基于工作流技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林鈺杰 吳麗賢

摘 要：智能電網(wǎng)建設(shè)要求下，用電信息采集系統(tǒng)適應(yīng)全球電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展要求，為開(kāi)展技術(shù)管理提供有效的基礎(chǔ)性資料。從目前用電信息采集系統(tǒng)的工作模式來(lái)看，普遍存在著業(yè)務(wù)流程過(guò)于固化的問(wèn)題，導(dǎo)致在需要業(yè)務(wù)邏輯變化時(shí)需要通過(guò)程序修改來(lái)實(shí)現(xiàn)變化需求，工作開(kāi)發(fā)量與維護(hù)量較大。因此，基于工作流技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)可以對(duì)全過(guò)程進(jìn)行管控，按照實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)好的工作流邏輯進(jìn)行執(zhí)行，在工作效率上得到了顯著提升，只需要通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整工作流程的方式來(lái)適應(yīng)其變化情況，在運(yùn)維成本方面得到節(jié)約。出于不同的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)與管理的要求，也需要對(duì)信息采集系統(tǒng)進(jìn)行功能性分析，了解未來(lái)工作中的潛在需求。

關(guān)鍵詞：工作流技術(shù); 用電信息采集系統(tǒng); 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)： TG409

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：Under the requirements of smart grid construction， the electricity information collection system meets the development requirements of global grid technology and provides effective basic data for technical management. Judging from the current working mode of the electricity information collection system， there is a widespread problem that the business process is too solid， which leads to the need to change the program to achieve the change requirements when the business logic changes are required， and the amount of work development and maintenance is large. Therefore， the power consumption information collection system based on workflow technology can control the whole process and execute according to the designed workflow logic. The work efficiency is significantly improved by adjusting the workflow appropriately， adapting to its changes and save in operating costs. Due to the requirements of different professional application system construction and management， it is also necessary to conduct a functional analysis of the information collection system to understand the potential needs in future work.

Key words：Workflow technology; Electricity information collection system; Design and implementation

0 引言

用電信息采集系統(tǒng)作為新時(shí)期的網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)構(gòu)建相對(duì)完整的網(wǎng)絡(luò)信息模型，通過(guò)現(xiàn)實(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)信息管理來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的維護(hù)。當(dāng)前這一系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，電力部分的網(wǎng)絡(luò)管理水平也得到了有效保障。具體來(lái)看，可以避免欠費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化自動(dòng)抄表，更好地推進(jìn)負(fù)荷電量的分析與預(yù)測(cè)。

1 工作流的技術(shù)特征

從工作流的技術(shù)特征來(lái)看，其標(biāo)準(zhǔn)化的組織結(jié)構(gòu)能夠完全或部分執(zhí)行經(jīng)營(yíng)過(guò)程，按照一系列的過(guò)程規(guī)則，在不同的執(zhí)行者之間進(jìn)行傳遞和執(zhí)行，有著其特殊的工作流參考模型。在模型當(dāng)中，最重要的部分顯然是工作流引擎，它負(fù)責(zé)對(duì)工作流實(shí)例進(jìn)行創(chuàng)建與管理，必要時(shí)實(shí)現(xiàn)與外部應(yīng)用程序之間的交互，以便于為工作流運(yùn)行提供支撐環(huán)境。從功能性角度來(lái)分析，它可以對(duì)過(guò)程定義進(jìn)行解釋?zhuān)⒖刂苹顒?dòng)間的轉(zhuǎn)換，用戶(hù)可以直接通過(guò)操作界面來(lái)獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制管理與監(jiān)督的功能。實(shí)際上，其管控原理是按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的工作流邏輯來(lái)為軟件提供支撐環(huán)境，按照工作流邏輯的要求來(lái)驅(qū)動(dòng)軟件有序運(yùn)行[1]。而電網(wǎng)用戶(hù)信息采集工作作為電力企業(yè)的主要營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)類(lèi)型，也需要快速滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

2 用電信息采集系統(tǒng)的核心技術(shù)

2.1 信息采集

用電信息采集過(guò)程中，電能表作為主要的計(jì)量裝置，可以負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信息的處理，進(jìn)行不同級(jí)別的管控，同時(shí)能夠向舒展系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于用電數(shù)據(jù)采集的最前端是通過(guò)用戶(hù)終端電能表，通過(guò)內(nèi)部的簡(jiǎn)單乘法器完成電能的測(cè)量，獲取電流信息、電壓信息、功率因數(shù)等。

2.2 信息傳輸

信息傳輸技術(shù)中，傳統(tǒng)的技術(shù)為無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，主要適用于用戶(hù)相對(duì)集中的區(qū)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始投入使用，可以在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。但實(shí)際上空間障礙與外部信號(hào)對(duì)于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的影響程度較大，還無(wú)法完全取代有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)而存在[2]。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)組織的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，將其作為數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)的主要參考依據(jù)，既保證了系統(tǒng)面向?qū)ο箝_(kāi)放平臺(tái)與對(duì)象之間的可操作性。另一方面，從20世紀(jì)80年代起，電力系統(tǒng)的信息化得到了快速發(fā)展，當(dāng)前國(guó)內(nèi)所使用的協(xié)議也有多個(gè)版本，如果設(shè)備協(xié)議存在差異，那么也需要調(diào)整相關(guān)的通用標(biāo)準(zhǔn)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)要求

