一種實現電能量採集系統互為熱備的方法
2023-09-19 07:57:40 1
專利名稱：一種實現電能量採集系統互為熱備的方法
技術領域：
本發明涉及電力和通信技術領域，尤其涉及一種對用電信息數據採集完整性、實 時性、安全性要求較高的方法。
背景技術：
隨著電力系統的改造，電力數據的採集將逐漸摒棄傳統的人工抄表模式而採用遠 程終端控制抄表方式，並將抄表數據通過GPRS、CDMA.230M等方式傳送到主站系統進行分 析和應用。為了在主站側進行數據分析應用以及實時監測用電情況，就必須確保主站側電 力數據的完整性。由於各終端廠商之間採用電力傳輸規約的差異以及對同一規約理解上的 差異導致了採集終端數據的複雜性和不穩定性，再加上網絡安全等複雜環境，越發增加了 數據採集的難度，因此如何保證主站側採集數據的完整性就顯得非常關鍵。在電力系統中，電力從電廠出來後，通過輸電網絡進入普通家庭和企業用戶。隨著 電力體制改革和電力企業向服務型企業的轉型，電力企業越來越關心對用電客戶的供電質 量。為了實現對用電用戶的用電管理，需要有一套電能量信息採集系統，包括前置機、採集 模塊、中間件伺服器和採集終端、電能表。其中前置機和具有通訊模塊的採集終端之間的通 訊，一般採用中國移動提供的GPRS (General Packet Radio krvice，通用無線分組業務) 或是中國連通提供的WCDMA (寬帶碼分多址)；採集終端和其他集中控制器或多功能電錶之 間的通訊可以採用RS485串行通訊等通訊方式；集中控制器目前大多通過低壓載波線路採 集各種電能表數據。由於用電用戶的數量十分龐大，在同一時間，有大量的採集終端需要與主站採集 系統通訊，再加上網絡的不穩定性，要想實時、完整、可靠的採集到所有用戶的用電數據是 很困難的。因此，需要有一種方法來提高採集系統的容災能力，電能量採集系統的主備結構 就成為了首先解決方案。
發明內容
本發明的目的在於提供一種實現電能量採集系統互為熱備的方法，旨在提高電能 量信息採集系統的故障恢復能力，保證信息採集的完整性、實時性和安全性。為達到上述目的，一種實現電能量採集系統互為熱備的方法，包括以下步驟(1)啟動主前置機、備用前置機、主定時採集模塊和備用定時採集模塊；(2)負控終端嘗試登錄前置機，優先登錄主前置機，若登錄失敗則登錄備用前置 機，若登錄備用前置機失敗則轉而登錄主前置機，反覆嘗試直到成功登錄前置機為止；(3)主定時採集模塊定時向主前置機查詢終端在線情況，備用定時採集模塊定時 向備用前置機查詢終端在線情況；(4)主定時採集模塊和備用定時採集模塊在監測到終端上線且開始採集任務之前 進行任務採集時間的同步；即當主定時採集模塊發現某終端由不在線變為在線時，向備用 定時採集模塊請求該終端的所有任務的執行時間並更新主定時採集模塊的對應終端任務執行時間；當備用定時採集模塊發現某終端由不在線變為在線時，向主定時採集模塊請求 該終端的所有任務的執行時間並更新備用定時採集模塊的對應終端任務執行時間；(5)主定時採集模塊定時採集主前置機上在線的終端，備用定時採集模塊定時採 集備用前置機上在線的終端；主定時採集模塊和備用定時採集模塊相互同步最近執行任務 的時間並保存。作為改進，所述負控終端支持國網協議《電力負荷管理系統數據傳輸規約》，且給 負控終端設置IP位址和埠，該負控終端採用GPRS網絡作為上行傳輸通道。作為改進，所述負控終端發送用電數據方式包括；管理中心召喚式和主動上送式。 管理中心召喚式是指當負控終端接收到主定時採集模塊和或備用定時採集模塊發來的採 集命令後，獲取相應數據以應答主定時採集模塊或備用定時採集模塊。主動上送式是指當 滿足負控終端主動向主定時採集模塊或備用定時採集模塊發送用電數據的預定條件時，主 動獲取用電數據上送到主定時採集模塊或備用定時採集模塊。