浙江工业大学学报
JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.49No.3 Jun.2021
第49卷第3期
2021年6月
肖勇1，周密1，钱斌】，周积峰2，刘海峰2
(1.南方电网科学研究院，广东广州5106632.烟台东方威思顿电气有限公司，山东烟台264001)
摘要：使用微服务架构对网级电能量数据平台进行改造升级，提高平台的业务扩展能力。智能电网建设的推进使得电网用户数和电力计量数据规模大幅增长，现有的单体式架构已经不足以支撑电能量数据平台的多业务扩展。采用微服务架构技术对平台进行升级改造，架构内各个服务根据并发量和负载率独立制定部署方案，从而实现高可用和负载均衡，同时降低平台各功能的耦合性。所提架构已在南方电网网级电能量数据平台中得到应用，长时间的稳定运行证明该架构可以提高平台运行稳定性及业务扩展能力。 关键词：高级量测体系；智能电网；微服务；计量自动化系统；电力计量
中图分类号:TP302.1文献标志码:A文章编号：1006-4303(2021)03-0258-08
Research on application of micro-service architecture
in grid-level electrical energy data platform
XIAO Yong,ZHOU Mi1,QIAN Bin1,ZHOU Jifeng2,LIU Haifeng2
(1.SouthernPowerGridResearchInstitute Guangzhou510663China 2.YanTaiDongFang Wisdom
ElectricsCo.Ltd.Yantai264001China)
Abstract:This paper uses micro-service architecture to reform the grid-level electrical energy data plaIformIo improveIhe capabiliIy of daIa processing and business applicaIion exIension.The advanee of smart grid construction has greatly increased the scale of grid user number and electricity metering data size.The existing single-mode architecture is no longer su f icient to support the multi-business extension of electrical energy data platform.The micro-service architecturetechnologyis used to upgrade and transform the platform.Each servicein the architecture is deployed independentl
y based its concurrent volume and load rate"thereby to achievehighavailabilityandloadbalance"meanwhiletoreducethecouplingofvariousfunctions ofthe platform.The architecture proposedin this paper has been appliedin the grid-level electricalenergy data platform of China Southern Power Grid.Thelong-term stablesystem runningprovesthatthisarchitecturecanimprovethestabilityofplatformandbusinessexpansion capabilities.
Keywords:advanced metering infrastructure；smart grid；micro-serviee；metering automation system；electricity metering
随着智能电表和低压集抄的覆盖面积越来越及数据密度随之增加(现有的电力计量系统已经不广，电网用户的规模和电力计量自动化系统数据项足以支撑未来的业务需求，需要对计量系统进行升
收稿日期：2020-06-29
基金项目：国家自然科学基金资助项目(1672451)南方电网公司科技项目(ZBKJXM20180157)
作者简介：肖勇(1979—)，男，湖南岳阳人，教授级高级工程师，博士，研究方向为电能计量技术、智能电网，E-mail：xiaoyong@csg。
3肖勇，等：微服务架构在网级电能量数据平台中的应用研究・259・
级改造，提高系统的业务扩展能力和运行稳定性。
目前，微服务架构在电力行业了初步应用。承林等工针电力交统制定出一【服务改造方案，经过实验，务在系统中的应用，系统的整体明，证明了务架构
