趙家慶，丁宏恩，李匯群，高宗和，錢科軍，張珂珩，葛以踴

（1.國網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；3.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061；4.江蘇瑞中數(shù)據(jù)股份有限公司，江蘇 南京 210003）

0 引言

智能電網(wǎng)對調(diào)度駕馭大電網(wǎng)的能力、進(jìn)行大范圍資源優(yōu)化配置的能力提出了新的要求，迫切需要開展智能調(diào)度的研究及建設(shè)[1-4]。為支持智能化的電網(wǎng)調(diào)度，國家電網(wǎng)公司啟動自主研發(fā)了具有國際領(lǐng)先水平的新一代智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（以下簡稱智能調(diào)控主站），全面提升了電網(wǎng)精益調(diào)度和智能調(diào)度的發(fā)展水平[5]。與傳統(tǒng)調(diào)控主站相比，智能調(diào)控主站的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：（1）加強(qiáng)對電網(wǎng)動態(tài)信息采集、處理及應(yīng)用，數(shù)據(jù)來源主要為廠站相量量測裝置（PMU）上送的相量量測；（2）加強(qiáng)電網(wǎng)暫態(tài)信息采集、處理及應(yīng)用，數(shù)據(jù)來源主要包括繼電保護(hù)子站、安全自動裝置、故障錄波裝置上送的信號或文件；（3）加強(qiáng)數(shù)據(jù)的可視化展示和共享發(fā)布，構(gòu)建了全景可視化展示平臺和分布式綜合數(shù)據(jù)共享平臺；（4）加強(qiáng)與智能變電站信息交互及應(yīng)用，數(shù)據(jù)來源主要包括智能變電站上送的設(shè)備監(jiān)測信息、告警信息、圖模信息、量測預(yù)辨識結(jié)果等[6-8]。

智能調(diào)控主站數(shù)據(jù)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，一是繼續(xù)提高電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量：（1）量測準(zhǔn)確性，個別量測數(shù)據(jù)采集誤差及傳輸錯誤，影響實(shí)時監(jiān)控及在線分析計(jì)算的精度；（2）量測完整性，個別量測數(shù)據(jù)無法獲取，影響量測的冗余度和系統(tǒng)的可觀測性；（3）量測及時性，部分量測數(shù)據(jù)上送時延長，影響在線應(yīng)用功能的實(shí)時性；（4）量測同步性，穩(wěn)態(tài)量測不帶時標(biāo)，不同途徑獲取的量測數(shù)據(jù)的時延差別較大，影響了實(shí)時分析的精度，也限制了對數(shù)據(jù)同時性要求較高應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)。二是大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的問題日益嚴(yán)峻：（1）存儲規(guī)模問題，量測采樣點(diǎn)數(shù)以百萬，年采樣數(shù)據(jù)存儲規(guī)模從GB 級到TB級；（2）處理效率問題，數(shù)據(jù)規(guī)模的增大帶來了數(shù)據(jù)存儲組織策略以及查詢檢索策略的復(fù)雜性；（3）時標(biāo)量測的存儲及展示問題，傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫無論是采樣周期采樣方式還是觸發(fā)式采樣方式都不易完成對時標(biāo)量測的連續(xù)存儲，內(nèi)存實(shí)時數(shù)據(jù)庫缺乏對時標(biāo)量測的描述，存放不便，圖形和曲線工具都缺乏對時標(biāo)量測的顯示支持。

近年來，通過PMU、時間序列數(shù)據(jù)庫及廣域測量系統(tǒng)（WAMS）的應(yīng)用實(shí)踐，時標(biāo)量測逐步成為了電網(wǎng)量測信息中不可缺少的重要組成部分。WAMS 針對電網(wǎng)動態(tài)時標(biāo)量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了不少成果，能夠精細(xì)展示電網(wǎng)動態(tài)行為和捕捉電網(wǎng)動態(tài)異常，實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)視和分析[9-11]。針對上述數(shù)據(jù)系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，結(jié)合上述智能調(diào)控主站數(shù)據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文在WAMS 引入和應(yīng)用電網(wǎng)動態(tài)時標(biāo)量測的基礎(chǔ)上，引入電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測的概念，提出智能調(diào)控主站應(yīng)用時標(biāo)量測的關(guān)鍵技術(shù)方案，在智能調(diào)控主站應(yīng)用時間序列數(shù)據(jù)庫、動態(tài)時標(biāo)量測和穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確而全面地描述電網(wǎng)運(yùn)行信息，深化更多基于時標(biāo)量測的上層應(yīng)用功能。最后在蘇州地區(qū)和江蘇省級智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)等試點(diǎn)工程中開展了成果的應(yīng)用實(shí)踐。