作為改進，管理中心召喚式的具體步驟為1)主定時採集模塊和或備用定時採集模塊按預定條件向與需要監控的負控終端 發出採集命令；2)負控終端接收到所述採集命令後，執行獲取用電數據；3)主前置機或備用前置機接收到負控終端的相應報文後，轉發到對應的主定時採 集模塊或備用定時採集模塊；4)主定時採集模塊或備用定時採集模塊解析用電數據，如果解析失敗則進行任務 補採；5)主定時採集模塊或備用定時採集模塊對獲取到的用電數據進行處理和分析。作為具體化，所述主前置機和備用前置機負責終端通道的管理以及數據的轉發， 其採用NIO技術，實現非阻塞模式的socket通訊；同時開啟多個線程，並對多個線程任務進 行優化調度，對大量負控終端的通訊數據進行並行處理。作為具體化，所述主定時採集模塊和備用定時採集模塊負責任務的調度，採集命 令的發送，終端響應報文的解析，任務執行時間的調整；其採集策略如下①數據的採集流程控制以數據時標為指針，採集該指針所指向的時間點數據項；②所有能解析出正確數據的響應報文，均視為正常；主定時採集模塊和備用定時 採集模塊接收到此種應答後，時間指針向後移動到下一個需要採集的時間點，繼續採集後 續的數據點；③所有不能解析出正確數據的響應報文，均視為不正常；主定時採集模塊和備用 定時採集模塊接收到此種應答後不能移動採集時間指針，要等待下一次任務執行時間的到 來並開始執行，直到滿足②為止，否則如此循環預定次數後向後移動時間指針到下一個採 集時間點。作為具體化，主定時採集模塊僅採集主前置機上在線的終端，備用定時採集模塊 僅採集備用前置機上在線的終端，兩者之間不進行交叉採集。作為具體化，主定時採集模塊同主前置機之間的採集交互流程包括I、主定時採集模塊按照預定周期通過主前置機向負控終端發送採集命令；II、負控終端組織好相應用電數據應答給主前置機，主前置機再轉發給對應的主定時採集模塊；III、主定時採集模塊解析終端應答的用電數據，成功則移動採集時間指針，並等 待下一採集周期重新開始新的採集，如果解析失敗則不移動採集時間指針，失敗次數加1， 並等待下一採集周期繼續從該失敗點開始採集；同一時間點如果失敗超過預設重試次數， 則移動採集時間指針至下一採集時間點。作為本發明的具體化，備用定時採集模塊同備用前置機之間的採集交互流程包 括i、備用定時採集模塊按照預定周期通過備用前置機向負控終端發送採集命令；ii、負控終端組織好相應用電數據應答給備用前置機，備用前置機再轉發給對應 的備用定時採集模塊；iii、備用定時採集模塊解析終端應答的用電數據，成功則移動採集時間指針，並 等待下一採集周期重新開始新的採集，如果解析失敗則不移動採集時間指針，失敗次數加 1，並等待下一採集周期繼續從該失敗點開始採集；同一時間點如果失敗超過預設重試次 數，則移動採集時間指針至下一採集時間點。作為改進，主定時採集模塊和備用定時採集模塊之間具有通訊協議，用於相互 查詢最近執行任務時間，其查詢終端任務最近執行時間的數據區包括任務個數-終端 idl-任務編號1-執行時間1......終端idN-任務編號N(-執行時間N。負控終端能夠預設主備兩組主站IP位址和埠的特性，是本發明的前提條件，所 述特性是指終端依次、循環嘗試向設置的主伺服器地址、備用伺服器地址發起連接登錄請 求，直到登錄成功為止。傳統的電能量信息採集系統也包括前置機、定時採集模塊，其採集 流程原理同本發明基本一致。有了本發明所述特性之後，在兩套傳統的採集系統之間僅僅 增加任務執行時間的同步方案即可實現電能量採集系統的主備份功能。為了實現主備兩套採集系統之間的任務執行時間同步方案，特制定了一種用於 主站程序模塊之間的信息同步協議作為本發明的內容之一。