PI數(shù)據(jù)庫在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

方明霞

（浙江省電力試驗研究院， 杭州 310014）

PI數(shù)據(jù)庫在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

方明霞

（浙江省電力試驗研究院， 杭州 310014）

介紹 PI數(shù)據(jù)庫的技術(shù)特點及優(yōu)勢， 總結(jié)了近幾年浙江電網(wǎng)企業(yè)開展的 PI系統(tǒng)主要應(yīng)用概況，結(jié)合典型案例指出應(yīng)用中的一些難點問題， 并就 PI系統(tǒng)在電網(wǎng)企業(yè)的進一步應(yīng)用進行了展望。

PI； 實時數(shù)據(jù)庫； 應(yīng)用

浙江省電力公司自 2003 年開展實時 /歷史數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在電網(wǎng)企業(yè)的應(yīng)用研究以來，歷經(jīng)可行性論證、試點研究、全面推廣實施、全面推進應(yīng)用等幾個階段，逐步建立了基于 PI數(shù)據(jù)庫的省、 地、 縣三級電網(wǎng)統(tǒng)一的實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺，實現(xiàn)了電網(wǎng)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)在公司系統(tǒng)各個層面的開放和共享。最初是在寧波和嘉興兩個地區(qū)電力局開展試點，試點成功后在金華電力局進行推廣試點，而后在杭州電力局、溫州電力局等7個地區(qū)局全面實施。各類專業(yè)人員先后在電網(wǎng)調(diào)度、 生產(chǎn)及營銷等方面自主開發(fā)了 200 多個應(yīng)用模塊， 涌現(xiàn)了大批 PI數(shù)據(jù)庫應(yīng)用成果。

1 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點及作用

PI 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由美國 OSISoftware 公司開發(fā)的基于 C/S、 B/S 結(jié)構(gòu)的廠級實時數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用平臺，是一個由服務(wù)器端、客戶端以及接口部分組成的模塊式的軟件系統(tǒng)。作為一種先進的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在體系構(gòu)架設(shè)計和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等方面具有顯著優(yōu)勢。 PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用“旋轉(zhuǎn)門”的專利壓縮技術(shù)進行數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)通過獨到的二級過濾方可進入歷史數(shù)據(jù)庫?；谶@種特有的壓縮技術(shù)，可使幾十萬點的生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線存儲多年，大大降低了數(shù)據(jù)的存儲空間；同時，保持?jǐn)?shù)據(jù)以原有的時間和精度存儲。

PI實時數(shù)據(jù)庫是過程類企業(yè)全廠信息集成的必然選擇，是工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)與上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，在工廠信息集成中扮演著特殊和重要的角色。 PI實時數(shù)據(jù)庫用于工廠數(shù)據(jù)的自動采集、存儲和監(jiān)視，一方面提供清晰、精確的操作畫面，供用戶瀏覽當(dāng)前的生產(chǎn)情況或回顧過去的生產(chǎn)情況；另一方面，為最終用戶和應(yīng)用軟件開發(fā)人員提供了快捷高效的工廠信息。因而， PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)適用于電力、 石油、 化工、冶金、造紙、制藥、水處理、食品飲料、通信等各類企業(yè)的生產(chǎn)過程優(yōu)化，是目前全世界裝機量最多的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2 PI系統(tǒng)在浙江電網(wǎng)的主要應(yīng)用成果

2.1 建立了全省 PI 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)平臺

只有擴大數(shù)據(jù)源，才能真正實現(xiàn)應(yīng)用的全面和集成。目前浙江省電力公司購買的實時數(shù)據(jù)庫PI系統(tǒng)可容納 15 萬點， 在高端產(chǎn)品服務(wù)器上可以處理每秒 15萬點的數(shù)據(jù)。 省公司現(xiàn)已建立了以 PI數(shù)據(jù)庫為中心的統(tǒng)一電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)多種實時數(shù)據(jù)/歷史數(shù)據(jù)的整合和高密度長時間的壓縮保存。地區(qū)局?jǐn)?shù)據(jù)源類型及接入方式如圖1所示。

2.2 主要應(yīng)用成果

PI數(shù)據(jù)庫提供的是一個數(shù)據(jù)平臺， 只有通過基于該平臺的二次開發(fā)，才能最大限度地利用各類數(shù)據(jù)。浙江電網(wǎng)企業(yè)在該平臺上開發(fā)的應(yīng)用成果達(dá) 200 多個， 主要用于統(tǒng)計、 分析、 計算、 規(guī)劃，可歸納為以下五類：綜合分析、監(jiān)視報警、統(tǒng)計報表、關(guān)鍵指標(biāo)、應(yīng)用接口。

