CN112383552A - 一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法 - Google Patents

一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法 Download PDF

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Abstract

一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，包括：使用业务执行通道进行业务执行与使用主动上报通道进行主动上报，通过业务执行通道中的通信代理服务单元进行业务执行，当有业务操作指令下发时，主动通过通信代理服务单元与采集终端建立通信连接，将主站业务操作指令和自动采集指令转化成采集终端交互报文，完成业务操作和数据采集工作；在主动上报通道中，采集终端采集电能表数据，通过长连接主动连接采集系统主站的通信网关模块，上报分钟级实时数据到通信网关模块，报文解码模块完成上报数据的解析并推送到采集主站的数据缓存模块。本发明提出一种电能表数据分钟级采集及实时交互控制的双通道设计方法，解决了传统同步采集方式中采集与费控任务互相干扰的难题。

Description

一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法
技术领域
本发明属于信息系统设计开发技术领域，涉及一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法。
背景技术
随着客户侧能源互联网建设，电力市场化改革及新兴业务的不断发展，对采集系统的客户侧用能用电信息感知要求不断提高，重点是通过分钟级采集提高数据采集频度，支撑用电信息深度分析及配电网故障自愈，在此过程中，采集系统采集的信息主要来自台区配变总表及用户电能表，在开展电能表分钟级采集时，还需根据用户用电欠费缴费情况，对电能表进行拉合闸等费控操作。
传统的信息采集采用同步交互方式，在采集的过程中，通信信道被占用，无法进行实时的费控操作。本专利通过面向对象的异步交互式物联网通信架构，引入通信代理服务，通过业务操作与数据采集分离的采集交互方式，在满足现场千万级用户电能表信息分钟采集的基础上，实现对电能表的实时控制交互要求。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供了一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法。本发明所要解决的是千万级用户用电信息的实时采集与交互控制。电力市场化交易和新兴业务兴起对台区总表及用户电能表信息感知提出了更高要求，电能表作为用户和设备的用电信息感知端设备，需对其电压、电流、功率、电量等信息实现分钟采集；同时，电力公司还要根据用户用电欠费情况，对电能表进行拉闸操作，而且，如果用户缴费后，需要在短时间内实时复电；其中，采集主站对电能表的数据采集及拉合闸等控制交互操作均通过主站与采集终端间的信息交互来实现。
如何确保信息采集通道与实时控制通道不互相影响，实现千瓦级用户分钟级采集的同时实时控制交互，在部署服务器时实现经济效益最大化的前提下确保性能指标，难度很大。
本发明采用如下的技术方案：
一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，包括：使用业务执行通道进行业务执行与使用主动上报通道进行主动上报，
所述业务执行，通过业务执行通道中的通信代理服务单元进行业务执行，当有业务操作指令下发时，主动通过通信代理服务单元与采集终端建立通信连接，将主站业务操作指令和自动采集指令转化成采集终端交互报文，完成业务操作和数据采集工作；
所述主动上报，采集终端采集电能表数据，通过长连接主动连接采集系统主站的通信网关模块，上报分钟级实时数据到通信网关模块，报文解码模块完成上报数据的解析并推送到采集主站的数据缓存模块。
所述业务执行通道包括自动采集策略编排单元、缓存读写接口单元、指令缓存单元、通信代理状态缓存单元、通信代理对象单元、设备档案缓存单元和通信代理服务单元。
所述业务执行通道进行业务执行包括以下步骤：
步骤1，自动采集策略编排单元根据终端数据应采集数据规则生成自动采集指令；
步骤2，系统用户手动下发数据补采指令及费控指令；
步骤3，缓存读写接口单元负责将指令保存到指令缓存单元中，其中，指令包括采集指令、数据补采指令；
步骤4，指令缓存单元包含终端指令集合子单元和终端状态集合子单元，终端指令集合子单元实现以终端为单元的指令有序存储，终端状态集合子单元根据待执行指令存储待执行终端信息；