1 體系架構(gòu)

1.1 穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測與時間序列數(shù)據(jù)庫

傳統(tǒng)調(diào)控主站接收到的廠站上送的穩(wěn)態(tài)量測數(shù)據(jù)不帶時標(biāo)，量測非同步和量測數(shù)據(jù)傳輸延時始終是數(shù)據(jù)誤差的主要來源。所謂穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測，就是加入時標(biāo)信息的電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)量測數(shù)據(jù)。在智能調(diào)控主站數(shù)據(jù)系統(tǒng)中引入穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測將對傳統(tǒng)調(diào)控主站穩(wěn)態(tài)量測無時標(biāo)的方式進(jìn)行改進(jìn)，便于實(shí)現(xiàn)針對量測準(zhǔn)確性、及時性和同步性的各種監(jiān)視，提高電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量，使智能調(diào)控主站能獲取具有統(tǒng)一時標(biāo)的電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)量測數(shù)據(jù)，能為電力系統(tǒng)計(jì)算、分析提供嚴(yán)格意義上的統(tǒng)一斷面數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更多對數(shù)據(jù)同時性要求較高的應(yīng)用功能。

時間序列數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)具有時序特征，提供專門針對電網(wǎng)時標(biāo)量測的存儲組織，解決時標(biāo)量測的存儲及展示問題；先進(jìn)的壓縮算法，支持較高的數(shù)據(jù)壓縮比，大大縮減磁盤占有空間，能夠應(yīng)對海量規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲；高效的檢索策略，寫入和查詢檢索速度非?？臁?/p>

總之，可用于存儲大規(guī)模時標(biāo)量測的時間序列數(shù)據(jù)庫能夠應(yīng)對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的問題，適應(yīng)電力系統(tǒng)特點(diǎn)和滿足智能調(diào)控主站的實(shí)際需求。以下將基于穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測的概念，充分利用時間序列數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時間序列數(shù)據(jù)庫及時標(biāo)量測在智能調(diào)控主站的應(yīng)用方案。

0.1 1.2 應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

從硬件結(jié)構(gòu)上看，在智能調(diào)控主站分布的3 個安全區(qū)中，由于時間序列數(shù)據(jù)庫可以運(yùn)行在主流的各種硬件和操作系統(tǒng)平臺上，滿足跨平臺特性，可在安全I(xiàn) 區(qū)和III 區(qū)分別新增2 臺時標(biāo)量測應(yīng)用服務(wù)器、2 臺時間序列數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和1 套磁盤陣列，其中，2 臺時間序列數(shù)據(jù)庫服務(wù)器共享1 套磁盤陣列，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以通過光纖存儲交換機(jī)與磁盤陣列進(jìn)行連接。

從軟件結(jié)構(gòu)上看，引入時間序列數(shù)據(jù)庫及時標(biāo)量測的智能調(diào)控主站的核心部分為4 個方面，如圖1所示。（1）集成國產(chǎn)時間序列庫的統(tǒng)一支撐平臺：新增時間序列數(shù)據(jù)庫管理、時序數(shù)據(jù)采樣、時序數(shù)據(jù)提交、時序數(shù)據(jù)查詢、時序數(shù)據(jù)顯示、時序數(shù)據(jù)WEB 發(fā)布和時序數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)應(yīng)用等服務(wù)；（2）支持時標(biāo)量測的基本應(yīng)用：著重實(shí)現(xiàn)支持時標(biāo)量測的前置采集（FES）、實(shí)時動態(tài)監(jiān)控和實(shí)時穩(wěn)態(tài)監(jiān)控（SCADA）等應(yīng)用；（3）引入時標(biāo)量測的高級應(yīng)用：在移植WAMS 傳統(tǒng)應(yīng)用功能的基礎(chǔ)上，新增基于時標(biāo)量測的狀態(tài)估計(jì)、基于時標(biāo)量測實(shí)時預(yù)警等應(yīng)用；（4）基于時間序列數(shù)據(jù)庫的開放式綜合數(shù)據(jù)平臺：智能調(diào)控主站安全I(xiàn)II 區(qū)引入時間序列數(shù)據(jù)庫，為電力企業(yè)調(diào)度自動化、配電自動化、負(fù)荷監(jiān)控、電能量、設(shè)備在線監(jiān)測等實(shí)時技術(shù)支持系統(tǒng)搭建一個綜合數(shù)據(jù)平臺。