所述主站信息同步協議包 括如下欄位起始字符(E8H)lbytes、源主站地址Ibyte、目標主站地址lbytes、起始字 符(E8H) lbytes、控制域(C) lbytes、長度(L) 2bytes、幀序列域(FIR, FIN, Pseq) lbytes、 數據區(DATA)、結束字符(16H) lbytes。各欄位的含義如同傳統的通訊協議一樣，本發明 中僅介紹用於查詢任務執行時間的功能，其請求/響應數據區包括如下內容任務個數 (Ibyte)-終端icK4byteS)-任務編號Qbytes)-執行時間(6bytes)，各欄位的編碼方式均 為BIN編碼。為了保證每幀的長度在各種應用層協議支持的範圍之內，同時保證每幀傳輸 信息的完整，特別約定每次請求最多不超過50個任務。在本發明中，利用負控終端能夠自動尋找在線主站的特性，做到了其中一套系統 因為各種原因未能正常運行，另一套系統也能夠絲毫不受影響的正常運行，進而提高了採 集系統的容災能力，保證信息採集的完整性、實時性和安全性。
圖1是本發明實施例提供的互為熱備的電能量採集系統實現流程示意圖；圖2是本發明實施例提供的主備電能量採集系統結構示意具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。如圖1所示，一種實現電能量採集系統互為熱備的方法，包括以下步驟(1)預設主站IP位址和埠，利用負控終端上行通訊協議給所有負控終端設置主 備兩組主站IP位址和埠 ；該負控終端採用GPRS網絡作為上行傳輸通道。(2)啟動主前置機、備用前置機、主定時採集模塊和備用定時採集模塊；所述主前 置機和備用前置機負責終端通道的管理以及數據的轉發，其採用NIO技術，實現非阻塞模 式的socket通訊；同時開啟多個線程，並對多個線程任務進行優化調度，對大量負控終端 的通訊數據進行並行處理。(3)負控終端首先嘗試連接登錄主前置機，在若干次嘗試連接失敗後，轉而連接登 錄備用前置機；若仍然失敗，則繼續連接主前置機，如此交替進行連接嘗試，直到成功為止。(4)主定時採集模塊和備用定時採集模塊每次採集任務之前分別向主前置機和備 用前置機查詢統計終端在線情況。(5)當主定時採集模塊通過詢問主前置機發現某終端由不在線變為在線時，則向 備用定時採集模塊請求該終端的所有任務的最近執行時間並更新主定時採集模塊內存中 記錄的對應終端的各任務執行時間；當備用定時採集模塊通過詢問備用前置機發現某終端 由不在線變為在線時，則向主定時採集模塊請求該終端的所有任務的最近執行時間並更新 備用定時採集模塊內存中記錄的對應終端的各任務執行時間。(6)主/備定時採集模塊分別從最新的任務執行時間開始採集對應前置機上在線 的終端，不在線的終端不進行採集。主定時採集模塊同主前置機之間的採集交互流程包括主定時採集模塊按照預定周期通過主前置機向負控終端發送採集命令；負控終端組織好相應用電數據應答給主前置機，主前置機再轉發給對應的主定時 採集模塊；主定時採集模塊解析終端應答的用電數據，成功則移動採集時間指針，並等待下 一採集周期重新開始新的採集，如果解析失敗則不移動採集時間指針，失敗次數加1，並等 待下一採集周期繼續從該失敗點開始採集；同一時間點如果失敗超過預設重試次數，則移 動採集時間指針至下一採集時間點。主前置機/主定時採集模塊之間的採集原理同備用前置機/備用定時採集模塊之 間的採集原理完全一致，僅採集的終端對象不一致而已。在採集數據時，主定時採集模塊僅採集主前置機上在線的終端，備用定時採集模 塊僅採集備用前置機上在線的終端，兩者之間不進行交叉採集。