步骤5，通信代理状态缓存单元存储通信代理服务单元、通信代理对象单元的状态数据，包含通信代理服务单元与通信代理对象单元关系集合和通信代理服务单元空闲状态集合；自动采集编排单元根据通信代理服务单元空闲情况，生成与通信代理服务单元空闲数量的数目相同的自动采集指令；
步骤6，设备档案缓存单元存储通信代理对象单元执行指令过程中所需要的终端、电表的档案信息；
步骤7，通信代理对象单元管理负责终端调度、指令调度以及通信代理状态维护工作，为通信代理服务单元提供终端通知拉取、终端指令拉取接口，维护通信代理服务单元与通信代理对象单元关系；
步骤8，通信代理服务单元接收到终端任务通知后，启动对应的终端通信代理对象，终端通信代理对象为终端自动采集任务、业务操作任务提供服务，对上接收指令缓存中的业务操作指令，返回任务执行结果和采集数据；对下完成与现场终端的指令及结果交互。
所述通信代理服务单元为无状态服务，可以横向动态扩展，通信代理服务单元启动后，通过通信代理对象单元管理获取等待运行的终端标识，并启动对应的终端通信代理对象。
所述通信代理服务单元以采集终端为单元，为每个通信代理设计通信代理对象单元，为每个终端创建独立的通信通道，保持系统主站对终端的持续通信与数据连续采集，使终端数据自动采集的效率达到最优配置。
所述通信代理服务单元个数比待执行指令终端个数多一个，确保采集主站临时添加的高优先级业务指令预留服务通道，满足费控等交互控制的实时性要求。
所述使用主动上报通道进行主动上报包括以下步骤：
步骤1，采集终端采集电能表数据，通过长连接主动连接采集系统主站通信网关模块，上报分钟级实时数据到通信网关；
步骤2，采集终端发送分钟级数据报文，Netty服务端接收报文后，调用报文接收模块对报文进行校验；
步骤3，当校验成功，则将完成的报文转发到报文处理模块，调用报文解码模块进行报文预解析；否则将错误日志推送到日志消息队列；
步骤4，当预解析成功，则组装解析结果发送给报文处理模块，结果包含采集终端地址、解析成功标志、报文类型、确认报文；否则将错误日志推送到日志消息队列；
步骤5，报文处理模块将分钟级数据报文推送到报文缓存消息队列，同时组装报文推送日志消息并推送到日志消息队列；
步骤6，报文解码模块启动报文解析服务单元、启动报文获取服务单元；
步骤7，报文获取服务单元从报文缓存消息队列订阅上报报文，获取到报文后调用报文解析服务单元，报文解析服务单元进行报文解码，并返回结果；
步骤8，报文解析服务单元将解析结果推送到数据缓存消息队列的示数类、事件类、负荷类的分钟级冻结数据主题，其中，解析结果为分钟级冻结数据。
所述主动上报通道，基于容器化技术，设计可弹性扩展的通信网关服务模块和报文解码服务模块，用于满足采集终端长连接以及数据报文的解码要求。
所述数据报文的速度范围为103至104条/分钟。
所述主动上报通道，基于Netty非阻塞通信处理框架，设计通信交互方案，用于采集终端的长连接通信和电能表数据报文接收的要求；
采用非阻塞的Netty通信框架，负责端口监听和采集终端的TCP连接管理，其中对于设定时间长度内未与主站进行报文交互的采集终端，则认定为采集终端超时，Netty服务端可监控采集终端的连接和交互状态，对于采集终端超时的情况，由通信网关主动关闭TCP连接，设定时间长度为15分钟，
其中，TCP为传输控制协议。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明设计基于通信代理服务的业务操作交互机制，设计分钟级数据上报机制，可同时满足自动采集任务及费控等手动任务执行实时性要求的基础上，满足现场设备数据实时监测。本发明的优点在于提出一种电能表数据分钟级采集及实时交互控制的双通道设计方法，在满足电能表用电信息实时监控的基础上，拉合闸等费控操作仍不受影响，解决了传统同步采集方式中采集与费控任务互相干扰的难题，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为电能表业务执行与主动上报双业务设计原理图；
图2为业务执行通道原理图；
图3为数据主动上报通道原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明涉及一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，该方法设计了业务指令执行与主动上报双通道，并使用业务执行通道进行业务执行与使用主动上报通道进行主动上报，实现业务操作通道和实时监测通道分离。