圖1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)Fig.1 Software architecture

下面將詳述上述方案細(xì)節(jié)，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)，側(cè)重增加或改進(jìn)的內(nèi)容，相對成熟的智能調(diào)控主站支撐平臺架構(gòu)、基本應(yīng)用功能和WAMS 實(shí)時動態(tài)監(jiān)控等傳統(tǒng)應(yīng)用功能將不再贅述。

2 集成時間序列數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一支撐平臺

2.1 采用時序數(shù)據(jù)庫集群冗余備份技術(shù)的時間序列數(shù)據(jù)庫的集成

基于面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）形式設(shè)計(jì)了集成時間序列庫的智能調(diào)控主站統(tǒng)一支撐平臺的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中主要增加了時間序列數(shù)據(jù)庫管理及時序數(shù)據(jù)的采樣、統(tǒng)計(jì)、查詢、顯示、WEB 發(fā)布、二次開發(fā)API 等服務(wù)，使之支持時間序列數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和內(nèi)存實(shí)時數(shù)據(jù)庫的混合存儲環(huán)境。數(shù)據(jù)存儲方面，關(guān)系數(shù)據(jù)庫用來存儲電網(wǎng)模型以及靜態(tài)參數(shù)，并通過下裝初始化內(nèi)存實(shí)時庫以滿足應(yīng)用對電網(wǎng)模型和靜態(tài)參數(shù)的高速訪問。時間序列數(shù)據(jù)庫具有較高的壓縮存儲、快速檢索性能和帶有時標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠基于變化即采樣的方式對電網(wǎng)海量、頻繁變化的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，完整記錄電網(wǎng)的運(yùn)行軌跡，是對系統(tǒng)中關(guān)系數(shù)據(jù)庫按周期存儲采樣數(shù)據(jù)方式的重要補(bǔ)充。

圖2 統(tǒng)一支撐平臺的軟件體系結(jié)構(gòu)Fig.2 Architecture of support platform

大型智能調(diào)度主站需要海量測點(diǎn)/計(jì)算點(diǎn)采樣處理的能力，而單臺時序數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的處理能力是有限的，這就需要通過時序數(shù)據(jù)庫集群的方式解決海量數(shù)據(jù)采樣的問題。海量采樣數(shù)據(jù)可以分為多個采樣數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)集的采樣數(shù)據(jù)存入對應(yīng)的時序數(shù)據(jù)庫，多個時序數(shù)據(jù)庫無交集地覆蓋所有采樣點(diǎn)，通過時序數(shù)據(jù)庫集群形成一個邏輯可擴(kuò)展的時序數(shù)據(jù)庫池，滿足任意數(shù)據(jù)規(guī)模調(diào)度系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)存儲需要。在橫向上，時序數(shù)據(jù)庫以2 個集群的形式出現(xiàn)；在縱向上，2 個時序數(shù)據(jù)庫集群的對應(yīng)單庫存放內(nèi)容完全一致，互為備用。集群的冗余互備是動態(tài)的，譬如第一個集群的時序數(shù)據(jù)庫1 故障，第二個集群的時序數(shù)據(jù)庫2 故障，系統(tǒng)會將第二個集群的時序數(shù)據(jù)庫1 和第一個集群的時序數(shù)據(jù)庫2、時序數(shù)據(jù)庫3、…、時序數(shù)據(jù)庫n組成一個新的可用時序數(shù)據(jù)庫集群，從而保證了時序數(shù)據(jù)庫集群最大程度的可用性，應(yīng)用感知不到時序數(shù)據(jù)庫集群的單點(diǎn)故障及交叉故障。

應(yīng)用支持方面，避免上層應(yīng)用對時間序列數(shù)據(jù)庫的直接訪問，而是通過統(tǒng)一封裝的虛擬數(shù)據(jù)訪問中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)對時間序列數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一訪問和統(tǒng)一處理，在保證功能完善的基礎(chǔ)上，盡量減少改動，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。重點(diǎn)利用時間序列數(shù)據(jù)庫大規(guī)范數(shù)據(jù)存儲查詢效率高和變化即存功能的特性，實(shí)現(xiàn)其對電網(wǎng)全息歷史運(yùn)行信息的保存，并為典型應(yīng)用提供支持。

