王 慶

（上海電力通信有限公司，上海 200025）

隨著我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷結(jié)構(gòu)的變化，客戶大多向高可靠性、優(yōu)質(zhì)供電需求方面轉(zhuǎn)變，尤其是智能電網(wǎng)的推廣應(yīng)用，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量已成為保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行和滿足客戶要求的迫切需要。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要多方面的數(shù)據(jù)來充實(shí)和完善自身的建設(shè)。目前，國(guó)內(nèi)外電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要通過專用電能質(zhì)量采集設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，尚未關(guān)注其他非專用電能質(zhì)量設(shè)備中包含的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)無法共享，從而形成“信息孤島”，造成數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)。本文結(jié)合上海電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，探討一種從智能電表系統(tǒng)獲得電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)方案。

1 電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

上海市電力公司研發(fā)的電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PQMS），目前擁有301個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心通過安裝在變電站的專用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，直接獲得電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。但是，由于專用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備成本高等原因，只有5%～15%的線路安裝了專用監(jiān)測(cè)設(shè)備。

近幾年來，上海電網(wǎng)大力建設(shè)覆蓋配電網(wǎng)的智能電表系統(tǒng)，給電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的拓展和完善帶來了生機(jī)。智能電表安裝在變電站中，主要收取線路的電能量數(shù)據(jù)。雖然智能電表系統(tǒng)并非專門為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，但內(nèi)含電壓、電流、功率和諧波等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，可供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)享用。因此，智能電表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，可使電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍得以擴(kuò)充，而電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以調(diào)用智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)所提供的對(duì)外數(shù)據(jù)接口獲得所需電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。

2 接口系統(tǒng)的構(gòu)建

從上海智慧大都市的電網(wǎng)電能質(zhì)量管理角度出發(fā)，按照國(guó)家電網(wǎng)建成“縱向貫通、橫向集成”的一體化企業(yè)級(jí)信息集成平臺(tái)的規(guī)劃，對(duì)接口系統(tǒng)進(jìn)行了整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過分析業(yè)務(wù)特點(diǎn)、智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)信息流量與電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系，設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)。接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 接口系統(tǒng)構(gòu)建圖

由圖1可看出，接口系統(tǒng)包括電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連的智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)，出于對(duì)安全的考慮，兩個(gè)系統(tǒng)必須通過防火墻相連，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器不能直接與其他系統(tǒng)相連。

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和接口服務(wù)器；其中數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與接口服務(wù)器相連，用于存儲(chǔ)PQMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器相連，用于存放智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)器還對(duì)外提供數(shù)據(jù)接口，通過數(shù)據(jù)接口向其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。接口服務(wù)器通過智能電表平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器接口獲得智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)所需PQMS的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到PQMS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。

3 接口系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 開發(fā)工具

當(dāng)前流行的客戶機(jī)／服務(wù)器模式工具有微軟的Microsoft Visual Studio系列、Borland Delphi／C＋＋Builder和IBM Visual Age系列；在可視化方面，Borland Delphi／C＋＋Builder上和 Microsoft Visual Studio類似，但前者穩(wěn)定性不如后者；IBM Visual Age系列的穩(wěn)定性很好，但是可視化編程表現(xiàn)不佳；Microsoft Visual Studio在可視化、穩(wěn)定性以及文檔的豐富性都具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)當(dāng)前流行的客戶機(jī)／服務(wù)器模式應(yīng)用軟件具有較好的支持，因此接口系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2010作為系統(tǒng)開發(fā)工具。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)

目前主流的大型數(shù)據(jù)庫(kù)有IBM的DB2、Microsoft的SQL Server、Oracle的Oracle等，系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，主要基于以下幾個(gè)原因：

1）公司在多個(gè)項(xiàng)目均部署Oracle服務(wù)器，性能良好，在海量數(shù)據(jù)處理時(shí)具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2）相對(duì)于DB2，開發(fā)人員對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)熟悉度較高，降低了開發(fā)難度。

3）在操作系統(tǒng)方面，Oracle可以跨平臺(tái)，而SQL Server只能在 Windows平臺(tái)上中運(yùn)行，難以做到跨系統(tǒng)操作。

