1 引言
電力監控系統是對分布距離遠，生產單位分散的生產系統的一種數據 采集、監視和控制系統。
經過20多年的發展，已經從集中式的檢測系統，發展成為了開放、分布式的系統。隨著系統功能的不斷增多、應用領域的不斷拓寬和系統規模的不斷增大，電力監控系統對其支撐平臺和開發環境的要求也越來越高。特別是隨著通訊技術和數據庫技術的迅猛發展，給電力監控系統的發展和進步也帶來了很大的促進作用。本文通過對現有電力監控技術的分析，指出其不足，并利用分布式實時數據庫技術，采用新的架構，對其進行了改進。
2 分布式實時數據庫監控系統
2.1 實時數據庫的體系結構
實時數據庫首先是一個數據庫管理系統，它有一般dbms的基本功能，即：永久數據管理包括數據庫的定義、存儲和維護等；有效的數據存取包括各種數據庫操作、查詢處理、存取方法和完整性檢查；任務的調度與并發控制；存取控制和安全性檢查；數據庫恢復機制，增強數據庫的可靠性。
圖1 實時數據庫結構
實時數據庫管理系統的首要設計目標是滿足事務的實時性和高效性，因而實時數據庫是傳統數據庫與實時處理兩者功能特性的無縫集成。圖1說明了應用程序和實時數據庫的關系。由于實時數據庫都駐留在計算機內存中，而非磁盤，高速的內存讀存取，可以發揮實時數據庫的特點。
內存數據庫是實時數據庫的核心之一，它包括數據庫數據模型、數據操作、實時資源管理和網絡通信等模塊。傳統的數據庫是一種磁盤數據庫，對于事務的處理牽涉磁盤i/o、內外存的數據傳遞、緩沖區管理、排隊等待以及鎖的延遲等方面，使得事務的平均執行時間不可估計，不能達到實時事務的高效和可預知的要求。為此，引入了內存數據庫，使得數據庫的主要工作部分放入內存，使每個實時事務執行過程中避免了磁盤i/o，減少了不確定因素提高了執行效率。
2.2 系統硬件結構
圖2 分布式數據庫電力監控系統網絡
如圖2所示網絡結構，通過在rtu和網絡的各個節點上安裝實時分布式數據庫，組建電力監控系統。這一系統模型的關鍵是數據域和廣播的通訊方式。rtu本身采用嵌入式數據庫技術設計，系統中的每個單元都主動地向網絡廣播其內部處理信息同時根據各自的需求從網上接收信息。各臺設備相互之間沒有直接的耦合關系， 不存在瓶頸的問題 。使得系統具有很好的擴展性和容錯能力，簡化了結構又提高了可靠性。
圖3 傳統的電力監控系統網絡
從圖3 可以看出，原有的電力監控系統由: 前置網、后臺實時網組成。前置機和現場rtu都連接在實時數據網上。歷史服務器、web服務器、操作員站、工程師站共用一個后臺高速以太網。
兩臺互為熱備用的前置機掛在前置網上，構成前置數據采集系統，負責與遠方rtu通信，進行規約轉換，并直接掛接在實時雙網上，與后臺系統進行通信。
實時網組成后臺系統，負責與前置數據采集系統通信，完成電力監控的后臺應用。
商用關系數據庫系統(oracle或sybase)安裝在服務器上，采用多客戶/(主、備)服務器模式，數據庫服務器節點由一主一備結構構成，以提高系統數據的安全性和可靠性。電力監控的歷史數據庫和系統參數數據庫使用商用數據庫。為滿足實時性的要求，在前置機上安裝實時數據庫。利用實時庫的快速反應性能，對實時數據進行處理。
可以看出原有的，傳統的電力監控系統結構，是實時數據庫、商用數據庫之間相互結合，通過軟件數據總線實現數據聯結。可以滿足監控系統的技術要求。但其也有缺點，比如系統的可靠性，太多的倚賴服務器的可靠性，冗余度不高，影響了系統的可靠性；硬件需要采用國際知名品牌的服務器、工作站，軟件采用昂貴的商用數據庫，成本過高。