2.2 數(shù)據(jù)提交兩級緩存技術(shù)和數(shù)據(jù)流的改變

穩(wěn)態(tài)量測帶時標(biāo)信息后，智能調(diào)控主站需要相應(yīng)改進(jìn)以充分利用時標(biāo)量測。統(tǒng)一支撐平臺的數(shù)據(jù)流中增加對時標(biāo)信息的處理，實(shí)現(xiàn)時標(biāo)量測數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲和同時間斷面獲取等環(huán)節(jié)，在不影響智能調(diào)控主站原有數(shù)據(jù)處理邏輯的情況下，實(shí)現(xiàn)解析和處理帶有時標(biāo)的量測數(shù)據(jù)，并變化即存入時間序列數(shù)據(jù)庫，充分保證量測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性和同步性，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)的全息存儲，并提供同一時刻精準(zhǔn)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)斷面，可以方便地關(guān)聯(lián)同一時刻的電網(wǎng)模型和電網(wǎng)圖形，為實(shí)現(xiàn)其他基于時標(biāo)量測的應(yīng)用功能提供基礎(chǔ)條件。

數(shù)據(jù)提交服務(wù)使用共享內(nèi)存隊(duì)列與文件緩存相結(jié)合的兩級緩存機(jī)制，既能解決時序數(shù)據(jù)庫高效提交的問題，還可保證異常情況下歷史數(shù)據(jù)保存的可靠性。正常情況下，時序數(shù)據(jù)庫提交線程會及時提交內(nèi)存隊(duì)列緩存中的請求，并清空內(nèi)存已提交緩存隊(duì)列，不會有信息寫入文件緩存。但是當(dāng)出現(xiàn)異常情況時（譬如時序數(shù)據(jù)庫故障），已用內(nèi)存隊(duì)列緩存長度超過閾值后，內(nèi)存轉(zhuǎn)儲線程將把內(nèi)存隊(duì)列緩存的信息寫入文件緩存；當(dāng)異常情況處理后，時序數(shù)據(jù)庫提交線程將優(yōu)先提交文件緩存的采樣數(shù)據(jù)，然后提交內(nèi)存隊(duì)列緩存的數(shù)據(jù)。

0.2 2.3 采用關(guān)鍵字/標(biāo)簽映射技術(shù)的時標(biāo)量測的定義、查詢和展示

智能調(diào)控主站用關(guān)鍵字表征數(shù)據(jù)點(diǎn)，時序數(shù)據(jù)庫通過標(biāo)簽號來表征，因而需要一種調(diào)控主站與時序數(shù)據(jù)庫采樣點(diǎn)的映射方式，如圖3所示。

圖3 標(biāo)簽定義過程Fig.3 The process of tag definition

一些時序數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽號是調(diào)度主站可以直接生成的（如eDNA、Highsoon），對于這種時序數(shù)據(jù)庫，直接由調(diào)度主站按照一定的策略生成不重復(fù)的標(biāo)簽號，生成后直接通知時序數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽定義過程，標(biāo)簽定義過程在時序數(shù)據(jù)庫中記錄這個已定義的標(biāo)簽號。其他一些時序數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽號是時序數(shù)據(jù)庫內(nèi)部生成的（如PI），譬如主備兩個PI 時序數(shù)據(jù)庫，對應(yīng)同一個采樣點(diǎn)的標(biāo)簽號可能都不一樣。這就需要先借助數(shù)據(jù)服務(wù)端的標(biāo)簽定義服務(wù)產(chǎn)生一個唯一且主備庫一致的標(biāo)簽名作為橋梁，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵字到標(biāo)簽名的映射，標(biāo)簽定義服務(wù)將標(biāo)簽名告訴時序數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽定義過程，時序數(shù)據(jù)庫根據(jù)標(biāo)簽名產(chǎn)生內(nèi)部的采樣定義點(diǎn)和標(biāo)簽號?？蛻舳丝梢酝ㄟ^標(biāo)簽定義服務(wù)向時序數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽定義過程通過標(biāo)簽名取得時序數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標(biāo)簽號。