主定時採集模塊和備用定時採集模塊負責任務的調度，採集命令的發送，終端響 應報文的解析，任務執行時間的調整；其採集策略如下①數據的採集流程控制以數據時標為指針，採集該指針所指向的時間點數據項；②所有能解析出正確數據的響應報文，均視為正常；主定時採集模塊和備用定時 採集模塊接收到此種應答後，時間指針向後移動到下一個需要採集的時間點，繼續採集後續的數據點；③所有不能解析出正確數據的響應報文，均視為不正常；主定時採集模塊和備用 定時採集模塊接收到此種應答後不能移動採集時間指針，要等待下一次任務執行時間的到 來並開始執行，直到滿足②為止，否則如此循環預定次數後向後移動時間指針到下一個採 集時間點。(7)主備定時採集模塊定時相互同步任務最近執行時間並保存，在主備採集程序 退出之前自動進行同步，方便下次重新啟動時繼續按照上次的任務執行時間繼續採集，避 免數據的重複採集。當採集系統運行過程中終端的在線狀態發生變化時，按照上述步驟(4)、(5)進行 執行。上述步驟(5)中主/備定時採集模塊更新自身終端任務執行時間的策略是將獲 取的另外一臺定時採集模塊的終端任務執行時間同自身的同一終端同一任務的執行時間 相比較，取兩者中離定時採集模塊所在機器系統時間較近的那個時間作為該終端任務的執 行時間。負控終端發送用電數據方式包括；管理中心召喚式和主動上送式，管理中心召喚 式是指當負控終端接收到主定時採集模塊和或備用定時採集模塊發來的採集命令後，獲取 相應數據以應答主定時採集模塊或備用定時採集模塊；具體的步驟為1)主定時採集模塊和或備用定時採集模塊按預定條件向與需要監控的負控終端 發出採集命令；2)負控終端接收到所述採集命令後，執行獲取用電數據；3)主前置機或備用前置機接收到負控終端的相應報文後，轉發到對應的主定時採 集模塊或備用定時採集模塊；4)主定時採集模塊或備用定時採集模塊解析用電數據，如果解析失敗則進行任務 補採；5)主定時採集模塊或備用定時採集模塊對獲取到的用電數據進行處理和分析。主動上送式是指當滿足負控終端主動向主定時採集模塊或備用定時採集模塊發 送用電數據的預定條件時，主動獲取用電數據上送到主定時採集模塊或備用定時採集模 塊。主定時採集模塊和備用定時採集模塊之間具有通訊協議，用於相互查詢最近執行 任務時間，其查詢終端任務最近執行時間的數據區包括任務個數-終端idl-任務編號 1-執行時間1......終端idN-任務編號N(-執行時間N。圖2示出了本發明實施例提供的主備電能量採集系統結構示意圖，詳述如下採集對象，包括各種採集終端、電能表、集中器等多種電能計量設備；通信信道，包括移動營運商提供的各種無限通道，如GPRS、CDMA，以及電話網絡、串 口通道、230M無線頻道；前置機，負責通過各種通訊介質和終端進行通訊的前置設備，並能在與主站其它 部分脫離聯繫後，維持系統運行的設備。在電能量採集系統中主要負責接受終端的連接， 維護終端與主站其他程序模塊之間的數據交互轉發。前置機通過監測終端通道的連接、在 N個心跳周期內是否收到終端的數據等方法來判斷終端是否在線。在主備電能量採集系統中，前置機有主前置機和備用前置機之分，在主前置機上登錄的終端僅由主採集模塊進行 採集，在備用前置機上登錄的終端僅由備用定時採集模塊進行採集。主備前置機之間通過 定時交換終端在線狀態來排除同一終端在某段時間內可能在主備兩臺前置機上同時在線 的情況。採集模塊，採用多線程保證數據採集任務的靈活調度，最主要的環節是採集任務 時間的調整。某個任務成功的執行完畢，則該任務的執行時間會向後調整，下一輪任務就會 從新的時間點開始採集，如果任務執行失敗，則嘗試重複執行M次後也向後移動任務執行 時間。在主備電能量採集系統中，定時採集模塊也有主/備之分，兩者的採集流程、原理完 全一致，僅採集的對象屬於不同的前置機。