基于Web服務的電力信息化監管系統的構建

陳 琪， 劉滌塵， 周 玲

(武漢大學電氣工程學院， 武漢 430072)

基于Web服務的電力信息化監管系統的構建

陳 琪， 劉滌塵， 周 玲

(武漢大學電氣工程學院， 武漢 430072)

電力監管作為電力市場建設的重要組成部分，對電力市場的良性發展起著重要作用。文中針對南方電監局電力監管工作中信息采集管理存在嚴重制約的現狀，提出了電力信息化監管系統的設計與實現方案，該系統以異構數據采集為著眼點，采用面向對象的Web Service 技術對所監管信息系統中的異構數據進行集成，以XML作為統一的數據格式，構成數據綜合管理平臺，填補了電力監管工作中信息采集機制的空白，解決了南方電監局各所監管信息系統跨平臺的難題。

電力監管； 異構數據采集； 可標記性擴展語言； 網絡服務

電力系統進行市場化改革是20 世紀90 年代以來世界電力工業最重大的變革[1～3]。作為電力市場建設的重要組成部分，我國的電力監管體系建設存在諸多問題，最突出的問題體現在電監會作為監管部門缺乏獨立性[4]。電監會要切實實施其監管職能，迫切要求市場環境下加大電力監管力度和完善監管體系建設。

目前，我國電力工業的各發電和供電企業處于各自監管的現狀，電監會無法直接有效的獲取電力生產的信息。就時下而言，電監會進行電力監管面臨的直接而緊迫的任務，是電力監管工作信息采集機制的建立與完善[5]。由于各電力企業信息化發展的不均衡，導致不同企業不同應用系統之間存在的語言差異，平臺差異，協議差異，數據差異[6]等異構問題，電監會要實現其職能，迫切需要建立完備的電力信息化監管系統，對異構數據進行采集和融合，最終形成統一的數據格式。對于大范圍的跨企業實體的電力信息化監管系統的異構數據采集的設計，以異構數據采集為著眼點，采用XML和Web Service技術對電力信息化監管系統進行設計，從而使電監局以直接有效的方式對電力工業各環節的業務數據進行采集，為實現其管理職能打下堅實基礎。因此，對其進行系統深入的研究設計是有重要意義的。

1 異構數據采集的相關技術

1.1XML

XML是一個定義其它語言的系統[7]。XML使用文檔定義類型DTD(document type definition)和Schema來定義數據的結構，利用它可確認文檔中數據是否有效，但更重要的是它還能定義數據的類型和數據間的關系。可將傳統的數據集成策略，以DTD-Schema為橋梁移植到對XML文檔的集成上來，從而實現對XML所寫的Web頁面的集成。XML可對很多類型的異構信息進行高級集成。

1.2WebService

Web Service采用面向服務的體系構架SOA(service-oriented architecture)模型對資源進行統一的描述、發布、發現及動態綁定與調用，解決Internet環境下松耦合分布式異構問題。Web Services可看作是在一個基于因特網的應用程序模塊，在遵守由一個協議集組成的特殊技術格式下進行對象組件間的遠程互連交互。在Web服務中，XML是數據的格式，簡單對象訪問協議SOAP(simple object access protocol)是調用Web服務協議，服務描述語言WSDL(web service description language web)是描述服務的格式，而統一描述、發現和集成協議UDDI(universal description discovery and integration)是服務登記、查找和利用的組合。四方面組成了整個服務架構[8～10]。

2 異構數據采集方案設計

2.1 電力監管系統中異構數據采集需求分析

電力監管系統中數據集成中心是為整個系統提供數據支持的基礎平臺，位于系統整合框架的數據整合層。架構設計的好壞，直接關系到整合工作是否能夠實現既定目標。

按照數據流向，可將電力監管的整個數據結構劃分為三個層次如圖1所示。

圖1 電力監管的數據結構層次

(1)數據源層 南方電監局負責的監管對象有發電、供電、電力建設等電力企業，其所關注的發電量、電網負荷等監管指標分別存在于各電力企業的三十余個分散獨立的應用系統中。目前各應用系統基本上采用了關系型數據庫來管理各自的業務數據。數據源層包括現有的各個應用系統，這些系統自身產生、維護數據，提供電力監管所需的基礎信息服務。