集成時間序列數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一支撐平臺中增加了針對時序數(shù)據(jù)的采樣定義、數(shù)據(jù)提交、數(shù)據(jù)查詢等訪問服務(wù)。與之對應(yīng)，調(diào)用這些訪問服務(wù)，實(shí)現(xiàn)時標(biāo)量測的定義、查詢和展示等模塊。（1）采樣定義管理：為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)遙信、遙測、保護(hù)信號的變化即采樣，通過采樣定義服務(wù)訪問時間序列數(shù)據(jù)庫，完成時標(biāo)量測數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)在時間序列數(shù)據(jù)庫中的采樣定義；（2）采樣數(shù)據(jù)查詢：通過采樣數(shù)據(jù)查詢服務(wù)訪問時間序列數(shù)據(jù)庫，完成向時間序列數(shù)據(jù)庫的時標(biāo)量測數(shù)據(jù)的獲取，并通過列表和曲線的方式展現(xiàn)出來；（3）曲線展示：基于時間序列數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)實(shí)現(xiàn)時標(biāo)量測曲線展示及修改，能夠提供秒級步長查詢、曲線拖拽修改和極值顯示等功能；（4）精準(zhǔn)數(shù)據(jù)斷面提供：時間序列數(shù)據(jù)庫存儲電網(wǎng)帶有時標(biāo)的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)，能夠滿足大規(guī)模電力信息存儲需求，基于時間序列數(shù)據(jù)庫能夠?yàn)槠渌麘?yīng)用提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)斷面，為實(shí)現(xiàn)精益化調(diào)度功能提供支持。

3 支持時標(biāo)量測的實(shí)時監(jiān)控

3.1 基于時標(biāo)量測的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

在傳統(tǒng)調(diào)控主站中，歷史數(shù)據(jù)存儲采用周期存儲方式，存放在內(nèi)存實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時數(shù)據(jù)，按照1～5 min 的周期采樣寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，難以真實(shí)記錄和回溯電網(wǎng)歷史狀態(tài)。以公式計(jì)算電網(wǎng)負(fù)荷總加為例，常規(guī)方式計(jì)算出的總加值并不能變化即存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，通常由曲線顯示的每日總加最大值并不一定是真實(shí)的最大值；其次參與公式計(jì)算的各分量數(shù)據(jù)均來自內(nèi)存實(shí)時數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)未必都存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一旦回溯到該時刻，再取各分量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果將與關(guān)系數(shù)據(jù)庫所存計(jì)算結(jié)果不一致。

而支持時標(biāo)量測的實(shí)時監(jiān)控應(yīng)用能夠基于全息時標(biāo)量測來進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，不但可以準(zhǔn)確捕捉和統(tǒng)計(jì)到任意時刻的實(shí)時計(jì)算值，而且可以很方便地回溯到任意歷史時刻進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的回溯分析，與原存儲計(jì)算結(jié)果進(jìn)行同步對比，驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確性、一致性，目前主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：（1）基于時標(biāo)量測的系統(tǒng)總加計(jì)算，在進(jìn)行系統(tǒng)總加計(jì)算時。各分量可以有統(tǒng)一的時間參考基準(zhǔn)，提供基于統(tǒng)一時標(biāo)的更為準(zhǔn)確的電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并對可疑計(jì)算分量快速定位和分析。（2）基于時標(biāo)量測的精準(zhǔn)積分電量計(jì)算?；陔娏筷P(guān)口變化即存的全息時標(biāo)量測，借助更加真實(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用常規(guī)積分算法進(jìn)行的電量計(jì)算顯然更加精準(zhǔn)。（3）基于時標(biāo)量測的在線網(wǎng)損計(jì)算。之前由于線路兩端的量測時間基準(zhǔn)無法統(tǒng)一，無法在線完成線路實(shí)時網(wǎng)損的計(jì)算，而時標(biāo)量測的引入為此創(chuàng)造了條件。（4）基于時標(biāo)量測的極值統(tǒng)計(jì)分析。完成對任意測點(diǎn)歷史任意時間段的極值統(tǒng)計(jì)，由于時間序列數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)是電網(wǎng)運(yùn)行的全息數(shù)據(jù)，分析結(jié)果的時間精確到了秒級，相對于原先的分鐘級，極值的精度和真實(shí)度明顯提高。（5）基于時標(biāo)量測的廠站基礎(chǔ)量測數(shù)據(jù)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)源有狀態(tài)估計(jì)廠站量測合格率、量測數(shù)據(jù)不刷新持續(xù)時間、量測死區(qū)歸零狀態(tài)及持續(xù)時間、量測不平衡狀態(tài)及持續(xù)時間等，對電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，并提供符合用戶實(shí)際使用需求的可視化展現(xiàn)及報(bào)表功能。