统的稳定性；郭⑵在电力物联网平台建设中使用务构造分布式服务架构，拓展平台业务；周文琼等「辽一基于务架构的智电营业统设计方案，解决系统规模不断大的和扩展;⑷提出一种基于务架构技术的新一代调控系统服务编排技术，使用该技术不务的复用，还能简化系统应用的实现流程，的创新;「辽一新的调度自动化系统分布式实时数总体，使用务技术将数；取流程分解成几个小的服务，简化数取流程，提了系统的；「6+使用务架构对电统进行升级，成功解决电统中的数据交，实现了对电统的服务扩展；吕中梁等⑺EMS高级应用务Web架构，微服务应用的耦，实验表明采用此构的系统性能稳定&；徐「8+针对微务运行时的优化，提出一种基于MAPE 的自适应优化方法，效调务实例数量&统整体响应时间；「9+和沈国江等口0「一务可以发布API给其他务和端使用，用以解决单个应用固有的无法展、维护更新，帮助系统更快响应用户需求变化汀ohannes*11]务
于和伸缩、便于自我更新扩展等优势。因，笔者结务技术在电力行业的应用，各
务应用于方电网网级电能数平的业务应用层，满足平台在业务扩展等方面需求的同时提高平台稳定性。在微服务架构设计、服务划分、安全设计和技术等方面展开论述，通能、实分析等方式证明所构方案正确可行。
1计量自动化系统架构及应用现状分析
目前，国内外电力计量领域都在努力提升计量自动化系统建设。2006来电网建设智能电网为主，智能用电服务的建设助成员国用电需调整电量调度。2008法国电开始普及智能电表，计划在2020年达到80%的普及率。智能电表可以让用户通过网络、电话等方式自己的用电和电价信息，信息改变自己的用电习惯*12+（「国建成自己的第一个智能电网城，计划为家智能电表，帮助用电价信息，实现远程管理能，目国智能电能表的平约为23%
国内在早些年已经开始建设各省的电力计量系统，经过多统建设和改造，逐渐形成了一定规模的电力计量自动化系统。电力计量自动化系统在国家电网系统中为用电信息采集系统，同属于我国实施的智能电网项目「⑷。早期的计统一般规模用电数据的自动化采集、处理和分析，控管理、负荷管理和线损分析业务，主要由主站层、通信层和采集层组成。采集层负责通用的采集终端和智能电表采集用户的用电信息，通过通信层的网络数据信息传输统后端，最后数据信息应用站层的各业务应用中，系统架构如图1所示。
主
站
层
通
信
层
采
集
层
应
用
中
心
数
据
中
心
一
数
据
采
集
一
采
集
中
心
档
案
管
理
一
参
数
维
护
一
终
端
运
维
安
全
中
心
(
权
限
、
秘
钥
等
)
管
理
中
心
(
网
络
、
服
务
等
)
230M无线专网、无线公网、专线等
5H
采集终端（厂站终端、专变终端等）
电能表
图1电力计量自动化系统
Fig.1Electric power metering automation system
为了实现网电能数的集中采集、统一管理和统一应用，分发大数优势，方电网于2011年建成了网级电能量数据平台。平台早期采用单体式架构设计，在数层与广东、广西、省的电力计统建立数据接口，在数据平台层计统的电力数据进行采集、处理与，在数据分析层对数据进行。
数
・260・浙江工业大学学报49
据分析层筛选出质量合格的数据，供业务应用层的
业务使用。平台集成电&与分析、
电量统计分析等业务，架构如图2所示。
应用层系统
管理
模型
管理
电量
监测
数据
质量
管理
电子
化结
算
电量
统计
分析
荷
测
分
负
监
与
崭
智能
用电
业务
综合
分析
分
析
层
数据质量检查
数据服务管理
数据仓库
数据采集与处理
图2网级电能量数据平台
Fig.2Network-level electrical energy data platform
网级电能量数据平台虽然与各电力计量系统建立了数据接口，采集了海量的电力数据，但于平
台的单体式架构设计，平台的业务应用展，稳
定不，无法增加的需求。
，
平台的业务应用层需要升级改造，在业务展能力的行稳定性。
2电能量数据平台中的微服务
架构设
微服务架构是一种继承于面向服务架构(Service-oriented architecture,SOA)的轻量级架构模式，
有着便于应用扩展更新「11+、扌统稳定性「门等优
势。基于微服务在电力计量领域的应用与优势，笔结合计统的特点，设计务架构并应用于网级电能量数据平台的业务应用层。架构个服
务发量和定部署方案，从而实
现用和负载均衡*15+，完成前端应用通过微服务后端与实时交互的服务。
2.1微服务框架
微服务要由微服务业务应用模块、微服务能件&务件和微务成，如图3所示。
微服务业务应用
配置服务组件认证鉴权组件计费服务组件会话管理组件微
服
务
框
架
能
力
组
件
业
务
服
务
类
及
方
法
业
务
服
务
类
及
方
法
业
务
服
务
类
及
方
法
第三方及自定义组件
微服务运行框架
公电能量采集终端
共
服
务
访
问
组
件
数据库访问组件
Hbase访问组件
Kafka消息服务组件
Redis缓存访问组件
对象存取组件
内外网数据交换组件
服务监控组件微服务调用组件
Session微服务安全Token
图3微服务架构
Arch(tectureofm(cro-serv(ce
Fig.3
务业务应用集中电能量数据平台中的业务开发工作，务中的业务接，通的调用组件调用，保证了微务具体的业务实现。务能件模了配置服务、服务监控和管理件，共
平台中的务应用，同时开发人通接口更新业务应用。务件要与平台后端进行资源交互的组件，例如网数据交换组件&取组件等，通件上的接口
取后端的电能量数据资源，为应用能力。务件针对用户数
，使用Session和Token机用户端接：和服务器端应用安全。
2.2微服务划分
业务场景、调用、业务、数I 的结构、角功能和使用，平业务应用层划分为数据管理、监测中心、数据统计分析、辅助决策、综合展示和系统管理等9大功能模
第3期
肖 勇，等：微服务架构在网级电能量数据平台中的应用研究
・261・
