一种用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统

技术领域

本发明涉及电力设备数据采集领域，特别涉及一种用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统。

背景技术

随着数字化发展战略加快进行，电力行业数字化转型顺应能源革命和数据革命相融并进趋势，有助提升“获得电力”服务水平，打造国际领先电力营商环境在客户侧，需要将数字化技术深入到各类信息、设备、服务中去，将技术与设备进行紧密结合，全面提升客户侧设备的广泛互联、高效互动能力。随着光伏和充电桩等新型设备的逐渐接入,光伏并网运行中存在的电压偏差、谐波污染、三相不平衡、重过载等问题愈发突出，对电网、设备、人身安全造成影响。目前基于用电信息采集系统的采集数据项、采集覆盖率、数据采集频度、业务监测等方面远不能满足并网运行监测要求。因此就要求对目前电力行业的采集方案进行技术改造和升级，重新构建量测数据采集中心，实现数据高频采集。通过建立基于多级时序数据库的边云融合采集体系,实现多级设备数据高效互联,提高整体数据采集效率,进而提高采集频度,实现广泛的业务监测和设备控制。

现有采集方案通常由电表,终端,采集主站几方面组成,通过电表采集数据,终端轮抄电表数据后通过698或645协议上报给采集主站,采集主站在接收到数据报文后需要经过协议解析,数据清洗,数据入库等步骤才能完成整个数据采集额工作。这种采集模式轮抄周期固定,数据入库效率不高等问题,面对光伏等设备大量接入,发电量等瞬时指标需要快速采集快速处理的情况不能及时采集数据并作出相关控制。

上述方案存在如下不足：一是传统采集方案电表和终端通信通过485或者通过载波模块通信,采用轮抄方式抄表,抄表效率较低,无法满足高频数据采集需求；二是传统采集主站采用建立TCP长连接方式的TCP服务端和终端通信,服务端既要负责通信,又要负责数据的解析和入库,功能耦合度较高,扩展性不强；三是传统采集主站数据库多采用Oracle或Mysql等关系数据库,数据入库效率较低,无法满足大量测量点数据采集入库需求。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统，通过在终端和电表中设置时序数据引擎，基于MQTT协议的多级时序数据库进行数据同步，灵活度更高，提高了电表数据的采集速度，把原来从小时级的采集频率提高到分钟级,重点表计可到秒级,为光伏、充电桩等新型设备实时监测控制提供数据基础。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统，包括：表计层、终端层和采集主站；

所述表计层设有时序引擎与表计时序数据库，与计量设备和采集设备电连接，获取采集数据并发送至所述终端时序数据库；

所述终端层设有时序引擎与终端时序数据库，把所述采集数据存储到所述终端时序数据库中,由所述终端时序数据库引擎调用MQTT客户端自动将所述采集数据上传至所述采集主站的所述主站时序数据库；

所述采集主站设有时序采集引擎组件，在网关或前置解析侧增加时序采集引擎节点，将所述采集数据通过时序引擎汇集至所述主站时序数据库中。

进一步地，所述终端层可进行边缘计算，所述边缘计算包括：时序采集与线损计算、窃电分析、故障定位。

进一步地，所述表计层包括：依据边云协同标准设计的末端设备。

进一步地，所述时序数据库包括：超级表和若干个子表；

所述若干个子表为通过电表表号和数据类型对数据库进行划分；

所述超级表通过标签管理所述若干个子表。

进一步地，所述超级表管理引擎通过建立B+树索引管理所述若干个子表的标签。

进一步地，所述子表具有时间序列特性。

进一步地，所述子表通过MQTT协议与上级所述时序数据库的子表进行数据同步；

本级节点所述时序数据库引擎按照预设时间间隔统计新存储的数据，并通过所述MQTT协议发送至上级节点所述时序数据库；

上级节点所述时序数据库引擎通过监听所述MQTT协议获取下级节点所述时序数据库的采集数据，并存储。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过在终端和电表中设置时序数据引擎，基于MQTT协议的多级时序数据库进行数据同步，灵活度更高，提高了电表数据的采集速度，把原来从小时级的采集频率提高到分钟级,重点表计可到秒级,为光伏、充电桩等新型设备实时监测控制提供数据基础。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统原理示意图。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参照图1，本发明实施例提供了一种用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统，包括：表计层、终端层和采集主站；表计层设有时序引擎与表计时序数据库，与计量设备和采集设备电连接，获取采集数据并发送至终端时序数据库；终端层设有时序引擎与终端时序数据库，把采集数据存储到终端时序数据库中,由终端时序数据库引擎调用MQTT客户端自动将采集数据上传至采集主站的主站时序数据库；采集主站设有时序采集引擎组件，在网关或前置解析侧增加时序采集引擎节点，将采集数据通过时序引擎汇集至主站时序数据库中。

其中，时序数据库为处理带时间标签(按照时间的顺序变化，即时间序列化)的数据，带时间标签的数据也称为时间序列数据。MQTT协议为消息队列遥测传输是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议；其工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。

具体的，表计时序数据库是末端设备,负载真正采集数据；终端时序数据库是对时序数据库针对arm32操作系统进行的轻量化改造,增加轻量级MQTTbroker功能；主站时序数据库是针对X86_64位的操作系统,具备完整功能。

表计层的设备作为采集点负责采集数据,并把采集到的数据上传至终端层(其中，部分电表安装有4G模块,可以直接上传数据到采集主站)。采集终端主要用于通过485或者载波方式采集挂载在终端层的电表,并将这些数据上传至采集主站。采集主站用于收集终端采集到的采集数据，并利用数据做分析计算。

采集数据项包括电压,电流,电能示值等,是由表计层设备采集。

主站下有很多终端(从几千到百万量级),终端下挂载很多表计(几个到几百).