3.2 引入全息穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測的綜合智能告警

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生異常或故障情況下，智能調(diào)控主站穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)、預(yù)警等應(yīng)用會發(fā)出大量告警信息，如表1所示。綜合智能告警應(yīng)用實(shí)現(xiàn)告警信息在線綜合處理、顯示和推理分析，提供告警信息統(tǒng)計(jì)和分析功能，對復(fù)雜故障進(jìn)行智能推理。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障在線診斷，并以形象直觀的方式展示分析結(jié)果，給調(diào)控員以準(zhǔn)確、及時、簡練的告警提示。

表1 綜合智能告警模塊主要數(shù)據(jù)源Table 1 Main data source of integrated intelligent alarm module

綜合智能告警應(yīng)用核心點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)在線綜合故障診斷，電網(wǎng)故障時涉及狀態(tài)量和電氣量兩者共同的變化，其中狀態(tài)量的變化主要來自于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，包括遙信變位、SOE 動作信號、保護(hù)動作信號以及事故總等；電氣量的變化主要來自于動態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)，包括電壓、電流的突變。因此綜合利用穩(wěn)態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能滿足調(diào)度事故處理實(shí)時性和全面性的要求[12]。具體實(shí)施步驟如圖4所示。

圖4 故障診斷綜合分析邏輯框圖Fig.4 Logic diagram of fault diagnosis comprehensive analysis

綜合智能告警應(yīng)用存在一個不易解決的問題：由于PMU 裝置布點(diǎn)不全，只具備部分可觀測性，故障錄波器雖已完全布點(diǎn)，但只有部分故障錄波器實(shí)現(xiàn)了和調(diào)控中心的聯(lián)網(wǎng)以及自動上傳功能，因此在調(diào)控中心也只具備部分可觀測性，只有穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)布點(diǎn)全且全部實(shí)時上送，只有利用穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線故障診斷，才可以實(shí)現(xiàn)對故障范圍的全監(jiān)視。但是由于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采樣率低，絕大多數(shù)情況下只能利用狀態(tài)量進(jìn)行判斷，因此對故障信息的分析只能局限于故障設(shè)備、故障時間、重合類型以及故障相的判別，且受限于保護(hù)故障跳閘方式，也只能粗略判別故障相，同時無法嚴(yán)格保證穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)時標(biāo)的精確一致。綜合智能告警應(yīng)用引入全息穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測后，在繼續(xù)保持實(shí)時性好，監(jiān)視范圍全面的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，不但故障診斷準(zhǔn)確率將大幅提高，還可以充分利用分相電壓、電流等穩(wěn)態(tài)電氣量，實(shí)現(xiàn)故障相別的精確判斷；同時引入穩(wěn)態(tài)量測帶上時標(biāo)信息以后，為所用穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)一時標(biāo)創(chuàng)造了條件，便于對故障進(jìn)行精細(xì)化分析。

由于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)歷史數(shù)據(jù)存儲采用周期存儲方式，綜合智能告警應(yīng)用還存在一些難以解決的問題，一是沖擊負(fù)荷、量測跳變以及潮流瞬間不平衡等短時事件告警信息不容易被捕捉，二是會出現(xiàn)告警信息與實(shí)際存儲的當(dāng)時歷史數(shù)據(jù)不一致的問題，無法使用所存儲歷史數(shù)據(jù)回溯告警信息出現(xiàn)的全過程。綜合智能告警應(yīng)用引入全息穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測后，不但可以基于變化即存全息記錄的時標(biāo)量測捕捉電網(wǎng)短時事件，而且可以利用時間序列庫存儲的歷史數(shù)據(jù)回溯生成告警信息，與存儲的歷史告警記錄進(jìn)行實(shí)時對比，驗(yàn)證電網(wǎng)短時事件捕捉正確性，解決告警回溯一致性問題。

綜合智能告警應(yīng)用在信息展示方面引入多主題的概念，為電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控人員分析和查看電網(wǎng)運(yùn)行告警提供更便捷的手段，以電網(wǎng)故障定位和分間隔的告警信息為切入點(diǎn)，輔以間隔圖、廠站圖、量測數(shù)據(jù)曲線、電氣設(shè)備參數(shù)、歷史告警信息、操作記錄以及檢修記錄等信息，達(dá)到以告警分析為中心的多維度、多主題綜合展示的效果。實(shí)時告警信息列表可提供信息過濾、置頂、暫停刷新、按條件篩選等功能。潮流圖上的故障定位以及分間隔告警信息，可在界面上進(jìn)行接線圖反演、曲線對比以及間隔對端的告警展示等功能。