系統(tǒng)要求方面，通過(guò)通訊方式來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)終端與系統(tǒng)主站之間的數(shù)據(jù)采集工作，可以具備多個(gè)方面的系統(tǒng)功能，支持對(duì)于不同用戶(hù)的信息采集，可以顯著提升營(yíng)銷(xiāo)管理工作的應(yīng)用水平[3]。構(gòu)建智能電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)方面，采取一體化設(shè)計(jì)原則，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，綜合考慮不同層次的安全需求，實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)模式。用電信息采集系統(tǒng)內(nèi)部包含多個(gè)子系統(tǒng)，包括前臺(tái)管理、前置采集、任務(wù)安排與數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)，不同的子系統(tǒng)以組件化的方式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)公共應(yīng)用服務(wù)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的服務(wù)功能[4]。

從物理架構(gòu)來(lái)看，用電信息采集系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字通訊技術(shù)等，通過(guò)不同的通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方現(xiàn)場(chǎng)的終端測(cè)量，并可以做好電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與線(xiàn)損分析，一旦出現(xiàn)用電異常，則可以對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效管控。整體目標(biāo)方面，為了實(shí)現(xiàn)電力購(gòu)買(mǎi)、電力供應(yīng)與電力銷(xiāo)售等不同方面的分析和處理，構(gòu)建高效的電能數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，擴(kuò)展電能信息數(shù)據(jù)[5]。

4.2 系統(tǒng)功能規(guī)劃

系統(tǒng)功能規(guī)劃如圖1所示，分為以下多個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集可以自動(dòng)獲取多種類(lèi)型的電力用戶(hù)數(shù)據(jù)信息，包括用電事件、電網(wǎng)質(zhì)量、電能值等，為了保障電能質(zhì)量，需要盡量保持?jǐn)?shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，這也是電費(fèi)結(jié)算的主要參考依據(jù);

（2）計(jì)量裝置監(jiān)測(cè)。這一部分的功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置遠(yuǎn)程信息的規(guī)劃，包括對(duì)故障信息與竊電信息的掌握，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)的產(chǎn)生[6];

（3）供電質(zhì)量監(jiān)測(cè)。對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行定量考核，以多維度的參數(shù)作為判斷依據(jù)，包括電壓合格率、供電情況、諧波指數(shù)等;

（4）統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)分析的目的在于對(duì)用戶(hù)的負(fù)荷用電信息進(jìn)行整合分析;

（5）負(fù)荷控制與負(fù)荷分析預(yù)測(cè)。負(fù)荷控制的作用在于對(duì)用戶(hù)的負(fù)荷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便于為供電系統(tǒng)需求側(cè)管理提供精確的負(fù)荷數(shù)據(jù)信息，根據(jù)信息的差異來(lái)得到用戶(hù)的負(fù)荷曲線(xiàn)，了解分時(shí)電量、最小負(fù)荷、最大負(fù)荷等關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)指標(biāo)，也能以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更好的用電需求預(yù)測(cè)[7]。

（6）有序用電管理。有序用電管理根據(jù)當(dāng)前電力市場(chǎng)的供需關(guān)系來(lái)制定有序的用電方案。

4.3 遠(yuǎn)程通信技術(shù)方案

技術(shù)方案方面，應(yīng)用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)可以利用并行計(jì)算與多線(xiàn)程技術(shù)應(yīng)用，發(fā)揮數(shù)據(jù)處理優(yōu)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化，在通訊方式與組網(wǎng)方式上變得更加靈活。以遠(yuǎn)程通信為例，現(xiàn)階段的遠(yuǎn)程通信可以分為公網(wǎng)信道與專(zhuān)網(wǎng)信道。公網(wǎng)信道即通過(guò)通信商建設(shè)的公共通信信道資源，專(zhuān)網(wǎng)通信信道則與其相反[8]?？紤]到電力系統(tǒng)本身對(duì)于通信的要求，可以進(jìn)行光纖專(zhuān)網(wǎng)信道建設(shè)工作，即采用基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的光纖專(zhuān)網(wǎng)，以光纖作為介質(zhì)，配合當(dāng)前用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)的技術(shù)要求，建設(shè)覆蓋整個(gè)電網(wǎng)的配電線(xiàn)路。在一定程度上看，可以為其提供相對(duì)穩(wěn)定的接入容量與傳輸速率，也讓用電采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量得到有效提高。對(duì)于已經(jīng)存在的光纖網(wǎng)絡(luò)，在技術(shù)上有著明確要求。首先是光纖敷設(shè)需要留有備用纖芯，其次備用纖芯需要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)通信的要求，并建立遠(yuǎn)程信道采集數(shù)據(jù)，與其它數(shù)據(jù)之間實(shí)施物理隔離方案[9]。

4.4 本地通信設(shè)計(jì)