主備採集模塊在每次開始執行任務之前對狀態 發生變化的終端的任務執行時間進行同步，以保證數據的連續、不重複的採集。本發明中的定時採集模塊原理同傳統的定時採集模塊實現類似，僅需在主備兩套 採集系統之間增加一個任務執行時間等信息的同步功能即可。執行任務時間同步的時機是 在每輪數據採集任務開始執行之前，且每次只針對由不在線狀態變為在線狀態的終端的所 有任務進行同步，儘量減少主備採集模塊之間交互的信息，提高採集效率，以便兩套系統能 無縫銜接採集，保證數據採集的實時完整性，同時也做到了只要有一套採集系統正常運行， 整個系統的應用都不會受到影響。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟(1)啟動主前置機、備用前置機、主定時採集模塊和備用定時採集模塊；(2)負控終端嘗試登錄前置機，優先登錄主前置機，若登錄失敗則登錄備用前置機，若 登錄備用前置機失敗則轉而登錄主前置機，反覆嘗試直到成功登錄前置機為止；(3)主定時採集模塊定時向主前置機查詢終端在線情況，備用定時採集模塊定時向備 用前置機查詢終端在線情況；(4)主定時採集模塊和備用定時採集模塊在監測到終端上線且開始採集任務之前進行 任務採集時間的同步；即當主定時採集模塊發現某終端由不在線變為在線時，向備用定時 採集模塊請求該終端的所有任務的執行時間並更新主定時採集模塊的對應終端任務執行 時間；當備用定時採集模塊發現某終端由不在線變為在線時，向主定時採集模塊請求該終 端的所有任務的執行時間並更新備用定時採集模塊的對應終端任務執行時間；(5)主定時採集模塊定時採集主前置機上在線的終端，備用定時採集模塊定時採集備 用前置機上在線的終端；主定時採集模塊和備用定時採集模塊相互同步最近執行任務的時間並保存。
2.如權利要求1所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，所述負控 終端支持國網協議《電力負荷管理系統數據傳輸規約》，且給負控終端設置IP位址和埠， 該負控終端採用GPRS網絡作為上行傳輸通道。
3.如權利要求1所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，負控終端 發送用電數據方式包括；管理中心召喚式，當負控終端接收到主定時採集模塊和或備用定時採集模塊發來的採 集命令後，獲取相應數據以應答主定時採集模塊或備用定時採集模塊；主動上送式，當滿足負控終端主動向主定時採集模塊或備用定時採集模塊發送用電數 據的預定條件時，主動獲取用電數據上送到主定時採集模塊或備用定時採集模塊。
4.如權利要求3所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於管理中心 召喚式的具體步驟為1)主定時採集模塊和或備用定時採集模塊按預定條件向與需要監控的負控終端發出 採集命令；2)負控終端接收到所述採集命令後，執行獲取用電數據；3)主前置機或備用前置機接收到負控終端的相應報文後，轉發到對應的主定時採集模 塊或備用定時採集模塊；4)主定時採集模塊或備用定時採集模塊解析用電數據，如果解析失敗則進行任務補採；5)主定時採集模塊或備用定時採集模塊對獲取到的用電數據進行處理和分析。
5.如權利要求1所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，所述主前 置機和備用前置機負責終端通道的管理以及數據的轉發，其採用NIO技術，實現非阻塞模 式的socket通訊；同時開啟多個線程，並對多個線程任務進行優化調度，對大量負控終端 的通訊數據進行並行處理。