以电能表日冻结示值等电能表数据自动采集业务、数据补采等电能表手动采集业务及费控业务为例，介绍一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法中的业务操作通道任务执行过程：
步骤1，自动采集策略编排单元根据终端数据应采集数据规则生成自动采集指令；
步骤2，系统用户手动下发数据补采指令及费控指令；
步骤3，缓存读写接口单元负责将指令保存到指令缓存单元中，其中，指令包括采集指令、数据补采指令；
步骤4，指令缓存单元包含终端指令集合子单元和终端状态集合子单元，终端指令集合子单元实现以终端为单元的指令有序存储，终端状态集合子单元根据待执行指令存储待执行终端信息；
步骤5，通信代理状态缓存单元存储通信代理服务单元、通信代理对象单元的状态数据，包含通信代理服务单元与通信代理对象单元关系集合和通信代理服务单元空闲状态集合；自动采集编排单元根据通信代理服务单元空闲情况，生成与通信代理服务单元空闲数量的数目相同的自动采集指令；
步骤6，设备档案缓存单元存储通信代理对象单元执行指令过程中所需要的终端、电表的档案信息；
步骤7，通信代理对象单元管理负责终端调度、指令调度以及通信代理状态维护工作，为通信代理服务单元提供终端通知拉取、终端指令拉取接口，维护通信代理服务单元与通信代理对象单元关系；
步骤8，通信代理服务单元接收到终端任务通知后，启动对应的终端通信代理对象，终端通信代理对象为终端自动采集任务、业务操作任务提供服务，对上接收指令缓存中的业务操作指令，返回任务执行结果和采集数据；对下完成与现场终端的指令及结果交互。
通信代理服务横向动态扩展，通信代理服务以采集终端为单元，根据任务指令，为每个终端创建独立的通信通道，保持系统主站对终端的持续通信与数据连续采集，使采集终端数据自动采集的效率达到最优配置。
通信代理服务个数永远比待执行指令终端个数多一个，确保采集主站临时添加的高优先级业务指令预留服务通道，满足费控等交互控制的实时性要求。
以电能表分钟级数据上报为例，介绍一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法中的数据主动上报执行过程：
步骤1，采集终端采集电能表数据，通过长连接主动连接采集系统主站通信网关模块，上报分钟级实时数据到通信网关；
步骤2，采集终端发送分钟级数据报文，Netty服务端接收报文后，调用报文接收模块对报文进行校验；
步骤3，当校验成功，则将完成的报文转发到报文处理模块，调用报文解码模块进行报文预解析；否则将错误日志推送到日志消息队列；
步骤4，当预解析成功，则组装解析结果发送给报文处理模块，结果包含采集终端地址、解析成功标志、报文类型、确认报文；否则将错误日志推送到日志消息队列；
步骤5，报文处理模块将分钟级数据报文推送到报文缓存消息队列，同时组装报文推送日志消息并推送到日志消息队列；
步骤6，报文解码模块启动报文解析服务单元、启动报文获取服务单元；
步骤7，报文获取服务单元从报文缓存消息队列订阅上报报文，获取到报文后调用报文解析服务单元，报文解析服务单元进行报文解码，并返回结果；
步骤8，报文解析服务单元将解析结果推送到数据缓存消息队列的示数类、事件类、负荷类的分钟级冻结数据主题，其中，解析结果为分钟级冻结数据。
实时监测通道中，基于容器化技术，设计可弹性扩展的通信网关服务和报文解码服务部署方案，满足采集终端长连接以及每分钟数千万条数据报文的解码要求。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，包括：使用业务执行通道进行业务执行与使用主动上报通道进行主动上报，其特征在于，
所述业务执行，通过业务执行通道中的通信代理服务单元进行业务执行，当有业务操作指令下发时，主动通过通信代理服务单元与采集终端建立通信连接，将主站业务操作指令和自动采集指令转化成采集终端交互报文，完成业务操作和数据采集工作；
所述主动上报，采集终端采集电能表数据，通过长连接主动连接采集系统主站的通信网关模块，上报分钟级实时数据到通信网关模块，报文解码模块完成上报数据的解析并推送到采集主站的数据缓存模块。
2.根据权利要求1所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述业务执行通道包括自动采集策略编排单元、缓存读写接口单元、指令缓存单元、通信代理状态缓存单元、通信代理对象单元、设备档案缓存单元和通信代理服务单元。
3.根据权利要求2所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述业务执行通道进行业务执行包括以下步骤：
步骤1，自动采集策略编排单元根据终端数据应采集数据规则生成自动采集指令；
步骤2，系统用户手动下发数据补采指令及费控指令；