(2)主題數據層 包括主題數據庫和OLAP數據庫。隨著南方電監局對信息實時性需求的加強，對數據源層各應用系統進行數據整合后，建設主題數據庫提供統一及時的數據日益重要。同時，南方電監局還需要陸續開發安全監管系統、分析統計系統、市場監管及報價系統等查詢和分析系統。這些系統自己無法產生數據，需要從前面的數據源層所監管電力信息系統中采集所需的數據來支持分析和查詢。

(3)中心數據庫層 它是整個數據環境的核心。向下，它從數據源層中提取數據，進行數據整合，向上，又作為主題數據層的數據來源，為它們提供基礎數據。

目前南方電監局還沒有中心數據庫層這樣的一個環境，因此，需要建立中心數據庫層，使所有的源數據層系統及所有的主題數據層只需和中心數據庫層交互，提高數據的復用性和使用效率。

2.2 數據采集及發布的設計

中心數據庫建設完成之后，可將數據源的變動數據采集到中心數據庫，實現中心數據庫中數據的及時更新和用戶訂閱的變動信息準確發布。此時要采用相應的數據更新策略來保證數據采集發布的正確性、及時性。按照數據的流向，將數據采集發布過程進行了層次劃分,如圖2所示。

(1)數據源層：這是數據的源頭，即各個所監管電力信息系統的數據庫。本層包含多種數據源。

(2)數據抽取層：這是數據開始整合的大門。用于將數據源層的數據抽取進中心數據庫。數據抽取的目的是未來對數據進行重新組織和存儲位置的轉移，在數據轉移過程中要對數據進行大量的清洗和轉換工作。

(3)數據轉換層：這是數據整合的關鍵步驟。由于源與目標之間存在的數據差異，需要制訂相應的轉換規則，然后根據數據轉換規則，把抽取的業務數據結構轉換為中心數據庫的數據結構。

(4)數據加載層：這是數據整合的重要環節。作用是把轉換好的數據寫入到中心數據庫中。本層解決模式實現以及數據裝載時機等問題。

(5)中心數據庫層：這是數據整合的第一目標。提供數據與元數據的存儲場所。

(6)數據發布層：這是數據整合的成果體現。是根據共享數據訂閱收集信息，把更新的共享數據發布出來供訂閱者查看和接收。

圖2 數據流的層次劃分

2.3 關鍵問題解決方案

數據采集和發布的關鍵問題就是如何化解源數據與目標數據對象之間、目標數據與發布對象之間的差異。

數據異構信息主要來自三個方面：系統異構、數據模型異構和邏輯異構。

本文綜合數據平臺采用均是TCP/IP協議與各數據源相連接，因此不用考慮系統異構。對于數據模型異構，可以考慮采用一種中間格式即可解決此問題。最難解決也是中心數據庫主要面對的異構問題，是邏輯異構。本文提出了數據映射的解決方案和數據交互格式的方案以解決數據異構問題，采用根據XSD規則轉換表來進行數據映射，從而使數據從數據源傳遞到中心數據庫。

(1)數據映射解決方案

基于XML的數據映射方案是根據不同的需求建立數據映射來實現數據之間的轉換，是數據層面的數據映射。在數據采集發布的設計中采取XML作為數據的統一表現形式，數據的映射工作實際也就是關系型數據庫管理系統RDBMS(relational database management system)一XML一RDBMS的轉換，數據格式的轉換工作實際上是XML文檔之間的轉換，如圖3所示。

圖3 數據格式轉換

使用基于XML的數據轉換主要要建立數據轉換的規則。異構數據整合中最需要解決的是邏輯異構問題，而解決這一問題需要通過建立一個轉換規則字典，數據轉換在該規則字典下進行，這種規則是由用戶建立的。本文采取如下辦法解決這個問題：用戶通過映射規則定義功能制訂源到目標表的映射規則，保存到映射規則文件中；根據數據差異的分類，制定相應的轉換規則處理函數；進行數據轉換時，根據映射規則文件中的差異類型，調用相應的轉換規則處理函數，進行數據的轉換。轉換規則不存在時，那么就需要使用異構數據庫平臺的DBA定制轉換規則。這樣就實現了數據庫之間的數據轉換。