（1）綜合分析： 地區(qū)潮流圖及各類設(shè)備潮流或流量分析；油色譜監(jiān)視和故障分析；各類設(shè)備的運行分析；各類設(shè)備的負(fù)荷或利用率分析；各類設(shè)備狀態(tài)及性能分析；各類電能量平衡分析和線損分析；無功與電壓及分接開關(guān)調(diào)節(jié)和電容器投切分析；用電分析等。

此類應(yīng)用主要利用 PI數(shù)據(jù)庫保存的實時發(fā)電出力、主變與線路負(fù)載、無功補償容量、交換功率、變電所開關(guān)狀態(tài)等電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，經(jīng)過潮流計算， 利用 PI工具定制可視化的監(jiān)控畫面和數(shù)值報表，支持穩(wěn)定控制與決策優(yōu)化。

（2）監(jiān)視報警： 電網(wǎng)主設(shè)備安全監(jiān)測； 變電站一次接線圖；變電站主變分析圖；變電站母線電壓分析圖；變電站線路監(jiān)測預(yù)警圖；電廠一次接線圖；電廠運行分析圖；配電設(shè)備運行狀態(tài)；需求側(cè)設(shè)備運行狀態(tài)；信息及通信設(shè)備運行狀態(tài)。

此類應(yīng)用主要基于 PI數(shù)據(jù)庫的 5 s記錄頻度， 獲得詳細(xì)的測點變化過程信息， 利用 PI工具將與事件相關(guān)的測點和遙信事件組合在同個圖形界面上，并按統(tǒng)一時標(biāo)進行測點量值對比和分析。

（3）統(tǒng)計報表： 地區(qū)負(fù)荷日、月報；地區(qū)功率因數(shù)整點日、月報；廠站負(fù)荷日、月報；線路負(fù)荷/電流日、 月報； 廠站功率因數(shù)整點日、 月報；廠站母線電壓日、月報；電能量和線損統(tǒng)計報表。

（4）關(guān)鍵指標(biāo)： 線損率； 負(fù)荷預(yù)測； 電網(wǎng)用電負(fù)荷率；市場占有率；責(zé)任頻率合格率；中樞點電壓合格率；城市綜合電壓合格率；輸變電設(shè)備可靠性統(tǒng)計。

負(fù)荷預(yù)測、 線損統(tǒng)計分析主要利用 PI數(shù)據(jù)庫保存的電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)的相似性初選基準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)發(fā)電出力、檢修計劃、氣象數(shù)據(jù)預(yù)報、實際負(fù)荷等實時和非實時數(shù)據(jù)，分時段調(diào)整曲線，得到預(yù)測結(jié)果。

圖1 PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)源典型接入示意圖

輸變電設(shè)備可靠性統(tǒng)計應(yīng)用是利用 PI數(shù)據(jù)庫中遙信遙測數(shù)據(jù)和設(shè)備之間的連接關(guān)系，為每種投產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)建立起相應(yīng)的判斷條件，然后將這些條件表達(dá)成 PI數(shù)據(jù)庫的邏輯表達(dá)式，讓PI數(shù)據(jù)庫自動判斷設(shè)備狀態(tài)， 并統(tǒng)計出該狀態(tài)的持續(xù)時間，進而得出可靠性數(shù)據(jù)。

（5）應(yīng)用接口： 輸配電及通信線路 GIS 數(shù)據(jù)接口；信息系統(tǒng)運行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；需求側(cè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；用電營銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；電能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。

此類應(yīng)用基于 PI 數(shù)據(jù)庫提供的對 OPC、ODBC、 LOEDB 的支持， 以及 PI-API接口函數(shù)庫和 SDK 開發(fā)工具包， 可以方便地開發(fā)專用接口。

3 PI應(yīng)用中的難點問題及解決方法

3.1 數(shù)據(jù)壞點

在實際生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場的表計可能出錯，數(shù)據(jù)傳送過程中也可能存在短時干擾等不確定因素， 致使 PI實時數(shù)據(jù)中存有部分失真的數(shù)據(jù)壞點。對此，可借助工具軟件進行數(shù)據(jù)濾波與糾錯。

