)上，提出了一種基于HBase的分布式電源管理體系，能夠很好地解決分布式電網(wǎng)異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理和同步問題，以達到與傳統(tǒng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享、分析、處理的目的。

分布式電源；異構(gòu)數(shù)據(jù)；Hbase

Abstract:Distributed power source was the effective supplements of traditional network,and had attractted more and more people's attention.However,the source was complicated,the data was large and the isomerism was strong.So it was difficult to extract information and do reliability analysis.Based on fundamental feature of distributed power,a distributed power management system based on HBase was introduced.Then the problem of process and synchronize the distributed network isomerism data could be well resolved.The purpose of distributed network and traditional network which could share data,analysis and processing could be achieved.

Key words:distributed power;heterogeneous data;Hbase

目前，我國的電力系統(tǒng)主要采用大電網(wǎng)供電方式。這種方式集中發(fā)電、遠距離輸電，當(dāng)電網(wǎng)的規(guī)模達到一定程度的時候，其復(fù)雜程度會給系統(tǒng)的運行帶來不少安全問題[1]。同時，我國地域幅員遼闊，有的電力用戶地點分散，為大電網(wǎng)的供電帶來了一定的難度。在此背景下，利用分布式電源供電成為一種有效的供電方式。

隨著我國科技水平的發(fā)展，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿确植际诫娫匆蔡幱诳焖侔l(fā)展的階段。分布式電源的存在，可以提高電力系統(tǒng)的環(huán)保適應(yīng)性，也可作為大電網(wǎng)的分支系統(tǒng)，減輕大電網(wǎng)的供電壓力，特別是分散邊遠地區(qū)的小負荷供電，是一種良好的供電方式。

但是分布式電源構(gòu)成復(fù)雜，大多發(fā)電方式都具有隨機性和波動性，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性差、非線性強，這就造成了當(dāng)分布式電源并網(wǎng)運行時會給大電網(wǎng)帶來電壓不穩(wěn)、損耗不明、無功不好平衡等問題，會給大電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來不利的影響。采取一定的方式對分布式電源的運行情況及數(shù)據(jù)進行有效的監(jiān)控，是解決這一問題的必要方式。

1 分布式電源接入電網(wǎng)影響分析

IEEE對分布式的電源有具體的定義，其主要內(nèi)容為：DG(分布式電源)容量小于10 MW的，主要分布在電網(wǎng)用戶附近，發(fā)電機位置較為靈活的發(fā)電系統(tǒng)。分布式電源由于供電范圍小，與用電范圍相一致，所以具有較高的能源利用率、較好的獨立性。但是，分布式電網(wǎng)的發(fā)電構(gòu)成方式大多為可再生能源發(fā)電，因此隨機性和發(fā)電穩(wěn)定性都受外界環(huán)境的影響。為了提高分布式電源供電的穩(wěn)定性，目前大多數(shù)的分布式電源都采用接入式供電。

當(dāng)分布式電源接入大電網(wǎng)時，大電網(wǎng)的基本構(gòu)成方式就由輻射狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)主體幅射，局部呈多電源結(jié)構(gòu)點狀分布的情況。而這種結(jié)構(gòu)的改變會給電網(wǎng)帶來潮流大小和方向的改變。而當(dāng)分布式電網(wǎng)發(fā)電量呈現(xiàn)盈余時，分布式電網(wǎng)還會向大電網(wǎng)輸送電能，來減輕大電網(wǎng)的發(fā)電壓力，這一方面會增大分布式電網(wǎng)并入點附近的短路電流水平，另一方面，也會造成配電網(wǎng)本身的電壓分布的變化。

分布式電源有三種接入方式，分別為大容量專線接入、中容量中壓分散接入、小容量低電壓分散接入等。根據(jù)參考文獻[2]的研究表明，分布式電源對大電網(wǎng)的逆變功率，電壓波動、短路電流、諧波等都有一定的影響，因此國家對分布式電源的接入有著具體的規(guī)定，例如，接入分布式電源的最大容量不能超過主變壓器容量的25%等。

為了提高分布式電源接入電能的質(zhì)量，就需要對分布式電源的電壓波動、電壓暫降、電壓的暫時過電壓、波形畸變、三相不平衡等指標(biāo)進行檢測和分析。

2 HBase分布式數(shù)據(jù)庫基本特性分析

HBase(Hadoop Database)是一種以分布式列存儲方式來構(gòu)建的底層數(shù)據(jù)存儲方式，其適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲方式，與常規(guī)傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有很大的不同，是一種開源數(shù)據(jù)庫。

HBase具有海量的存儲能力，以Hadoop作為處理平臺，以MapReduce方法為處理手段，可以很好地適應(yīng)大量的、異構(gòu)性強的、非線性化強的數(shù)據(jù)體系。