(2)數據交互格式方案

由于各所監管電力信息系統與中心數據庫之間的模式異構和邏輯異構，本文選用XML格式作為兩者之間的數據交互格式。數據格式的XSD設計如下：

lt;element name=quot;SourceChangeDataFilequot;gt;

lt;complexTypegt;

lt;sequencegt;

lt;element ref=quot;Rowquot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;unboundedquot;/gt;

lt;/sequencegt;

lt;attribute name=quot;DataSourceInfoquot; use=quot;requiredquot; type=quot;stringquot;/gt;

lt;/complexTypegt;

lt;/elementgt;

lt;element name=quot;Rowquot;gt;

lt;complexTypegt;

lt;sequencegt;

lt;element name=quot;Handlequot; type=quot;Typequot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;1quot;/gt;

lt;element name=quot;SetValuequot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;1quot;/gt;

lt;complexTypegt;

lt;sequencegt;

lt;element ref=quot;Columquot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;unboundedquot;/gt;

lt;/sequencegt;

lt;/complexTypegt;

lt;/elementgt;

lt;element name=quot;Wherequot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;1quot;/gt;

lt;/sequencegt;

lt;/complexTypegt;

lt;/elementgt;

lt;element name=quot;Columquot;gt;

lt;complexTypegt;

lt;sequencegt;

lt;element name=quot;ColumNamequot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;1quot; type=quot;stringquot;/gt;

lt;element name=quot;ColumValuequot; minOccurs=quot;1quot; maxOccurs=quot;1quot; type=quot;stringquot;/gt;

lt;/sequencegt;

lt;/complexTypegt;

lt;/elementgt;

lt;simpleType name=quot;Typequot;gt;

lt;restriction base=quot;stringquot;gt;

lt;enumeration value=quot;Otherquot;/gt;

lt;enumeration value=quot;Delete/gt;

lt;/restrictiongt;

lt;/simpleTypegt;

其中“Row”由三個部分組成：“Handle”、“Set Value”和“Where”。“Type”是數據的變化類型。考慮到實際情況和處理函數的通用性，本文將變化數據類型合并成兩種方式：更新和刪除。刪除含義不變，統一將增加和修改設置為更新類型。這是由于變化數據文件向中心數據庫加載時，并不知道此條記錄在中心數據庫中的情況，盲目設置操作類型，可能會出現問題。因此本文只定義兩種類型：“Other”是更新操作、“Delete”是刪除操作。不同的數據變化對應不同類型“Type”。這種“Other”類型用于逐行比對方式的變化數據抽取。在文件產生時不指定具體數據操作，而是到了加載數據時來決定數據操作類型。“Set Value”對應需要更新的字段名稱和數據；“Where”對應更新條件。因此，服務器端數據采集程序只要處理上述XML文件即可。

2.4 異構數據采集系統實現

本文設計了七個模塊來完成整個數據更新過程。這七個模塊是變化數據傳輸、消息監聽、工作流程調度、接收、轉換、加載和發布。整體框圖見圖4。

圖4 數據采集和發布框圖

(1)變化數據傳輸：從各所監管電力信息系統提取變化數據，轉換成源數據文件，然后將源數據文件傳輸到指定的服務器目錄中。客戶端程序負責從各所監管電力信息系統中獲取變化數據，然后轉換成源數據文件，實時監管數據采用數據采集Web Service接口的方式來傳輸到服務器上，服務器程序負責接收源數據文件，并調用后續處理工作。

(2)接收數據：讀取指定目錄的源數據文件，并轉換成變化數據文件。

(3)轉換數據：由于源與目標之間存在的數據差異，需要制訂相應的轉換規則，然后根據數據轉換規則，把抽取的業務數據結構轉換為中心數據庫的數據結構。它是解決各所監管電力信息系統和數據平臺之間數據差異的模塊。它需要數據映射規則文件的支持，而數據映射規則文件由平臺相應的維護管理功能模塊提供。

(4)加載數據：把轉換好的數據寫入到中心數據庫中。

(5)發布數據：是根據共享數據訂閱收集信息，把更新的共享數據發布出來供訂閱者查看和接收。

(6)工作流程調度：按設定順序，調用前四個模塊，來實現中心數據庫的更新。

(7)消息監聽：負責監聽來自客戶端、系統等的消息，根據消息類別調用相應的工作流程。

為了對復雜的處理過程更好的調度和監控，本文專門設計一個工作流程調度模塊。通過此模塊的開發使用，將清晰、高效地通過任務調度的方式處理快速見效的數據采集發布過程。

本文設計的業務數據采集和發布整體框架有利于分模塊、并行的開發，業務流程清晰明了，模塊復用性高，達到數據流轉的暢通和格式的統一。

3 數據采集發布實例

3.1 基礎平臺

結合實際情況，南方的電監局用戶端選用IBM RS600op650做綜合數據平臺的主服務器。配置是8顆Power4+的RISCPowerPCCPU，16G內存，IT磁盤空間，AIXS.2操作系統。選用Oracle 10g.2.0.4作為中心數據庫的數據庫管理系統DBMS(database management system)。劃分給Oracle數據庫600G磁盤空間做數據文件。