3.3 基于時標(biāo)量測的全景事故反演

事故反演應(yīng)用指追憶一段時間內(nèi)全息電網(wǎng)運(yùn)行軌跡，能夠快速獲取電網(wǎng)一個或多個時間點(diǎn)的全斷面的歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合圖形顯示、告警端等模塊，實(shí)現(xiàn)完整真實(shí)地反演電網(wǎng)的事故過程。同樣目前傳統(tǒng)事故反演應(yīng)用還只能進(jìn)行基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫周期采樣數(shù)據(jù)的電網(wǎng)事故情況的偽反演。

基于時標(biāo)量測的全息事故反演應(yīng)用基于時間序列數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的斷面數(shù)據(jù)訪問支持，在智能調(diào)控主站中實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)事故的全息反演。在進(jìn)行事故反演時，可以進(jìn)行任意時刻的精確反演，通過廠站圖或潮流圖能夠進(jìn)行事故的全過程回溯分析，準(zhǔn)備判斷事故原因和演變過程，為總結(jié)經(jīng)驗(yàn)防止事故的再發(fā)生提供有力支持。該應(yīng)用分為反演服務(wù)端，反演客戶端，圖形界面，告警端等模塊。事故反演服務(wù)端負(fù)責(zé)接收事故反演客戶端發(fā)送來的歷史模型、斷面下裝請求消息，將相應(yīng)的歷史模型和斷面下裝到事故研究態(tài)下，同時需在反演過程中發(fā)送消息至圖形和告警端，完成反演過程中的圖形數(shù)據(jù)刷新和相應(yīng)的告警提示。圖5為基于時標(biāo)量測的全息事故反演應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 全息事故反演應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure of panoramic power grid accident simulation

4 基于時標(biāo)量測的狀態(tài)估計(jì)

傳統(tǒng)運(yùn)行模式下，SCADA量測沒有統(tǒng)一的時標(biāo)，更新周期長，而且時延較大；PMU量測可以反映動態(tài)響應(yīng)且時延較小，帶有精確時標(biāo)，即使通道傳輸存在時延也能保證時間斷面的一致性[13-14]。無論是使用SCADA量測的狀態(tài)估計(jì)，還是計(jì)及帶時標(biāo)信息的PMU量測的混合量測狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算使用的量測信息均來自內(nèi)存實(shí)時數(shù)據(jù)庫，為各個測點(diǎn)的最新量測值，沒有考慮各測點(diǎn)的量測時標(biāo)是否一致，無法找到協(xié)調(diào)和處理各量測量不同時延的有效方法，難以克服量測不同時對計(jì)算的不利影響。另外，一旦電網(wǎng)發(fā)生擾動，系統(tǒng)潮流和方式快速變化，由于常規(guī)狀態(tài)估計(jì)的數(shù)據(jù)源和計(jì)算結(jié)果在時序上沒有信息基準(zhǔn)，也很難快速提供擾動期間和擾動后的電網(wǎng)狀態(tài)。

依托時序數(shù)據(jù)庫的精確歷史數(shù)據(jù)保存，系統(tǒng)可以截取任意時刻的斷面數(shù)據(jù)用于分析計(jì)算，突破原有分鐘級CASE斷面局限，并可聯(lián)動CASE保存的歷史模型、歷史圖形。基于時標(biāo)量測的狀態(tài)估計(jì)使用的量測信息均來自時間序列數(shù)據(jù)庫，無論是基于帶時標(biāo)信息的SCADA量測的狀態(tài)估計(jì)，還是計(jì)及帶時標(biāo)信息PMU量測的基于混合量測狀態(tài)估計(jì)，都可以讀取到嚴(yán)格意義上的同一時刻數(shù)據(jù)斷面和模型斷面進(jìn)行分析計(jì)算。時序數(shù)據(jù)庫和時標(biāo)量測為電網(wǎng)擾動期間進(jìn)行快速狀態(tài)估計(jì)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合遙信信息，準(zhǔn)備跟蹤擾動后的量測變化，快速準(zhǔn)確地提供擾動期間和擾動后的電網(wǎng)狀態(tài)。