2.3 分布式數據庫電力監控系統系統特點
通過對比傳統的監控系統結構和利用了分布式數據庫技術的監控系統，可以發現，分布式數據庫電力監控系統具有以下的優點：
(1) 所有的設備都掛在一個網上，簡化了網絡結構，提高了可靠性。
(2) 取消了專用的前置機， 消除了系統瓶頸，各臺計算機根據各自需要從實時網上獲取自身需要的數據。
原先的雙冗余前置機配置，雖說可以提高冗余度和可靠性，但分散度不夠，系統還是在此有瓶頸。 新的系統結構可以完全消除這種風險。
(3) 對于歷史數據服務器， 改進了原有的雙機熱備冗余配置。 網絡上的每臺機器可以按照優先級，將其配置為歷史服務器，
正常情況下由一臺機器進行歷史數據記錄，在其故障的情況下，自動切換到下一個優先的機器上。可以進行多重冗余配置。
(4) 擴展靈活。 各臺機器不需要安裝商用數據庫的客戶端軟件，在增加新操作員站或對老的機器進行更新維護時，會更方便。
(5)降低了對運營，維護人員的要求。原有的c/s架構系統，由于采用了冗余軟件，商用大型數據庫等技術，因此系統的管理維護，需要由具有很深厚技術功底的人員才能夠勝任。采用分散數據庫技術后，因為系統的可靠性大幅提升，方便的在線擴展性，使得對系統維護人員的要求降低。
2.4 新架構在軌道交通電力監控系統中的應用
基于分散式數據庫技術的電力監控系統，系統功能更為分散，冗余度更好，可靠性更高。由于采用了對等式的體系結構，各節點之間是完全平等的，不再過分的倚賴服務器，可以說每個節點都是服務器，很好的達到了功能的分散，同時也分散了風險。而傳統系統的服務器一旦故障，整個系統將癱瘓。采用的預先定義優先級，可以保證系統的服務不因為某一臺機器的故障而中止，多級配置使得冗余度遠大于主備冗余系統。
這樣的結構，因為功能的分散和冗余度的提高，可采用一般的工控機，代替了專用的、昂貴的數據服務器，減少了硬件投資。每臺工控機都可以承擔服務器的角色，采集各個變電站上送的三遙信息，并能對降壓站和牽引站的電氣設備進行控制管理。減少高檔服務器和陣列的采購，能節省很大一筆硬件投資，并且還不影響整個系統的可靠性。
嵌入式數據庫的數據壓縮技術，使得數據的存儲容量要求減少，不需要再采用大型商用數據庫，減少了在數據庫軟件上的投入。
新的架構適用于新建的電力監控系統，便于統一規劃，采用新的rtu設備，新的網絡通訊技術。老的電力監控系統受通信系統的限制，很多的rtu采用的是串口通信，如果要接入新系統，需要對老rtu進行升級改造。
新建的地鐵線路，一般由電力監控系統自己進行光纖以太通訊環網的建設，滿足自己通訊的需要。高帶寬的以太網，可以很好的和新架構的電力監控系統相融合，滿足這種平等架構的網絡結構的要求。
控制中心側的設備和變電站側的設備都直接連在以太網上，是等同的節點，在hmi上的操作完全由軟件來進行權限安全管理。如果rtu采用windows操作系統的hmi，通過遠端操作軟件可以對rtu進行遠端的訪問管理，可以節省很多的人力成本。
綜合以上所述，采用新架構的電力監控系統，對于提高地鐵電力監控系統的可靠性，減少系統建設投入都具有現實的意義。
3 結束語
與網絡技術和通訊技術緊密結合的電力監控監控系統，通過采用新技術，提高系統的各項性能。以高可靠性，可維護性來贏得用戶的青睞。降低了系統的投資，減少系統的風險，同時又能提高系統的性能，滿足客戶的需求。