电力计量主站采集链路监测技术分析

孙海阔

摘  要：随着社会经济的不断发展，电力行业面临着机遇和挑战并存的发展局面，在这种背景下，各种类型的电力计量设备应运而生，在设备运行过程中，会产生大量的电能量数据，为提高电力计量主站运行的稳定性，需要结合电力企业的实际情况，利用先进的监测技术，建立完善成熟的电力计量主站采集链路监测机制，实现对关键业务链路的动态化监测，助推电力计量主站的高质量、高效率运行成为现实。该文基于电力计量主站采集链路的建设现状，详细分析采集链路监测体系的建设方法，其中涵盖科学搭建技术架构、整合处理监测信息以及优化设计监控系统等，旨在强化电力计量主站的运维效果，以期为相关人员提供参考和借鉴。

关键词：电力计量；主站采集；链路监测；优化设计；监控系统

中图分类号：TM933.4      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）06-0160-04

Abstract： With the continuous development of social economy， the electric power industry is facing both opportunities and challenges. In this context， various types of electric power metering equipment arises at the historic moment， and a large number of electric energy data will be generated in the process of equipment operation. In order to improve the stability of the operation of the power metering master station， it is necessary to consider the actual situation of electric power enterprises and make use of advanced monitoring technology， establish and improve the mature power metering master station acquisition link monitoring mechanism to achieve dynamic monitoring of key business links， and promote the high-quality and efficient operation of the power metering master station. Based on the present situation of the construction of the acquisition link of the power metering master station， this paper analyzes in detail the construction method of the collection link monitoring system， which includes the scientific construction of the technical framework， the integration of monitoring information and the optimization of the design of the monitoring system， etc.， in order to strengthen the operation and maintenance effect of the power metering master station， and provide reference for relevant personnel.

Keywords： power metering; master station acquisition; link monitoring; optimal design; monitoring system

在電力计量设备运行期间，数据信息的采集量以及采集频次，呈高速上升趋势，电能量数据显著增长，对电力计量主站的运行能力，提出了更高的要求。针对这种情况，需要联系电力计量主站的现实要求，搭建采集链路监测系统，对大量的电能量数据展开全面系统的管理，确保电力计量主站的运行质量和效率，能够满足电能量数据对高水平运维管理的需求，促进电力计量主站的可靠运行，为电力行业的长效健康发展注入源源不断的动力。基于此，深层次分析并研究电力计量主站采集链路监测技术的应用方法，对于电力行业的可持续发展而言，具有深远的意义。

1  电力计量主站采集链路建设现状

为进一步提升电力计量主站的运行水准，本文对A电力企业计量主站的运行工况展开了详细的调查和研究，结合调查数据可知，该企业的计量主站在长期运行的过程中，各个系统的运行状态良好，其中包括服务器以及数据库等。但为适应电力行业的发展需求，A企业的生产经营模式发生了一定的变化，业务量呈逐年上升趋势，在这种背景下，企业内部的数据资源持续扩大，业务层次不断增多，在无形中加大了电能量数据的监管难度，给电力计量主站的平稳运行造成了一定的干扰。就实际情况而言，A企业电力主站监控系统的不足和欠缺主要表现在以下几方面。

1.1  故障定位缓慢

A电力企业的业务量不断增加，意味着电力计量主站监控系统的规模也要随之扩大，因此系统的迭代更新较快，在监控系统更新优化的过程中，重点内容就在于故障定位的准确性和时效性，但就实际情况而言，该企业监控系统故障定位较为缓慢，监控视角不够一致，使得故障排查效率低，不利于电力计量主站的稳定运行[1]。

1.2  抄表程序复杂

当今时代家家户户已配备智能电表，但不少特殊用户仍需要采用人工抄表模式，业务流程繁琐，需要抄表员上门等多种方式计收电量电费，这种落后的抄表模式，难以在短时间内实现对电费的高效收缴，加之电费收缴工作缺乏科学有效的监管，加大了电费收缴成本，影响到了企业的经济效益。