6.如權利要求1所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，所述主定 時採集模塊和備用定時採集模塊負責任務的調度，採集命令的發送，終端響應報文的解析，任務執行時間的調整；其採集策略如下①數據的採集流程控制以數據時標為指針，採集該指針所指向的時間點數據項；②所有能解析出正確數據的響應報文，均視為正常；主定時採集模塊和備用定時採集 模塊接收到此種應答後，時間指針向後移動到下一個需要採集的時間點，繼續採集後續的 數據點；③所有不能解析出正確數據的響應報文，均視為不正常；主定時採集模塊和備用定時 採集模塊接收到此種應答後不能移動採集時間指針，要等待下一次任務執行時間的到來並 開始執行，直到滿足②為止，否則如此循環預定次數後向後移動時間指針到下一個採集時 間點。
7.如權利要求1所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於主定時採 集模塊僅採集主前置機上在線的終端，備用定時採集模塊僅採集備用前置機上在線的終 端，兩者之間不進行交叉採集。
8.如權利要求7所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，主定時採 集模塊同主前置機之間的採集交互流程包括主定時採集模塊按照預定周期通過主前置機向負控終端發送採集命令；負控終端組織好相應用電數據應答給主前置機，主前置機再轉發給對應的主定時採集 模塊；主定時採集模塊解析終端應答的用電數據，成功則移動採集時間指針，並等待下一採 集周期重新開始新的採集，如果解析失敗則不移動採集時間指針，失敗次數加1，並等待下 一採集周期繼續從該失敗點開始採集；同一時間點如果失敗超過預設重試次數，則移動採 集時間指針至下一採集時間點。
9.如權利要求7所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於，備用定時 採集模塊同備用前置機之間的採集交互流程包括備用定時採集模塊按照預定周期通過備用前置機向負控終端發送採集命令；負控終端組織好相應用電數據應答給備用前置機，備用前置機再轉發給對應的備用定 時採集模塊；備用定時採集模塊解析終端應答的用電數據，成功則移動採集時間指針，並等待下一 採集周期重新開始新的採集，如果解析失敗則不移動採集時間指針，失敗次數加1，並等待 下一採集周期繼續從該失敗點開始採集；同一時間點如果失敗超過預設重試次數，則移動 採集時間指針至下一採集時間點。
10.如權利要求1所述的實現電能量採集系統互為熱備的方法，其特徵在於主定時 採集模塊和備用定時採集模塊之間具有通訊協議，用於相互查詢最近執行任務時間，其 查詢終端任務最近執行時間的數據區包括任務個數-終端idi-任務編號1-執行時間 1......終端idN-任務編號N(-執行時間N。
全文摘要
本發明公開了一種實現電能量採集系統互為熱備的方法，包括以下步驟(1)啟動主、備用前置機和主、備用定時採集模塊；(2)負控終端嘗試登錄前置機；(3)主/備用定時採集模塊定時向主/備用前置機查詢終端在線情況；(4)主定時採集模塊和備用定時採集模塊在監測到終端上線且開始採集任務之前進行任務採集時間的同步；(5)主定時採集模塊定時採集主前置機上在線的終端，備用定時採集模塊定時採集備用前置機上在線的終端；主定時採集模塊和備用定時採集模塊相互同步最近執行任務的時間並保存。本發明的方案提高了電能量信息採集系統的故障恢復能力，保證信息採集的完整性、實時性和安全性。
文檔編號H02J13/00GK102064605SQ20101056530
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者沈祥 申請人:深圳市科陸電子科技股份有限公司