4）Oracle具有最高認(rèn)證級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)的安全認(rèn)證，SQL Server沒有安全認(rèn)證。

為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障，產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)庫(kù)必須制訂備份方案，系統(tǒng)在空閑時(shí)進(jìn)行完全備份，系統(tǒng)繁忙時(shí)進(jìn)行差異備份，由于數(shù)據(jù)比較重要，備份文件必須保存到多種介質(zhì)和多個(gè)地點(diǎn)。備份硬件除了采用磁盤陣列外，還有1臺(tái)虛擬磁帶庫(kù)，備份硬件放置到不同地點(diǎn)。

3.3 數(shù)據(jù)接口

智能電表系統(tǒng)提供3種對(duì)外接口規(guī)范，分別為COM接口規(guī)范、UIB總線服務(wù)接口規(guī)范和API接口規(guī)范。

1）COM接口規(guī)范讀取數(shù)據(jù)速度一般，在Windows下能夠提供對(duì)各種軟件的支持。

2）UIB總線服務(wù)接口規(guī)范讀取數(shù)據(jù)速度慢，能夠提供跨平臺(tái)的支持。

3）API接口規(guī)范讀取速度最快，但只提供C＋＋語言的支持。

由于本方案的操作系統(tǒng)選定為Windows Server 2003，無需考慮其他平臺(tái)，而且對(duì)速度有一定的要求，同時(shí)系統(tǒng)開發(fā)牽涉多種語言工具，所以接口系統(tǒng)選用COM接口規(guī)范。數(shù)據(jù)模塊用于建立連接并注冊(cè)智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過COM接口建立與智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)的連接，發(fā)送注冊(cè)信息，設(shè)置客戶信息。

3.4 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊的主要功能為讀取、更新所需智能電表平臺(tái)中的電站、線路等基礎(chǔ)信息及各線路測(cè)量的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。首先初始化系統(tǒng)，獲得預(yù)設(shè)系統(tǒng)參數(shù)信息，根據(jù)智能電表提供的對(duì)外數(shù)據(jù)服務(wù)中的接口建立與智能電表數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的連接，發(fā)送請(qǐng)求，獲得智能電表系統(tǒng)中電站的編號(hào)、電站名稱、所屬單位、電壓等級(jí)、地址、行政區(qū)域等信息，線路的編號(hào)、類型、名稱、所屬電站、電壓等級(jí)、型號(hào)、額定容量、額定電壓、設(shè)備位置、電壓互感器、電流互感器等信息，這些信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后用獲得的線路編號(hào)集作為參數(shù)發(fā)送給智能電表系統(tǒng)，獲取所需線路的三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、諧波、頻率等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

IEEE P1159.3／D9中為電能質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸制定了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，即PQDIF國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)，PQDIF采用平面文件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一組相關(guān)的記錄組成，每個(gè)記錄又由一組元素組成，這些元素從物理層和邏輯層定義該記錄內(nèi)容［1］。PQDIF作為一種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，有利于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，因此上海電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)亦采用PQDIF標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊依照PQDIF結(jié)構(gòu)定義，提取從數(shù)據(jù)管理模塊中獲得的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，封裝成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式信息。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)把PQDIF文件作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源，讀取文件中包含的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4 構(gòu)建接口系統(tǒng)需要解決的問題

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新 電能質(zhì)量系統(tǒng)包含的電站、線路等基礎(chǔ)信息來源于智能電表系統(tǒng)，二者的信息應(yīng)當(dāng)完全一致，智能電表設(shè)備會(huì)不定期的發(fā)生變化，因此基礎(chǔ)信息更新不能采用人工方式，而采用定時(shí)自動(dòng)更新的方式，當(dāng)增加新的智能電表設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)收取新設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

