1、新型电力系统DOI:10.15961/j.jsuese.202200818源网荷全景同步测量系统分布式主站的设计与实现齐才，刘灏*，杨方琦，毕天姝(华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室，北京 102200)摘要：源网荷全景同步测量系统（full-view synchronized measurement system，SYMS）实现了对高比例电力电子化的新型电力系统的全方位实时检测。SYMS 主站作为测量数据的接收与分析平台，其数据处理能力对保障SYMS稳定运行与应用效果具有重要意义。然而，由于数据类型多、装置数量激增、数据分析过程复杂，集中式架构的主站难以保证同步相量数据处理的实时性与
2、可靠性。因此，本文提出一种适用于SYMS系统的分布式主站设计方法，并进行了实现。首先，该方法分析了SYMS不同测量装置的通信方式，提出并建立了基于开源相量数据集中器（open source phasor data concentrator，OpenPDC）的多源异类数据适配器，并设计实现了基于HAProxy的主站前置服务器的负载均衡集群；其次，针对主站数据在线分析延时高的问题，设计并开发了基于流处理框架的Storm适配多语言、多时间窗算法的分布式计算方式，进一步搭建了包含前置数据平台与在线应用平台的SYMS分布式主站。实际系统测试结果表明，与集中式架构相比，所提架构在实际运行中可有效均衡负载，
3、利用分布式方式提高运算速度，针对多类型实时测量数据具有更强的并发处理能力与更短的处理延时，并有效监测系统的异常状态，可为新型电力系统特性分析、建模、闭环控制等应用提供数据基础与应用平台。关键词：源网荷全景同步测量系统；分布式架构；主站；OpenPDC；Storm中图分类号：TM769文献标志码：A文章编号：2096-3246（2023）02-0141-11Design and Realization of the Distributed Data Center of Full-view Synchronized Measurement SystemQI Cai，LIU Hao*，YANG Fa
4、ngqi，BI Tianshu(State Key Lab.of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power Univ.,Beijing 102200,China)Abstract:The full-view synchronized measurement system(SYMS)has realized the all-directional real-time detection of power systems withhigh proportion
5、 of power electronics.As a platform for receiving and analyzing measurement data,the data processing ability of the SYMS mas-ter station is of great significance to ensure the stable operation and application effect of the SYMS.However,due to the reasons as the large num-ber of data types,the surge
6、in the number of devices,and the complexity of the data analysis process,it is difficult for SYMS master station with acentralized architecture to guarantee the real-time performance and reliability of the data processing.Therefore,a distributed master station designmethod for the SYMS system was pr
7、oposed and implemented in this paper.Firstly,the proposed method analyzed the communication modes ofdifferent measurement devices of SYMS,established a multi-source heterogeneous data adapter based on the open source phasor data concentrat-or.This paper also designed and implemented a load balancing
8、 cluster of the main station front-end server based on the HAProxy.Secondly,aim-ing at the problem of high delay of the data online analysis of master stations,the Storm based on the stream processing framework was designedand developed to adapt the distributed computing method with multi-language a
9、nd multi-time window algorithm.The SYMS distributed masterstation including the pre-data processing platform and the online application platform was further built.The actual system test results show that,compared with the centralized architecture,the proposed architecture can effectively balance the
10、 load in actual operation and improve the comput-收稿日期:2022 08 04基金项目:国家杰出青年科学基金项目（51725702）；国网公司科技项目（KH21010603）作者简介:齐才（1998），男，硕士生.研究方向：电力系统分布式计算.E-mail：*通信作者:刘灏，副教授，E-mail：网络出版时间:2023 03 07 18:25:39 网络出版地址:https:/ http:/http:/ 第 55 卷 第 2 期工 程 科 学 与 技 术Vol.55 No.22023 年 3 月ADVANCED ENGINEERING SCIE
11、NCESMar.2023ing speed through the distributed method.The proposed architecture also have stronger concurrent processing capabilities and shorter delay formulti-type real-time measurement data.Furthermore,it can effectively monitor the abnormal state of the system.Therefore,it can provide the datafou
12、ndation and application platform for characteristic analysis,modeling,closed-loop control and other applications of the new power system.Key words:full-view synchronized measurement system;distributed architecture;data center;OpenPDC;Storm 高比例可再生能源和高比例电力电子设备正成为电力系统发展的重要趋势和关键特征。电力电子变换装备以其在电能形式及其参数变换方
13、面的灵活性，近年来已广泛应用于可再生能源发电、直流输电、无功补偿等电力系统的输配电环节12，这极大地改变了电力系统的机械特性与动态过程，也为系统的实时监测、机理分析带来了新挑战34。目前，源网荷全景同步测量系统（full-view synchronized measure-ment system，SYMS）以同步相量测量技术为基础，将测点布置在源网荷三端，实现了对发电、输电、负荷3种场景的同步测量5，有效提高了新型电力系统的稳定性与可靠性6。主站作为测量系统的数据处理和数据应用服务平台，保证其高效、稳定运行，具有重要意义。目前典型的广域同步测量系统也都针对同步相量数据特点与自身需求，对主站进行
14、了研究与开发。Phadke等7提出的传统广域测量系统（wide-area measurementsystem，WAMS）主站架构在数据处理与应用部分采用双机热备的工作方式，系统可用性高，但实际应用时只有主机单节点处于工作状态，处理压力较大；Li等8针对低压电网同步动态监测所开发的WAMSLight系统主站采用垂直应用架构，基于MySQL搭建实时数据库，历史数据库采用Access，满足了对低压电网的同步测量需求，然而在电力大数据场景下，关系型数据库难以保证数据的有效存储及应用；Gardner9等介绍了基于频率干扰记录器的广域频率监测系统（frequency monitoring network，
15、FNET），其主站架构经过两代发展，早期采用分层垂直应用架构，但在大量数据处理时同样存在瓶颈；随后，研究人员以分布式架构为基础，结合开源相量平台OpenPDC与Spark大数据技术改进了架构10，保证了数据分析的高效性，但前置数据通信服务及实时处理环节都运行在同一个服务器内，造成前端压力过大，系统稳定性难以得到保证。随着SYMS系统规模的不断扩大，采用集中式架构的SYMS主站系统在数据的通信解析、在线应用等方面出现瓶颈。传统主站系统对集中式架构存在依赖性，系统性能提升主要依靠增加CPU、内存等方式，可扩展空间有限，已无法满足SYMS系统实时性与稳定性要求，亟需设计一个并发处理能力强、横向扩展能
16、力强的新型主站架构。分布式架构作为一种专门针对海量数据场景的有效解决方案，近年来在多个领域得到了广泛应用。其由部署在不同服务器上的多个节点组成，各节点之间相互通信、相互协同，以实现系统的高效处理。基于分布式文件系统HDFS11与并行处理MapRe-duce12技术开发的Hadoop架构13，在处理大规模数据时展现了其高可靠性与强大的可扩展能力，但其进行批处理的耗时较长，难以满足SYMS系统的实时性要求；区别于面向静态数据的批处理方式，以ApacheStorm14、Spark Streaming15为代表的流处理方式，能够处理不停流入系统数据，在进行数据分析时能更好地保障实时性。在实际运行中，通过分析系统运行特点设计合适架构，利用分布式计算技术实现主站内部业务的分化，利用集群技术针对单一业务优化性能，使新型电力系统大规模上传数据处理速度加快，将为SYMS主站可靠运行提供重要保障。本文设计了适用于SYMS主站的分布式架构，研究了基于开源相量数据集中器（open source phasordata concentrator，OpenPDC）的多源异类数据实时处理方法，实现了同步相量数据的实时