為盡可能多地讀取到統(tǒng)一時標(biāo)的電網(wǎng)量測數(shù)據(jù)，基于時標(biāo)量測的狀態(tài)估計(jì)可以設(shè)定所取幾秒前的斷面數(shù)據(jù)（具體秒數(shù)可以設(shè)定），在數(shù)據(jù)讀取時，時間序列庫通過數(shù)據(jù)擬合功能，為狀態(tài)估計(jì)程序提供該時標(biāo)下的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，如圖6所示，時間序列庫為狀態(tài)估計(jì)提供豎線間的擬合數(shù)據(jù)。由于狀態(tài)估計(jì)計(jì)算周期是分鐘級，因此該方式完全滿足時間周期方面的要求，具體情況如下。（1）當(dāng)進(jìn)行基于SCADA量測的狀態(tài)估計(jì)時，SCADA穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測的時標(biāo)信息將作為全網(wǎng)量測讀取和結(jié)果展示的精確基準(zhǔn)，從根本上避免了不同廠站、不同區(qū)域和不同類型通道的量測時延不同的影響，進(jìn)一步提高了計(jì)算結(jié)果的精度和真實(shí)性；（2）當(dāng)計(jì)及帶時標(biāo)信息PMU量測進(jìn)行基于混合量測狀態(tài)估計(jì)時，PMU量測可以根據(jù)所帶時標(biāo)信息與SCADA穩(wěn)態(tài)時標(biāo)量測完美結(jié)合，可以避免PMU量測數(shù)據(jù)與穩(wěn)態(tài)量測數(shù)據(jù)時間上的不一致對計(jì)算精度造成的不利影響。

圖6 時間序列數(shù)據(jù)庫提供整秒的歷史量測數(shù)據(jù)Fig.6 Time series database provides full second historical measurement data

5 基于時間序列數(shù)據(jù)庫的開放式綜合數(shù)據(jù)平臺

目前，電力企業(yè)日常生產(chǎn)中所使用的調(diào)度自動化、配網(wǎng)自動化、負(fù)荷監(jiān)控、電能量、設(shè)備在線監(jiān)測等實(shí)時技術(shù)支持系統(tǒng)大都獨(dú)立建設(shè)，信息缺乏共享體系，相關(guān)工作人員必需逐個調(diào)閱不同系統(tǒng)才能獲取所需信息，急需建設(shè)一個集中的數(shù)據(jù)平臺。

本文在智能調(diào)控主站的安全I(xiàn)II 區(qū)引入時間序列數(shù)據(jù)庫，廣泛采集、統(tǒng)一存儲和高效分析電網(wǎng)各實(shí)時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，搭建底層實(shí)時控制系統(tǒng)與上層管理信息系統(tǒng)之間的橋梁，構(gòu)建開放式綜合數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)信息共享，消除信息孤島。

通過內(nèi)網(wǎng)將開放式綜合數(shù)據(jù)平臺在電力企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行開放式發(fā)布，每一個使用開發(fā)式綜合數(shù)據(jù)平臺的用戶，可以借助數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)庫提供的工具和接口對綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義處理、二次開發(fā)和個性化展示，可以方便地將使用者關(guān)心數(shù)據(jù)按照其所需方法進(jìn)行處理和展示，能最大程度滿足使用者的特有需求。積極推進(jìn)開放式綜合數(shù)據(jù)平臺的應(yīng)用和深化，使用者可以積極開發(fā)面向各專業(yè)的應(yīng)用功能，內(nèi)容可以涉及電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、輸變電設(shè)備在線監(jiān)測、配電網(wǎng)線路故障巡視、電網(wǎng)輔助規(guī)劃等領(lǐng)域，并應(yīng)用成熟的組態(tài)工具對應(yīng)用功能的分析結(jié)果進(jìn)行智能可視化展示。

6 工程應(yīng)用

本文成果已在蘇州地區(qū)和江蘇省級智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)等試點(diǎn)工程中得到了實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足各級調(diào)度機(jī)構(gòu)智能調(diào)控主站的實(shí)際應(yīng)用需求。實(shí)踐證明時間序列數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用能使得智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的全息存儲、精細(xì)化分析應(yīng)用的能力有了大幅提高。下一步研究重點(diǎn)是繼續(xù)拓展全息時標(biāo)量測在智能調(diào)控主站的應(yīng)用范圍和深度，積極開展基于時標(biāo)數(shù)據(jù)的采集技術(shù)、電網(wǎng)預(yù)警預(yù)控和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析等方面的探索性研究。

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