以紹興電網(wǎng)負(fù)荷統(tǒng)計系統(tǒng)為例，對可能存在的數(shù)據(jù)壞點的基本處理思路為：根據(jù)主變負(fù)荷大于額定容量 1.3 倍后變電所內(nèi)保護裝置（主變過載自動切負(fù)荷裝置）會采取相應(yīng)動作的原理，一般可將過濾條件中最高負(fù)荷的上限設(shè)為主變額定容量的 1.3 倍， 當(dāng)從數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)據(jù)超過這個限值時，自動將該數(shù)據(jù)過濾，不再列為統(tǒng)計對象。對于 1~1.3 倍間的數(shù)據(jù)，通過查看、分析該日負(fù)荷曲線后設(shè)定過濾條件并逐步進行修改，可結(jié)合某日正常的負(fù)荷曲線或主變額定來設(shè)定限值?；谝陨纤悸罚瑢χ付〞r間段內(nèi)的遙測可疑數(shù)據(jù)（如毛刺等）給出提示，并由值班人員進行 PI數(shù)據(jù)庫的正確性確認(rèn)和修改，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2 SCADA-PI 圖數(shù)模一體化接口和 PI-MDB電網(wǎng)層次模型

在基于 PI數(shù)據(jù)庫的各類應(yīng)用軟件開發(fā)中，單獨將數(shù)據(jù)從 SCADA 接入 PI系統(tǒng)是容易實現(xiàn)的，但是實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)只有和關(guān)聯(lián)的設(shè)備聯(lián)系在一起才有意義。因此，接入過程中要解決的關(guān)鍵技術(shù)是如何做到圖形和數(shù)據(jù)的自動維護。

公共信息模型（CIM）采用面向?qū)ο蟮姆椒?，描述電力系統(tǒng)資源的屬性以及相互之間的關(guān)系。采用 IEC61970 定義的 CIM， 計量測點帶上拓?fù)湫畔?，就能按照設(shè)備歸類、查找數(shù)據(jù)，保留了關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圖數(shù)模一體化接口即是基于 CIM 實現(xiàn) 對SCADA 系統(tǒng)的私有模型到 CIM XML 格式模型的轉(zhuǎn)換， 使 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)方式獲取 SCADA系統(tǒng) 的模型 與運行信息； PI 數(shù) 據(jù) 庫 獲 取 CIM/ XML 格式的模型后，將在 PI-MDB 中建立對應(yīng)的模型。 PI-MDB 是 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)庫，以樹形結(jié)構(gòu)存儲信息，使用戶可以利用其圖形化目錄樹方便調(diào)用各類實時數(shù)據(jù)。 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用 PI-MDB 保存電網(wǎng)模型，相關(guān)測點將被關(guān)聯(lián)到設(shè)備節(jié)點上，通過 SCADA-PI圖數(shù)模一體化接口技術(shù)， 實現(xiàn)調(diào)度自動化系統(tǒng)與 PI間相關(guān)對應(yīng)測點、圖形和電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷膯蝹?cè)單點統(tǒng)一維護。

3.3 PI 數(shù)據(jù)庫測點的自動維護

PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立模型后，相關(guān)測點將被關(guān)聯(lián)到設(shè)備節(jié)點上。 依據(jù)設(shè)備與測點的 CIM 定義，可以實現(xiàn) PI數(shù)據(jù)庫測點的自動化維護， 但這需要依賴于以下幾方面的考慮：

（1）實時系統(tǒng)只使用一個時間斷面上的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)的維護只有添加或刪除，而沒有修改的概念。 就 PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而言， 不僅要維護某一個時間斷面上數(shù)據(jù)（圖形與模型等）之間的對應(yīng)關(guān)系，還要將不同時間斷面上相同的內(nèi)容有機地結(jié)合在一起。

（2）一般 CIM/XML 用于全模型數(shù)據(jù)的交換，即初始化或同步時使用； CIS （組件接口規(guī)范）服務(wù)用于增量模型的交互，通過 IEC 61970 CIS 接口提供的事件回調(diào)功能可以實現(xiàn)增量模型的通知， CIS 接口還設(shè)計了過濾和訂閱的方式來避免不必要的數(shù)據(jù)交互。

（3）一些歷史數(shù)據(jù)的銜接沒有固定模式， 故在實際的操作中要具體分析。部分可以找到一定規(guī)則的維護流程，可通過規(guī)則實現(xiàn)自動維護。反之則需首先分析數(shù)據(jù)源系統(tǒng)維護工作發(fā)生的頻度以及系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)維護的工作量，如果發(fā)生頻度或關(guān)聯(lián)維護的工作量大，可通過制定規(guī)則實現(xiàn)自動維護；否則可通過手工維護的方式解決。

然而，在實際運行過程中，自動維護并不能保證百分之百同步數(shù)據(jù)源與目的系統(tǒng)，可能會出現(xiàn)各種異常和維護差錯，需要通過人工干預(yù)——召喚數(shù)據(jù)的方式完成系統(tǒng)的維護。因此在數(shù)據(jù)召喚前，要對數(shù)據(jù)源系統(tǒng)進行必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