1.3  趋势分析难把控

在分析电能量数据的趋势变化时，主要是采用监控预警算法，这种趋势预测模式的关键在于预警阈值的有效选取，但电力计量主站在运行期间，所产生的数据存在特殊变化情况，如暗涨变化或阴跌变化等，这2种变化情况不够明显，使得电能量数据变化趋势分析难度较大，极易造成漏报或误报的问题。

结合上述内容可知，电力企业的电力计量主站监控系统还存在一定的不足，这就需要采取先进的监测技术，对现行的主站监控系统实施创新优化，构建出故障排查准确、抄表效率高、趋势预测能力强的采集链路监测系统，实现对企业内部资源对象以及各业务层次的全面化监控。

2  电力计量主站采集链路监测技术分析

2.1  技术架构

本文所研究的电力计量主站采集链路监测技术架构，主要由3方面内容组成，分别是监测系统、系统主站以及通信网络。这3项基础架构的功能存在较大的差异性，其中监测系统的总体框架主要由计量主站、通信网络以及数据终端组合而成，该系统的主要作用是对用户产生的电力信息展开采集和处理并加以应用。系统主站由4部分组成，分别是应用服务器、通信前置机、业务服务器以及接口服务器，主站的功能较多，具体表现在2方面：一方面是实时储存电力数据并留有备份，另一方面是提供数据查询与调度服务。通信网络的核心功能是支持电力计量主站采集链路监测系统的安全稳定运行，确保信息数据能够快速传输至主站内部。

综合上述内容可明确，电力计量主站采集链路监测系统由多项技术端组成，为充分发挥出该系统的作用和价值，在搭建技术架构的过程中，要根据电力设备的具体运行情况，以及计量主站的实际运行要求，有针对性地优化改良技术架构，提高监测系统的完善程度，为电力计量主站稳健运行提供有力的技术保障，确保监测系统能够呈现出良好的电力数据采集以及故障定位功能，促进电力设备的安稳运行。

2.2  优化设计

2.2.1  监控场景运行状况

监控系统的核心功能就是对电力计量主站的各种运行场景展开全方位的监测，通过对监控系统的实时观察，技术人员能够及时排查出电力计量主站潜在的故障隐患，再采取有针对性的措施加以处理，能够保障主站的正常运行。全链路监测技术的应用范围较为广泛，从该技术在电力计量主站监控系统中的运行情况来看，其主要监控场景有信息采集、拓扑可视化展示、系统报警以及故障定位，通过对典型全链路监测场景的分析可得出以下内容。

其一，信息采集。利用时间序列数据库，储存全链路调用中产生的数据信息。

其二，网络拓扑。将客户端与服务器端中的数据信息以及网络拓扑结构等进行可视化呈现，实现对服务器端应用代码的智能监测[2]。

其三，系统报警。提前设定好预警阈值，在业务系统运行期间，一旦有数据信息超出阈值，系统就会自动开启报警功能，将存在故障的具体链路以及节点信息，反馈至管理人员，以便于其处理解决故障。

其四，故障定位。链路请求分析系统与深入诊断系统协同合作后，会对历史数据展开全面分析，在此基础上，找出故障的根源所在，为运维人员修复处理故障提供科学的指导。例如，当电力设备发生运行故障，造成大规模的停电事故时，就会影响供电质量，为减少故障损失，可以利用故障定位系统，对故障设备所在覆盖区域实施准确的定位，并展开有针对性的抢修，从而为用户提供更加优质的供电服务。