2）系統(tǒng)的擴(kuò)展性 由于電力公司線路不斷在增加，智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)類型也會(huì)隨之增加，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性，每個(gè)接口服務(wù)器具有唯一的ID號(hào)，當(dāng)接口服務(wù)器收取數(shù)據(jù)時(shí)間過長(zhǎng)，無法滿足性能時(shí)，只需增加一臺(tái)新的接口服務(wù)器，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)現(xiàn)有的ID號(hào)進(jìn)行資源調(diào)整，平衡系統(tǒng)負(fù)荷。系統(tǒng)建立一個(gè)數(shù)據(jù)類型表，當(dāng)智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)增加新的數(shù)據(jù)類型時(shí)，數(shù)據(jù)類型表相應(yīng)增加該數(shù)據(jù)類型。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及共享 不同系統(tǒng)均采用自定義格式，系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不兼容是產(chǎn)生“信息孤島”的原因，智能電表系統(tǒng)雖然對(duì)外提供了數(shù)據(jù)接口，但該數(shù)據(jù)接口仍屬系統(tǒng)自定義格式，每個(gè)需要獲得智能電表系統(tǒng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)都要為此接口單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)接口軟件。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊把接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的通用電能質(zhì)量數(shù)據(jù)格式（PQDIF規(guī)范），數(shù)據(jù)導(dǎo)入PQMS數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)該數(shù)據(jù)也對(duì)外開放，任何符合PQDIF規(guī)范的系統(tǒng)均可以讀取數(shù)據(jù)。采用PQDIF規(guī)范，廢除點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，這也是消除“信息孤島”的關(guān)鍵。

4）系統(tǒng)的安全性 系統(tǒng)必須遵循電力信息系統(tǒng)常規(guī)安全內(nèi)容。另外，系統(tǒng)不能影響電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能電表系統(tǒng)正常運(yùn)行，因此本系統(tǒng)采用獨(dú)立的PQMS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，必要時(shí)可建立數(shù)據(jù)庫(kù)集群，與PQMS原有的主數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分開；對(duì)智能電表系統(tǒng)只進(jìn)行讀操作，不進(jìn)行寫操作，從而最大程度減少了對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的影響。

5 接口系統(tǒng)的運(yùn)行

系統(tǒng)運(yùn)行初期的問題表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

1）CPU和內(nèi)存負(fù)載很低，但系統(tǒng)收取數(shù)據(jù)速度較慢。解決方法是采用多線程的方式提高資源使用效率，但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，智能電表系統(tǒng)提供的接口只支持單線程方式，無法使用多線程。因此本系統(tǒng)采用多進(jìn)程的方式，每個(gè)進(jìn)程運(yùn)行一個(gè)線程收取數(shù)據(jù)，大大加快了收取數(shù)據(jù)速度。

2）接口服務(wù)器頻繁收取數(shù)據(jù)，對(duì)智能電表系統(tǒng)產(chǎn)生一定負(fù)荷，影響智能電表系統(tǒng)操作人員的正常運(yùn)維。

由于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)電網(wǎng)各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，允許數(shù)據(jù)滯后24～48h，因此系統(tǒng)調(diào)整只在非工作時(shí)間收取數(shù)據(jù)，工作時(shí)間接口服務(wù)器進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而降低了對(duì)智能電表系統(tǒng)運(yùn)維人員的影響。目前，系統(tǒng)已成功上線，至今已有一年多，運(yùn)行穩(wěn)定。

6 結(jié)語

智能電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，需要數(shù)量龐大的監(jiān)測(cè)設(shè)備，海量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)，因此，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)必須是一個(gè)完善的、可擴(kuò)充的、標(biāo)準(zhǔn)的信息平臺(tái)，真實(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電能質(zhì)量。通過其他系統(tǒng)獲得電能質(zhì)量數(shù)據(jù)借以發(fā)展自身的規(guī)模和水平是一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)。而該系統(tǒng)將智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)中的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中，利用電網(wǎng)原有的非電能質(zhì)量信息網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)了智能電表數(shù)據(jù)平臺(tái)與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的無縫連接，成功解決了國(guó)內(nèi)外電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)的“信息孤島”問題，擴(kuò)大了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的幅度和范圍，節(jié)省投資，滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)督管理的要求，同時(shí)，該系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)也可推廣到其他系統(tǒng)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取。

［1］IEEE Std 1159.3D.Recommened Practice for the Transfer of Power Quality Data［S］.