如圖1所示，Hbase是服務(wù)于Hadoop平臺之上的數(shù)據(jù)集群，主要的功能是利用自身的處理能力對Hadoop平臺中的數(shù)據(jù)進行有效地處理。Hbase由三個節(jié)點組成，分別為HMaster節(jié)點、HRegionServer節(jié)點和 ZooKeeper集群。Hbase同Hadoop一樣，也實行主從模式，在Hbase中，HMaster為主節(jié)點，主要針對的是Hadoop平臺的Master服務(wù)，同時負責(zé)對Hadoop平臺中構(gòu)建的HBase集群元數(shù)據(jù)進行管理和維護；HRegionServer節(jié)點是從節(jié)點，主要完成HDFS的讀寫，從而實現(xiàn)Hadoop平臺數(shù)據(jù)表Table中相關(guān)數(shù)據(jù)的管理。Hbase系統(tǒng)主要通過Client來實現(xiàn)對HRegionServer的管理。ZooKeeper集群是整個HBase的功能協(xié)調(diào)功能，一個ZooKeeper集群一般是N臺機器組成的數(shù)據(jù)備份集群，可以使HBase中的元數(shù)據(jù)及相關(guān)狀態(tài)進行多個熱備份，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。

圖1 Hbase架構(gòu)組成

與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不同的是，Hbase是一種列存儲模式的數(shù)據(jù)庫，利用列簇Column Family來對數(shù)據(jù)進行管理。Hbase具有很強的分布式系統(tǒng)存儲能力，其數(shù)據(jù)的查詢及擴展能力也很強，可以更好地完成分布式電源的數(shù)據(jù)處理問題。

3 分布式電源HBase數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)

分布式電源的數(shù)據(jù)來源是各個分布式電源系統(tǒng)的運行狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)具有兩個重要的特性，第一是由于各個分布式電源或電網(wǎng)所處的地理位置不同，因此數(shù)據(jù)呈嚴重的分散性；第二是各分布式電源管理數(shù)據(jù)所使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)都不相同，數(shù)據(jù)的異構(gòu)性也相當(dāng)?shù)膰乐亍；谝陨蟽牲c可知：分布式電源信息管理的關(guān)鍵是實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)至HBase的同步。

圖2是分布式電源異構(gòu)數(shù)據(jù)的同步存儲圖。在圖2中，可見當(dāng)系統(tǒng)中存在若干個異構(gòu)數(shù)據(jù)源(假設(shè)分別為SqlServer，Oracle和MySQL)時，系統(tǒng)首先要做的是對每一個異構(gòu)數(shù)據(jù)源進行數(shù)據(jù)的前置處理。所謂的前置處理主要包括兩個步驟：第一步是對數(shù)據(jù)進行內(nèi)容的清洗，格式的轉(zhuǎn)換及標(biāo)準化處理；第二步是將標(biāo)準化處理后的數(shù)據(jù)進行封裝，封裝成便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腦ML格式。

圖2 分布式電源異構(gòu)數(shù)據(jù)的同步存儲圖

前置處理結(jié)束的數(shù)據(jù)已經(jīng)是基本無冗余且格式相對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。下一步就是需要將數(shù)據(jù)傳輸至遠程的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)傳輸可以采取兩種方式，第一種方式是構(gòu)建電力數(shù)據(jù)傳輸專用網(wǎng)；第二種方式是利用公共數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)再輔之以VPN技術(shù)等，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

為了提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，本設(shè)計采用SOAP(Simple Object Access Protocal，簡單對象訪問協(xié)議)及WSDL(WebServices Description Language，Web服務(wù)語言)來構(gòu)造數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_。具體方法為：第一步在分布式電源的數(shù)據(jù)輸出端及WebService服務(wù)器上部署相應(yīng)的SOAP Service(SOAP服務(wù))；第二步利用基于CORBA和DCOM技術(shù)的遠程過程調(diào)用(RPC)來完成數(shù)據(jù)的通信，通信的主體是SOAP Client，方法是SOAP Envelope，而代碼也相對簡單，以JAVA為例，具體代碼如圖3所示。

圖3 SOAP Service的實現(xiàn)代碼

圖2中數(shù)據(jù)集成中心的主要任務(wù)是對前置機傳來的數(shù)據(jù)進行解析及正確性核對，如果核對的結(jié)果無誤，則將數(shù)據(jù)存入HBase數(shù)據(jù)中心，如果數(shù)據(jù)有誤，則將錯誤分析報告返回前置機及前端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以確定原因和進行改正，具體步驟如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)集成中心數(shù)據(jù)處理流程

4 總結(jié)

本文提出了利用HBase數(shù)據(jù)庫進行分布式電源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理的問題，經(jīng)過測試分析可知，本設(shè)計所構(gòu)建的HBase數(shù)據(jù)處理平臺可以有效地實現(xiàn)各種異構(gòu)數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)管理中心的同步，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程安全性強且準確率高，對分布式電源引入電網(wǎng)的管理提供了良好的思路。

[1]周志霞.分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響[D].保定：華北電力大學(xué)，2012：3-5.

[2]孟祥萍，周來.HBase在智能電網(wǎng)異構(gòu)數(shù)據(jù)同步中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015(24)：124-125.

Research on distributed power supply control system based on HBase

MENG Yun-xia
(Shijiazhuang Information Engineering Vocational College,Shijiazhuang Hebei 050035,China)

TM 387

A

1002-087X(2017)09-1366-03

2017-02-21

孟云俠(1978—)，女，河北省人，副教授，本科，主要研究方向為數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)頁網(wǎng)站教學(xué)。