能源计量中心数据系统的主要设计原则

结合国家城市能源计量中心(湖北)数据系统正式运行一年多的经验，笔者认为能源计量中心数据系统设计应遵循以下几方面原则:

一、可靠性与稳定性相结合的原则

能源计量中心数据系统的可靠性设计从系统结构、模块设计、技术措施、设备选型、设备性能、设备容错、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠和稳定，达到*大的平均无故障时间，使每个采集点故障对整个系统的影响尽可能的小，并提供快速的故障恢复手段以及数据备份手段，以保证数据安全和系统正常运行。

1.终端设备的可靠性和稳定性要求

终端设备应对雷击、电磁干扰和外力破坏、高温环境等各种恶劣环境有良好的抗受力。终端内置要求尽可能大的容量内存且具有长时间的数据断电保存能力；在与主站无法通信的情况下，能通过本地调试接口或自带的显示屏及键盘，进行人工数据补抄或设备调试。

2.通信的可靠性和稳定性要求

选择合适的通信手段是实现用能情况及时监测与控制的关键环节，必须认真加以分析比较，特别是对实时要求较高时，对通信网络的可靠性提出了更高要求。对于数据通道传输的稳定性、延迟性、误码校验机制等方面要予以充分考虑。

3.主站系统的可靠性和稳定性要求

主站系统以计算机和网络设备为主，尽管不需要长期24h连续运行，但也必须考虑必要的故障冗余、数据备份、UPS不间断电源等措施，确保系统的性能满足应用要求。

在用户角色管理模块中，除了重视角色层次关系和角色继承关系，更应进一步完善复杂关系的管理，例如在用户角色比较多的复杂工作流系统中，角色的继承关系可能会导致角色层次关系中出现环状结构，从而对角色的管理造成混乱。访问控制策略模块除了强调策略的定制、修改、删除的管理，更应优化对策略定制过程中冲突的检测及冲突解决方法。对于一个工作流管理系统，要保证其真正意义上的安全，只关注访问控制方面的研究是远远不够的，还需要加强审计、数据完整性、数据多级安全性等安全机制方面的研究。

二、准确性与完整性相结合的原则

能源计量中心数据系统平台数据的准确性和完整性是一个核心的基本要求，数据的准确性和完整性包括三层含义:

1.测量值准确和完整

直观地讲，是要求系统得到的数据与计量仪表本身显示数值之间的误差在一个给定的范围内。本质的要求是:系统整体计量误差(含计量仪表、能源管理工作站、传输、系统)达到计量仪表允许的测量准确度，能源计量中心数据系统平台通过计量部门的计量准确性认证。比如，电能表作为计量设备存在测量误差，对于具有RS485/232数据接口的全数字接口的多功能电子式电能表，能源管理工作站与表计之间由于采用了专用协议和自动纠错，因此，可以完全保证所采集的数据与表计显示数据的一致性(部分型号电能表存在协议传送的小数位数与电能表显示的小数位数不一致)和数据的准确性。而从能源管理工作站开始，包括传输(数据信道)、存储及计算(主站)、使用(用户工作站)等后续环节，技术上应采取数字接口纠错、协议校验和后台数据综合过滤等设计，才不会引入新的误差或导致数据的不一致。因此，系统数据的准确性主要是电能表的准确度，此外由于电能表或主站规约的限制，传输数据的小数位数也可能影响数据的准确度和*新分辨力，在常用的DL/T645和IEC870-5-102两个规约中*小分辨力为0.01kW·h，而一般电能表可以提供0.001kW·h的准确度数据显示。

2.数据时标准确和完整

因为电量数据是一个过程量，所有数据都附带一个时标，系统需要一段时间的电量走码(增量、变化量)，因此数据附带的时标必须非常准确，否则计算数据就会与实际不符。同时系统各类平衡计算(网损、线损、母线平衡、变损、主备核表误差等) 都是一种动态平衡，取数要尽可能在同一时间刻度上。时标同步性越差(一般以*大**误差时间与分析跨越的时间段的比值来衡量)，引入系统的计算误差就会越大，对计算结果和分析都会造成影响。若所有的数据时标都与一个标准时钟一致，误差在指定范围内，在准确性达到要求的同时，同步性也达到要求。作为**客观的、跨地域的，同时也是能够在不同系统间作为传递、比较依据的只有GPS时钟。因此，系统时标系统必须采用标准GPS时钟源。主站系统接入GPS设备，使用专门的校时软件分级对主站计算机设备、能源管理工作站和多功能电子表进行对时、确保各级设备时钟的一致性，采用软件对时的准确度一般为1s。但数据采集的实际时刻，采集的同时性还取决于电能量的采集方式(轮巡、立即冻结、负荷曲线)，设备的时钟准确度只是其中的重要因素

3.量纲准确和完整

作为物理测量量，应该包括数值和量纲两部分，如果量纲错误，也会造成数据错误。能源计量中心数据系统应全部采用国际单位制的标准量纲来存储、计算、应用数据，比如所有的电量数据单位应采用统一的千瓦时来表示。

三、实用性与扩展性相结合的原则

实用性是一个系统*根本的要求，在系统设计时根据用户的实际需求进行开发，确定系统的规模、速度等，并考虑未来的技术发展、需求的扩大，从而确保系统的持续发展。网络建设必须满足今后发展的需求，随着网络技术的发展，系统应能够平滑升级，网络规模应能够及时方便地进行扩充，以适应未来发展，*大限度降低投资风险。同时，系统应满足各种外系统的接入和将来网络发展带宽的要求。在系统的设计和建设过程中，充分考虑全国能源数据网络的连接和能源数据与碳排放数据的相互转化等，预留足够的接口，避免“技术孤岛”、“数字鸿沟”现象，充分发挥系统建设的效益。

能源计量中心数据系统平台涉及范围广泛，考虑到客户的需求是不断增长的，往往*终需要接入系统的数据量比预计数量要多，因此这要求系统必须具有很好的扩展性。扩展性在一般层面讲是指不增加跨层应用，仅扩大系统的规模，这要求系统的处理能力、容量、效率不会因为系统的扩展而出现不足。能源计量中心数据系统平台*初的设计思想就应符合扩展性的要求，并能实现软件功能分期、分层建，接入主站的能源数据量及终端(ERTU)功能也能不断扩展，计量点规模、数据传输信道类型和系统功能都可以分期建设、不断扩展。同时建设始终贯彻面向应用、注重实效的方针，坚持实用、经济的原则，尽可能做到建设、应用、收效和发展顺畅进行。

四、先进性与成熟性相结合的原则

一个系统必须保持先进性。先进性主要是从系统的性能和将来的应用趋势等方面来考虑，主要有以下几个因素:一是整体结构的先进性；二是应用程序和软件的先进性；三是数据库系统的先进性。计算机技术、信息技术的发展日新月异，系统设计必要地采用先进的概念、技术和方法是客观的需要，但先进性不能以降低系统的可靠性为代价，因此又要注意结构、设备、工具的相对成熟。真正做到不仅能反映当今的先进技术，而且具有发展潜力，能保证在未来若干年内占主导地位，并能顺利地过渡到下一代。

系统应具备高效性，可并行执行多种任务。各功能模块可以并行工作，不仅保证数据采集和远方通信同步进行，同时也保证各RS485独立并列运行及各远传通道(网络、专线、电话、MODEM)独立并列运行，从而当主站采集数据时不会因为能源管理工作站在采集能源计量数据而不能够正常连接。