块（详见4. 3节），作为平台的一级功能。
依据微应用拆分原则，完整单一的业务逻辑单 元拆分为独立微应用，将该单元定义为二级或二级 以下应用功能，例如“监测中心（一级）〉指标监测
（二级）”。同时业务应用包含的微应用数量是二级
应用功能的1/3到3倍，拆分过细导致维护困难、影 响性能，拆分过粗达不到解耦目的。因此，针对实际 应用中个别模块之间耦合度比较高，将其合并成一
个微应用；或某个模块过大，将其拆分为多个微 应用。
依据微服务拆分原则，业务完整、职责单一的应
用 能 分为 务 " 该 定 为
级或三级以下应用功能，例如“监测中心（一级）〉指
标监测（二级）〉终端运维（三级）〉终端在线率（四 级）''。业务应用包含的微服务数量是三级应用功能 的1/3到5倍，解耦并防止过度解耦。
每个一级功能由多个微应用相互协作共同实
现。微应用则依靠调用一个或多个相应的业务微服
务和公共微服务完成一次完整的业务流程。业务微
服务提供业务逻辑实现接口，公共微服务提供数据 支撑。由于文章篇幅原因，只展示部分微应用及微
服务的划分，如表1所示。
表1微服务划分
Table 1 Microservices division
编号
一■级功能
应 用
业务 务务
1
数据管理
省侧计量数据采集
基础数据省侧数据采集
省侧文件采集网级统计模型管理
监测中心
指标监测
电
指标计算
终端运维 停电时间计算
电工单管理
营销数据采集 系统档案
电型
电
终端在线率 负荷查询
省 采集 数
线损分析
3 数据统计分析
负荷分析
线 计算
线损报表
计算
行业负荷查询统案
线型
型
负荷查询
4 辅助决策
电 分析
开工率查询
行业特征查询
数数
2.3微服务微应用交互设计微服务与微应用的交互设计是最基础，同时也
是最重要的，规定了微应用与微服务之间的交互逻 辑，保证业务应用的稳定运行。其中，微服务业务应
用模块包含微服务调用组件、微服务接口等支持微
应用、微服务交互的核心组件。微应用/前端应用通 务 接 调 用一个 多个 务实现 应
业务 ， 务 通 务 调 用 件 调 用 （通过微应用和微服务的有序交互，完成平台众多业
务功能的实现，微服务、微应用之间的交互逻辑如图
4所示。
微应用/前端应用
微应用/前端应用
微应用/前端应用
I
1
1
1丨微服务接口 1微服务业务应用
1郃t 服务调用组件|]
J f
. ■ 1 t
微服务
微服务
:. 微服务
图4微服务微应用交互架构
Fig. 4 Interactive architecture of micro-services
and micro-applications
2.4微服务安全设计
笔者从用户端接入安全和服务器端应用安全两 个方面对微服务架构安全进行设计，如图5所示o
用户终端接入综合数据网，采用Session 机制对业
务应用/微应用发起访问。Session 保持用户会话状 态，暂时使用服务器对用户隐私数据进行封存，同时 保证可以根据应用标识正确识别、认证业务应用，因 此可以避免信息的泄露。为保证访问请求可以在多
台服务器上被处理，使用Redis 保存SessionId ，以
实现SessionId 的共享。在服务端使用Token 认证 机制，Token 可以是无状态的，能够在多个服务间共
享。会话建立之后在认证中心生成Token ，存储在
认证中心并返还给相应的微应用和外部应用。已获
Token 的 应 用 和
应 用 调 用 应 用 务
访问业务微服务。业务微服务对认证中心发起初次 访问，进行用户请求和外部应用响应的双向认证，确
保信息数据安全。认证通过后将请求调用结果逐级
给 用 端， 完 成一 请 调 用 （ ， 在 整 个用户终端调用外部应用的流程中，微应用和微服务间
使用Session 和Tken 机制可以保护用户数据安全。
・262・
浙江工业大学学报
第49卷
图5微服务安全设计架构
Fig. 5 Architecture of microservice security design
2.5业务应用架构设计 互，架构设计如图6所示。其中，业务微服务层是平
网级电能量数据平台业务应用层采用三层架 台的核心，前端应用通 务 后端 与实
构：前端应用、业务 务和后端 与实时消息交 交 务。
网级电能量数据中心
系统管理
供售电统计报表指标负荷趋势分析异常用电分析停电分析其他应用
I
I
内部接口服务组件层
指标监测 接口组件
电量分析 接口组件电力交易 接口组件负荷查询 接口组件用电异常分析 接口组件报警查询 接口组件
功率因数分析 接口组件配电运行分析 接口组件
会话管理 接口组件
能源分析 接口组件档案质量 接口组件
其他应用 接口组件
,1
--S
访玮式硕—
LjlDFS/Hbase^
U 二
金布式数据 匚驾存Redis
数据存储微服务网关(SpringCloud )
MySQL 关系库
k -----资源文件缓存逵
微服务应用集
后台应用
流程通知服务
实时计算服务
离线计算服务
电重分
析微服
损分析 微服务
其他服 务集
图6 业务应用层架构
Fig. 6 Architecture of business application layer
前端应用层基于前端展现框架实现与用户的交 的业务服务，不再访问数据源。业务微服务层实现
互功能，通过Restful 协议的方式调用 务
所有的业务逻辑，与 数据存储交互，进行数
：
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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