2.2.2  科学选择监控对象

全链路监测系统在运行期间，会站在全局的角度，以上下游的视角，在信息采集展示技术的支持下，将调用链路节点的实际情况以及相关指标信息等全方位展示出来，这时运维人员就能够根据监测系统呈现的内容，及时准确地定位故障，排查隐患。在这一过程中，监测对象是否具备合理性，直接关系到故障的发现、排查效果。在选取监测对象时，需要注意以下内容：监测对象指的是端到端调用链路节点，即业务系统的调用路径，从业务请求的发出到最终结束调用，这一过程中所涉及的全部内容均属于监测范畴内。在监测业务调用路径的过程中，能够及时发现前端、后端的异常情况，如响应报错或迟缓等，通过对调用路径的实时跟踪，逐步选取出业务系统的最佳使用路径，再对系统的性能實施改良优化，能够促进业务系统的高效率运行。与此同时，在电力计量主站运行期间，智能采集终端集中器的公用配电运转状况，会直接影响到电力资源的利用效率。因此在选择监控对象时，还要对公用配电的工况展开实时监控，基于其公变规律以及监控数据，灵活调整公变的电压负荷，避免出现超负荷运载的情况，为变压器的稳定运行夯实基础，提高电力能源的综合利用效益。

2.2.3  综合界定监控指标

在全链路监测运行期间，要将重点放在监测指标上，经实践证明，与业务性质特征相符合的健康状况监测指标，如系统吞吐量（TPS）以及响应时间等，对全链路监测的运行质量起着决定性作用。因此要加大对监测指标计算因子的应用力度，在计算因子的作用下，精准计算出监测指标数据，以此为基础，采集监控对象中的数据信息，能够及时发现监控系统的异常运行情况。由此，全链路监测在运行过程中，要以服务链路和节点为监控对象，利用计算因子，获取监测指标数据，其中包括请求发送时间、Parent Span ID及Trace ID等。

2.2.4  采集拦截监测信息

在电力计量主站采集链路的监测中，要在最大程度上保证数据的真实性、时效性以及可靠性，为降低数据获取对原业务系统的不良影响。在采集拦截监控数据信息的过程中，要优先使用非侵入探针技术，这种技术主要是通过旁路连接的形式收集监测信息。并且该技术无需客户端，对业务系统的正常运行影响较小，降低了业务系统的管理难度和故障概率。并且，想要进一步增强监测系统的可拓展性，就可以利用该技术的无缝连接与热部署功能，使其拓展能力有所升高。在选择监测信息的拦截技术时，要从大量的全链路分析工具中选用数据分析能力最佳的技术，如Pingpoint。这种技术为全链路监测提供了无侵入式的执行方法，通过对该技术插件和探针的优化改良，能够更好地适应电力企业的业务需求。

另外，在采集电力信息的过程中，还要加强对远程操作技术与自动化抄表技术的应用，这2种技术信息采集能力较强，不仅能够将漏抄、错抄的概率控制在最小范围内，还能够保证用电数据的精确性，并且在现代化科学技术手段的作用下，抄表业务流程得以优化，如图1所示，为电网系统的安全运行提供了保障

2.2.5  传输整合监测信息

利用監测信息采集拦截技术，获取到全链路监测数据后，通过收集器将监测数据，由发送器传输至汇聚器，在传输过程中数据流起着至关重要的作用，为保证监测数据能够通过数据顺利发送至数据汇聚器，要综合设定数据的发送间隔。常规情况下，相同的服务器上会同时存在监测数据采集器与发送器，而合理的发送间隔能够收集器中的数据，以异步线程同步的方式，将数据传输至汇聚器，进而减少数据信息采集对电力计量主站的影响[3]。

为提高服务端与发送端之间的数据传输效率，避免大量数据在实时计算与入库过程中，给计量主站造成不良影响，要采用Kafka+Zookeeper的集群模式，将其作为传输、汇聚监测信息数据的主要服务器。在集群模式的支持下，建立数据最优传输路径，为用户实时获取监测数据创造有利条件，确保服务端与客户端的数据信息能够实现良好的整合。

3  电力计量主站采集链路监控系统的建设要点

在建设电力计量主站采集链路监控系统的过程中，要将重点放在数据处理、储存以及分析上，数据的采集传输系统如图2所示。

本文所研究的全链路监控系统，在处理数据的过程中，主要是采集Kafka中2方面信息，一方面是调用链路，另一方指标数据。对于监控数据的储存工作，可利用Elastic Search，这种技术不仅能够储存大量的调用链路以及监测指标，还能够储存计算后数据。为保障监控数据来源的客观性，监控系统要具备一定的独立性，因此要开发实用价值较高的数据获取终端，并设置计量系统收集监控数据，通过对监控系统服务端的实时显示，实现全链路监控系统的高水平建设。具体而言，电力计量主站采集链路监控系统的建设，涉及大量复杂且繁琐的内容，为保证系统的运行能力，在实际建设过程中，可从以下几方面入手。