步骤3，缓存读写接口单元负责将指令保存到指令缓存单元中，其中，指令包括采集指令、数据补采指令；
步骤4，指令缓存单元包含终端指令集合子单元和终端状态集合子单元，终端指令集合子单元实现以终端为单元的指令有序存储，终端状态集合子单元根据待执行指令存储待执行终端信息；
步骤5，通信代理状态缓存单元存储通信代理服务单元、通信代理对象单元的状态数据，包含通信代理服务单元与通信代理对象单元关系集合和通信代理服务单元空闲状态集合；自动采集编排单元根据通信代理服务单元空闲情况，生成与通信代理服务单元空闲数量的数目相同的自动采集指令；
步骤6，设备档案缓存单元存储通信代理对象单元执行指令过程中所需要的终端、电表的档案信息；
步骤7，通信代理对象单元管理负责终端调度、指令调度以及通信代理状态维护工作，为通信代理服务单元提供终端通知拉取、终端指令拉取接口，维护通信代理服务单元与通信代理对象单元关系；
步骤8，通信代理服务单元接收到终端任务通知后，启动对应的终端通信代理对象，终端通信代理对象为终端自动采集任务、业务操作任务提供服务，对上接收指令缓存中的业务操作指令，返回任务执行结果和采集数据；对下完成与现场终端的指令及结果交互。
4.根据权利要求3所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述通信代理服务单元为无状态服务，可以横向动态扩展，通信代理服务单元启动后，通过通信代理对象单元管理获取等待运行的终端标识，并启动对应的终端通信代理对象。
5.根据权利要求3所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述通信代理服务单元以采集终端为单元，为每个通信代理设计通信代理对象单元，为每个终端创建独立的通信通道，保持系统主站对终端的持续通信与数据连续采集，使终端数据自动采集的效率达到最优配置。
6.根据权利要求3所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述通信代理服务单元个数比待执行指令终端个数多一个，确保采集主站临时添加的高优先级业务指令预留服务通道，满足费控等交互控制的实时性要求。
7.根据权利要求1所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述主动上报通道进行主动上报包括以下步骤：
步骤1，采集终端采集电能表数据，通过长连接主动连接采集系统主站通信网关模块，上报分钟级实时数据到通信网关；
步骤2，采集终端发送分钟级数据报文，Netty服务端接收报文后，调用报文接收模块对报文进行校验；
步骤3，当校验成功，则将完成的报文转发到报文处理模块，调用报文解码模块进行报文预解析；否则将错误日志推送到日志消息队列；
步骤4，当预解析成功，则组装解析结果发送给报文处理模块，结果包含采集终端地址、解析成功标志、报文类型、确认报文；否则将错误日志推送到日志消息队列；
步骤5，报文处理模块将分钟级数据报文推送到报文缓存消息队列，同时组装报文推送日志消息并推送到日志消息队列；
步骤6，报文解码模块启动报文解析服务单元、启动报文获取服务单元；
步骤7，报文获取服务单元从报文缓存消息队列订阅上报报文，获取到报文后调用报文解析服务单元，报文解析服务单元进行报文解码，并返回结果；
步骤8，报文解析服务单元将解析结果推送到数据缓存消息队列的示数类、事件类、负荷类的分钟级冻结数据主题，其中，解析结果为分钟级冻结数据。
8.根据权利要求7所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述主动上报通道，基于容器化技术，设计可弹性扩展的通信网关服务模块和报文解码服务模块，用于满足采集终端长连接以及数据报文的解码要求。
9.根据权利要求8所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述数据报文的速度范围为103至104条/分钟。
10.根据权利要求7所述的一种用户用电信息分钟级采集及实时控制方法，其特征在于，
所述主动上报通道，基于Netty非阻塞通信处理框架，设计通信交互方案，用于采集终端的长连接通信和电能表数据报文接收的要求；
采用非阻塞的Netty通信框架，负责端口监听和采集终端的TCP连接管理，其中对于设定时间长度内未与主站进行报文交互的采集终端，则认定为采集终端超时，Netty服务端可监控采集终端的连接和交互状态，对于采集终端超时的情况，由通信网关主动关闭TCP连接，设定时间长度为15分钟，其中，TCP为传输控制协议。
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