在终端层增加时序引擎与多级数据库APP，可兼容现有的软硬件环境，还优化现有数据采集模式。

进一步地，终端层可进行边缘计算，边缘计算包括：时序采集与线损计算、窃电分析、故障定位。

进一步地，表计层包括：依据边云协同标准设计的末端设备。多级时序数据库采集体系灵活性更高,在采集设备中定义好数据库表结构即可实现数据采集功能,可快速扩展至其他边云采集体系中。

进一步地，时序数据库包括：超级表和若干个子表；若干个子表为通过电表表号和数据类型对数据库进行划分；超级表通过标签管理若干个子表。把对一个超级表的操作分到了很多子表上,大大提高数据库的读写能力,用户在使用时操作的是超级表,这样就把子表和用户解耦,用户感觉不到子表的存在,提高可用性。

进一步地，超级表管理引擎通过建立B+树索引管理若干个子表的标签，实现了在大量子表存在的情况下,也能快速检索子表的目的。其中，B+树为平衡多路查找树,是为了磁盘或其它存储设备而设计的一种多叉平衡查找树。

进一步地，子表具有时间序列特性，对应到数据库磁盘操作中,可以顺序的操作数据库磁盘文件,数据库顺序操作的响应时间要大大小于随机操作,由此提升数据库的性能。

进一步地，子表通过MQTT协议与上级时序数据库的子表进行数据同步；本级节点时序数据库引擎按照预设时间间隔统计新存储的数据，并通过MQTT协议发送至上级节点时序数据库；上级节点时序数据库引擎通过监听MQTT协议获取下级节点时序数据库的采集数据，并存储。

具体的，设备子表和上级数据库子表数据同步方式采用MQTT协议，每个层级的节点设备都装有时序数据库,节点把采集到的数据存到本地时序数据库中,数据库引擎每隔一段时间会自动统计新存储的数据,然后把这些数据通过MQTT协议同步至上级节点中,上级节点时序数据库引擎通过监听MQTT消息队列获取到下级节点的采集数据,把数据存储至本节点,然后通过类似手段上传至上层节点直至到主站节点，实现电表和终端节点存储数据即代表完成采集任务。

上述方案中，通过多级时序数据库超级表和子表,将主站,终端,电表等设备构建起多层次的采集体系,把电表作为一个采集点作为超级表子表,由超级表进行逻辑管理,方便用户使用的同时又提高了数据采集效率。子表间基于MQTT的多级时序数据库子表同步机制,实现电表数据入子表即采集完成,提高数据采集速度。将时序数据库轻量化植入采集终端和电表中,针对电表等采集设备采集数据具备天然的时序特性,把数据库随机读写变为顺序读写,提高数据库入库效率。

相比于传统采集模式中采集主站解析,清洗,入库这种流程,多级时序数据库实现了以数据库表间同步的方式去采集数据。

多级时序数据库结合MQTT broker,将解析入库等操作整合进数据引擎中,所以整体对系统服务提供出来的就是一个可以运行标准SQL的数据库。MQTT Broker为MQTT服务端，即实现了MQTT协议的TCP服务端。

此外，当费控终端与电表通信方式为HPLC时，为提高数据传输的效率和成功率，通过把IEEE802.3 CSMA/CD算法整合至HPLC传输模块中,实现信道冲突监测机制,然后把TCP/IP实现写入电表嵌入式系统,实现终端和表计的网络通信,旨在解决传统采集模型采用终端轮抄的方式采集电表数据,实时性不高,而当多台电表同时上报数据时会造成数据传输冲突等问题。其中，HPLC为高速电力线载波，也称为宽带电力线载波，是在低压电力线上进行数据传输的宽带电力线载波技术。

本发明实施例旨在保护一种用于台区能源协同的边云融合高频数据采集系统，包括：表计层、终端层和采集主站；表计层设有时序引擎与表计时序数据库，与计量设备和采集设备电连接，获取采集数据并发送至终端时序数据库；终端层设有时序引擎与终端时序数据库，把采集数据存储到终端时序数据库中,由终端时序数据库引擎调用MQTT客户端自动将采集数据上传至采集主站的主站时序数据库；采集主站设有时序采集引擎组件，在网关或前置解析侧增加时序采集引擎节点，将采集数据通过时序引擎汇集至主站时序数据库中。上述技术方案具备如下效果：

通过在终端和电表中设置时序数据引擎，基于MQTT协议的多级时序数据库进行数据同步，灵活度更高，提高了电表数据的采集速度，把原来从小时级的采集频率提高到分钟级,重点表计可到秒级,为光伏、充电桩等新型设备实时监测控制提供数据基础。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。