3.1  服务端

服务端是电力计量主站采集链路监测技术架构的重要组成部分，其主要作用就是采集、拦截、传输、整合、储存、处理以及应用信息，为给用户提供更加优质的服务，增强监控系统的可操作性，在优化设计服务端时，要结合业务性质，有针对性地设置服务端的操作方式[4]。

3.2  应用端

应用端指的是可视化Web界面，通过对该界面的操控，能够查询到目标信息，如业务全链路或者监测指标。并且，应用端还能够根据具体业务的变化情况，对各类监测信息实施多维度的综合统计分析应用。

3.3  物理端

物理端指的是应用并科学迁移，服务端与应用端中的数据资源，因此在搭建物理端的过程中，要合理部署虚拟化Docker容器以及Kubernetes调度系统等，以此为服务端和应用端的稳定运行夯实基础。

3.4  数据处理端

数据处理端在全链路监控系统中占据着主导地位，为强化数据处理成效，要对数据处理端加以完善和改良。例如，可以构建逻辑回归模型，通过对模型中各参数的分析，精确推断出调用链在正常运行情况下的安全区域。通过这种数据处理模式，排查故障问题，能够起到良好的效果[5]。

3.5  数据查询端

在设计监控系统的数据查询端时，要升级查询功能，在查询请求中，设置“时间戳”参数，该参数可实现信息数据的定位查询，即搜索相应的关键词或者日期，就能够查询到目标文件。在创建与时间戳相接近的索引文件时间点时，可利用Span调用链路，实现对当天和第二天索引文件的顺利访问。

3.6  数据预测端

传统的监控预警算法，无法及时准确地发现监控系统的微量波动情况，在无形中加大了故障漏报概率。想要有效解决这一问题，可以将mean-shift与机器学习算法有机结合后，再嵌入到监控系统中，确保能够及时发现监控数据的变化情况，当异常变化量达到预警值，监测指标就会随之进行均值漂移，在机器学习算法的作用下，能够直观地展现出监测数据的整体变化趋势。此外，数据预测端还要具备电力负荷的预测功能。想要准确分析出电力系统的负荷情况，就要采集相应的电力数据信息，利用数据的服务端收集到电力信息后，技术人员就可以在终端上对入户的高压与低压信息实施灵活的转换，这时数据预测端能够根据转换后电力信息的数据情况，对电力系统的负荷情况加以分析，在此基础上，掌握各类电力用户的实际用电情况[6]。

4  结束语

综上所述，为提升电力计量主站的运行能力，增强其运维效能，要根据电力计量采集业务运行链路的监测需要，搭建完善的监控系统，为全链路监控系统的高质量运行奠定良好的基础，为电力行业的稳健发展注入新活力，为电力企业创造更多的经济价值。

参考文献：

[1] 林晓庆.电力计量主站采集链路监测技术研究与应用[J].科技风，2022（2）：94-96.

[2] 阎帅，罗磊，姚栋方，等.电力计量主站通信网最大可靠性路径选择方法[J].信息技术，2023（5）：165-169，174.

[3] 石云辉.融合业务拓扑的电力计量全链路关键业务异常定位研究[J].微型电脑应用，2022，38（9）：59-62.

[4] 吕剑.电能信息采集相关技术在电力系统中的应用[J].现代工业经济和信息化，2023，13（3）：161-162.

[5] 宋晓川，郑宽昀，李俊臣，等.基于云计算的电力电能计量信息采集系统设计[J].工业加热，2023，52（3）：66-70.

[6] 何程，曾勇，李念，等.基于数据采集的电力资产信息自动识别优化系统[J].自动化应用，2023，64（5）：231-233.