4 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在電網(wǎng)企業(yè)的應(yīng)用展望

（1）電網(wǎng)企業(yè)信息化系統(tǒng)普遍采用樹狀結(jié)構(gòu)，最低一層是縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)級輸配電數(shù)據(jù)流量，普遍介于 2 000 ～ 4 000 點 /秒以內(nèi)， 而地市一級則普遍達(dá)到數(shù)萬點，省及區(qū)域電網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量則更高，現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)普遍采用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫已不能適應(yīng)行業(yè)監(jiān)控的需求，面臨大范圍的升級和改造。 PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有單臺 PC 服務(wù)器即可支持 100 多萬個數(shù)據(jù)點和 500 多個用戶同時連接， 數(shù)據(jù)存儲和檢索速度為 80000 個事件/秒等性能特點。因此，可以預(yù)見將會有更多區(qū)域和省級電網(wǎng)企業(yè)將實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及基于實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)作為信息化建設(shè)的重點。

（2）智能電網(wǎng)是當(dāng)前電力系統(tǒng)的研究熱點之一，也是電網(wǎng)未來發(fā)展的主要方向。由于智能電網(wǎng)對系統(tǒng)自愈、互動、安全、電能質(zhì)量等方面要求更高，相應(yīng)地對實時數(shù)據(jù)采集也產(chǎn)生了較高的要求，以往所用的數(shù)據(jù)庫將無法滿足系統(tǒng)運行的需要，這也決定了未來實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢。預(yù)計未來實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在“堅強智能電網(wǎng)”領(lǐng)域的應(yīng)用將會呈現(xiàn)一個較大的增長，電網(wǎng)領(lǐng)域的實時數(shù)據(jù)庫及監(jiān)控信息系統(tǒng)應(yīng)用前景較為樂觀。

（3）浙江電網(wǎng)企業(yè)以往幾年 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，使實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲時間序列數(shù)據(jù)的優(yōu)勢得以顯現(xiàn)。但目前 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來自于地區(qū)局的各類應(yīng)用系統(tǒng)，若能轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)存儲的思路，從數(shù)據(jù)采集末端就開始使用實時數(shù)據(jù)庫存儲測量數(shù)據(jù)，并建立不同安全區(qū)域、不同行政區(qū)域的立體數(shù)據(jù)平臺，可望大大提升實時數(shù)據(jù)庫的效率。構(gòu)建立體數(shù)據(jù)平臺可采用多級數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系，如數(shù)據(jù)接入服務(wù)器設(shè)置在電力信息網(wǎng)內(nèi)，各專業(yè)系統(tǒng)通過物理隔離裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入服務(wù)器；各級系統(tǒng)通過單端口加密的方式將數(shù)據(jù)逐級發(fā)送到上一級服務(wù)器，數(shù)據(jù)的傳輸過程還可設(shè)置時效控制，防止通過截獲數(shù)據(jù)包解密而實施的網(wǎng)絡(luò)攻擊。通過加強同一行政區(qū)域不同安全等級之間以及不同行政區(qū)域之間的數(shù)據(jù)傳輸安全手段，使各專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)能安全、高效、準(zhǔn)確地送達(dá)各級數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

目前， 浙江電網(wǎng)現(xiàn)有的 PI數(shù)據(jù)庫項目已開發(fā)了大量的圖形和報表應(yīng)用，但仍有一些工作還有待開展，如：對現(xiàn)有應(yīng)用從界面風(fēng)格和功能上進一步修改、完善，以滿足各層次數(shù)據(jù)展示的要求； 設(shè)計應(yīng)用的展示、 跳轉(zhuǎn)層次結(jié)構(gòu)， 完善 Web展示體系；隨著新系統(tǒng)的不斷接入，針對不同的數(shù)據(jù)源，開發(fā)符合各專業(yè)要求的新應(yīng)用；深入挖掘不同專業(yè)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)相關(guān)性，開發(fā)一些更具實際價值的應(yīng)用； 結(jié)合PI數(shù)據(jù)庫的其他應(yīng)用開發(fā)工具，充分利用其功能開發(fā)高級應(yīng)用等等。

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（本文編輯：龔 皓）

Application Situation and Prospect of PI in ZheJiang Power Grid

FANGMing-xia
（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute,Hangzhou 310014,China）

The technical features and advantages of the Plant Information（PI） system database are presented．Applications of PIdatabase to grid are illuminated， including several problems in typical case．Suggestions on further application are proposed．

Plant Information（PI）； real-time database； application

TP392

： B

： 1007-1881（2010）04-0051-04

2009-12-14

方明霞（1974-）， 女， 安徽合肥人， 工程師， 從事電力科技信息服務(wù)工作。