3.2 源數據采集

(1)南方電網安全性評價系統

該系統由數據處理語言COBOL(common business oriented language)+客戶信息控制系統CICS(customer information control system)開發，后臺數據庫為DB2v7.1for205/390。它主要涉及到三個業務數據集的內容：直流安全性評價數據集、交流安全性評價信息數據集和用戶信息數據集。 因為此系統開發在共享數據、數據標準收集之前，所以它的開發完全采用的是單獨定義的共享數據結構和數據標準，因此必須在抽取完數據后進行清洗、轉換。數據平臺通過業務數據整合服務從綜合各所監管電力信息系統的下傳數據文件中抽取共享數據。

(2)粵電集團燃料管理系統

燃煤系統采用Pro*C+CICS開發，后臺數據庫為Oraele7。為保證系統安全性和完整性，它的數據抽取采用的觸發器法。在數據同步更新的策略選擇定期的逐行比對方案就足夠了。

3.3 數據轉換和加載

這是本實例的關鍵部分。數據轉換和加載分為兩個階段來實現。第一個階段是在數據平臺建成初期，進行數據的全量轉換和加載；第二個階段是在第一階段之后每天進行的增量數據轉換和加載。根據項目的硬件配置，將數據轉換和加載工作放在中心數據庫所在的IBMRS6000小型機上執行，通過網絡來進行源數據的抽取工作，將數據抽取生成的XML文件放在轉換服務器指定的文件系統/before中，然后執行轉換操作，轉換生成的XML文件也放在轉換服務器指定的另外一個文件系統/after中。加載操作從/after文件系統中讀取XML文件，然后將數據加載到以關系模式存放數據的中心數據庫中。根據現有源數據的特點，項目采用了在每天晚間非營業時間，根據增量數據生成的時間，按照制定的調度流程進行數據的采集、轉換和加載。

3.4 數據發布

(1)對比分析系統

這是本地開發的系統。對比分析系統不僅要查詢聚類數據，還要調閱明細數據。系統采用的是JSP開發，后端數據庫是oracle9i。因此該模塊需要從中心數據庫訂閱數據。但由于根據電監局的需求可知，對比分析系統的抽取頻率較低(每天一次)，因此，不需要實時從中心數據庫中進行訂閱。

(2)決策分析系統

決策分析它們包括自己的數據模型和相應的決策分析程序(permance analysis)。需從中心數據庫訂閱數據。這也是在上述四個系統數據加載完成后，中心數據庫才將有關數據發布給此系統。

4 結語

本文主要研究方向是基于異構數據采集的電力信息化系統的構建，根據南方電監局的實際需求和其所轄電力企業的監管指標調研情況，具體分析和設計了電力信息化監管系統中異構數據采集模塊的方案，并結合XML/Web Services給出了數據采集和發布的整體構架。

本文所述設計方案在南方電監局的信息管理系統得到應用，該方案本著安全、靈活、易維護、易擴展的設計原則，填補了電力監管工作中信息采集機制的空白，實現了異構信息最大限度地共享，取得了很好的效果。

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陳 琪(1986-)，女，碩士研究生，研究方向為電力系統自動化。Email:Wybxzy@163.com

劉滌塵(1952-)，男，博士生導師，主要從事電力系統及電力電子方面的研究。Email:dcliu@whu.edu.cn

ConstructionofPowerInformationSupervisionSystemBasedonWebService

CHEN Qi， LIU Di-chen， ZHOU Ling

(School of Electrical Engineering，Wuhan University, Wuhan 430072， China)

As an important part of the power market construction, electricity regulation is playing an increasing influence on the power market. In view of serious constraints in power information resources management and sharing of the South electricity supervision bureau, the design and realization of a power market information supervision system is put forward. The system takes the heterogeneous data integration as the vantage point, employs the XML and Web Services techniques to construct integrated data management platform. The application fills the gap in the field of information collection mechanism in power market monitoring, and solves the cross-platform interacting problems of each information system under the South electricity supervision bureau.

electricity regulation； heterogeneous data integration； extensible markup language； web service

TM732； TP393

A

1003-8930(2012)02-0096-06

2010-03-29；

2010-07-23