本地通信建設(shè)以電力線(xiàn)載波的模式來(lái)降低技術(shù)難度，以便于進(jìn)行更有效的維護(hù)。從通信方式來(lái)看，窄帶載波通信方式的成本消耗較低，應(yīng)用廣泛，而寬帶載波通信方式具有良好的通信速率與信道資源，具體情況需要結(jié)合實(shí)際需求展開(kāi)分析和選擇[10]。

（1）窄帶載波通信。該技術(shù)方案下以電力線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)，不需要單獨(dú)布線(xiàn)，建成后的運(yùn)維成本相對(duì)較低，能被保障數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)囊蟆Ｒ话闱闆r下該用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案適用于多種外部環(huán)境之下，例如人群集中的用戶(hù)居住環(huán)境當(dāng)中，但該方案會(huì)受到多種外界因素影響，包括噪音、系統(tǒng)負(fù)載、線(xiàn)路長(zhǎng)度等，在用電信息的收集過(guò)程中可能會(huì)影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性。窄帶載波通信方案的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也以載波集中器與內(nèi)置載波模塊配合的方式，結(jié)合采集終端展開(kāi)相應(yīng)工作[11]。

（2）寬帶載波通信。相比于窄帶，寬帶載波通信的最大優(yōu)勢(shì)在于抄收電表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。尤其是對(duì)于某些工業(yè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，可以最大化保障通信容量，對(duì)不同類(lèi)型的用戶(hù)展開(kāi)監(jiān)控和管理工作。其正交頻分復(fù)用技術(shù)具有抗干擾能力，可以實(shí)現(xiàn)雙向的通信控制，通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體方案以寬帶集中器與寬帶采集器為主[12]。

4.5 終端設(shè)計(jì)

按照《用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》與《用電信息采集系統(tǒng)集中抄表終端技術(shù)規(guī)范》的要求，需要在終端設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化。采集終端方面，其主要功能設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)電能信息的收集，包括對(duì)智能電表數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與用戶(hù)負(fù)荷特性的研究。按照用戶(hù)類(lèi)型的不同，可以進(jìn)行多種模式的功能配置[13]。而低壓集中器則可以負(fù)責(zé)收集終端電能表的數(shù)據(jù)信息，在存儲(chǔ)后進(jìn)行后續(xù)處理。與集中器類(lèi)似，采集器也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，按照功能不同劃分為標(biāo)準(zhǔn)型與增強(qiáng)型。前者主要負(fù)責(zé)收集電能表與集中器之間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，后者則重點(diǎn)在于存儲(chǔ)電能表數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

5.1 數(shù)據(jù)功能

自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以按照采集任務(wù)事先設(shè)定好的要求來(lái)自動(dòng)地采集時(shí)間、對(duì)象與內(nèi)容。如果不能成功采集，會(huì)通過(guò)監(jiān)控人員進(jìn)行人工操作，保障數(shù)據(jù)完整性。此外，還可以根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)地安排人工測(cè)試數(shù)據(jù)，例如當(dāng)出現(xiàn)緊急事件時(shí)就可以調(diào)集與事件相關(guān)時(shí)間內(nèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，并將重要事件上報(bào)主站，發(fā)送任務(wù)設(shè)置要求，支持?jǐn)?shù)據(jù)的采集和處理[14]。

通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存數(shù)技術(shù)，可以將原始數(shù)據(jù)與應(yīng)用數(shù)據(jù)分別管理，通過(guò)對(duì)電費(fèi)、電量、參數(shù)配置的管控來(lái)下達(dá)命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能[15]。

5.2 應(yīng)用功能

應(yīng)用功能可以從三個(gè)方面展開(kāi)，即自動(dòng)抄表、預(yù)付費(fèi)管理和用電有序化管理。

自動(dòng)抄表按照采集任務(wù)的需求來(lái)獲取用戶(hù)電能表中的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算電費(fèi)中的相關(guān)信息。

預(yù)付費(fèi)管理包括電能表和終端的協(xié)調(diào)工作，進(jìn)行不同的形式處理。

用電有序化管理按照用電方案與安全要求進(jìn)行負(fù)荷控制，對(duì)用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，了解負(fù)荷的變化趨勢(shì)等，結(jié)合電量、三相平衡度、異常用電信息等實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)[6]。

6 總結(jié)

本研究從系統(tǒng)建設(shè)、系統(tǒng)運(yùn)行管理、系統(tǒng)功能運(yùn)用等多維度進(jìn)行了分析調(diào)研，結(jié)合當(dāng)前用電信息系統(tǒng)的技術(shù)要求，提出了采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)模式與方案選擇，分析了系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的可行性。具體來(lái)看，針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施工作中的技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究，從建設(shè)模式入手，配合營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行了功能分析。在未來(lái)的工作當(dāng)中，該應(yīng)該明確系統(tǒng)不同方面的實(shí)際操作功能與應(yīng)用功能，優(yōu)化部分功能模塊界面的具體操作方案，切實(shí)提升系統(tǒng)的應(yīng)用效果。在解決當(dāng)前技術(shù)問(wèn)題的同時(shí)，制定正確的電力通信發(fā)展戰(zhàn)略，朝著智能化、一體化的方向發(fā)展，提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

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（收稿日期： 2018.12.20）