基于GPRS通信和PI實時數(shù)據(jù)庫的電壓合格率管理系統(tǒng)

趙 卓，陳 莉，鄭 圣，伊 旭，徐 歡，姬旭東

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

0 引言

電壓是電能質(zhì)量的重要指標，電壓合格與否直接影響著電網(wǎng)運行、電網(wǎng)損耗及電力設備安全，對保證用戶安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量及電器設備的安全與壽命也有重要的影響[1]。

電力企業(yè)電壓合格率一般通過現(xiàn)場安裝的統(tǒng)計型電壓監(jiān)測儀進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，而數(shù)據(jù)的獲取方式主要是人工現(xiàn)場抄表或短信召喚，再通過人工制表獲得。由于監(jiān)測點數(shù)量眾多且分布較廣，因此耗費大量人力物力，報表及時性也得不到保證。數(shù)據(jù)傳輸信息量受限制、表計故障無法及時發(fā)現(xiàn)、不能對電壓進行實時監(jiān)控、缺乏系統(tǒng)統(tǒng)計分析手段等是電壓合格率管理的普遍問題。

鑒于電壓合格率的管理現(xiàn)狀，溫州電力局開發(fā)了基于GPRS無線傳輸和PI實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)的電壓合格率系統(tǒng)。系統(tǒng)的目標是實現(xiàn)統(tǒng)一標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一通信規(guī)約、數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、統(tǒng)一綜合管理的地縣一體化監(jiān)測和管理,對地區(qū)電網(wǎng)各供電電壓監(jiān)測點的數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動采集、匯總，實現(xiàn)市局、各供電分局和縣局、變電站和供電所的分級管理，實時有效地監(jiān)測全市供電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，靈活形成各類、各縣區(qū)電壓分析統(tǒng)計報表，提供多種電壓質(zhì)量的分析手段，滿足無功電壓管理深層次需求。

系統(tǒng)還具有對電壓監(jiān)測設備及對測點設置進行管理的功能，包括測點新增、調(diào)整、取消、性質(zhì)變更以及監(jiān)測設備配置等業(yè)務管理，實現(xiàn)對全市供電電壓監(jiān)測的綜合管理。

1 系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)遵循《國家電網(wǎng)公司供電電壓監(jiān)測管理系統(tǒng)功能規(guī)范（2008版）》，采用地市局一體化集中建設模式：在地市電力局建設主站系統(tǒng)，利用GPRS無線傳輸，通過省電力公司統(tǒng)一GPRS平臺實現(xiàn)全地區(qū)所有電壓監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集；所有監(jiān)測裝置的通信遵循統(tǒng)一規(guī)約，各縣局不再建設系統(tǒng)，僅安裝電壓監(jiān)測裝置。根據(jù)權(quán)限分配并通過Web瀏覽方式，實現(xiàn)監(jiān)測點信息錄入、裝置維護、數(shù)據(jù)維護和電壓監(jiān)測分析等應用，實現(xiàn)電壓合格率數(shù)據(jù)的監(jiān)測、上報、分析一體化。

系統(tǒng)基于IEC 61970/61968的CIM規(guī)范，完全依據(jù)電力設備的層次結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系建設，能方便實現(xiàn)各類電壓監(jiān)測點的上下聯(lián)動分析，根據(jù)各監(jiān)測點的信息自動生成各類別、各管理單位的綜合合格率統(tǒng)計關(guān)系和統(tǒng)計報表，無須人工干預，不但減少了工作量，且在很大程度上確保了統(tǒng)計對象和報表的準確性及關(guān)聯(lián)完整性。由于基于CIM建設底層平臺，系統(tǒng)能方便地實現(xiàn)基于CIM/XML的靜態(tài)信息文件生成，同時生成電壓實時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)簡化格式的XML文件，便于系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)采用地市局主站和現(xiàn)場終端（帶GPRS遠程傳輸功能的統(tǒng)計型電壓表）二層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡化、清晰明了。組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中前置工作站、數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器等都合在一臺服務器上。各電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)由地市局主站前置工作站通過現(xiàn)場終端采集，利用省電力公司統(tǒng)一GPRS平臺和GPRS無線通信通道，將采集結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫服務器。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

采用分布對象技術(shù)和多層分布式事務處理結(jié)構(gòu)，主要以Web為表現(xiàn)形式，以利于多部門人員參與系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理，提高總體性能，降低數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡的負擔，實現(xiàn)全分布結(jié)構(gòu)，便于網(wǎng)上隨意部署應用，從而具有較強的伸縮性、適用性和安全性。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示，是基于TCP/IP標準網(wǎng)絡通信協(xié)議的Intranet網(wǎng)絡系統(tǒng)，采用基于部件的設計方法，和ActiveX組件/控件、COM/DCOM/CORBA，Web/Browser等開發(fā)技術(shù)。

圖2 邏輯結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的設計目標，電壓合格率管理系統(tǒng)主要由前置采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表管理、Web瀏覽共4個子系統(tǒng)模塊組成。

（1）前置采集子系統(tǒng)主要完成正常和異常情況下的數(shù)據(jù)自動/人工采集，確保數(shù)據(jù)的準確性、完整性和及時性，具有以下特點：

1）通過GPRS通信方式，實現(xiàn)與電壓監(jiān)測儀的點對點通信，實現(xiàn)定時自動數(shù)據(jù)采集和實時信息點播（實時電壓有效值讀取）。

2）當數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)有缺項時，自動向電壓監(jiān)測儀追補數(shù)據(jù)，也可以提供人工追補功能。

3）接收離線采集PDA數(shù)據(jù)的導入。

4）支持多個工作站的手工采集數(shù)據(jù)錄入。

5）支持從SCADA系統(tǒng)或PI系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫導入A類電壓監(jiān)測點的數(shù)據(jù)。

6）支持B，C，D類部分電壓數(shù)據(jù)從負控系統(tǒng)和配變監(jiān)測終端中獲取。

7）采集的原始數(shù)據(jù)錄入歷史數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計子系統(tǒng)主要實現(xiàn)不同統(tǒng)計對象的數(shù)據(jù)分析，滿足對電壓數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計需求，提高系統(tǒng)的查詢響應速度。具有以下特點：

1）對電壓及統(tǒng)計數(shù)據(jù)分日、月、季、年統(tǒng)計和A，B，C，D類統(tǒng)計，如超限統(tǒng)計、最高/最低值分析、按地區(qū)統(tǒng)計、電壓合格率統(tǒng)計等。

2）可根據(jù)監(jiān)測點的編號或名稱進行查詢，也可根據(jù)監(jiān)測電壓的等級和類型進行查詢，還可根據(jù)監(jiān)測點所屬部門的編號或名稱進行查詢。可查詢某個監(jiān)測點某日（月、季、年）的數(shù)據(jù)，并與去年同期進行比較，也可查詢多個監(jiān)測點某日（月、季、年）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（平均電壓、平均合格率等）。

（3）報表管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)電壓合格率系統(tǒng)所需的上報和統(tǒng)計報表生成，并對這些報表進行發(fā)布，供用戶查閱。

1）根據(jù)查詢條件從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，并進行統(tǒng)計分析，以曲線、圖形或報表的形式顯示或打印出來，或?qū)?shù)據(jù)導出到Excel中。

2）查詢結(jié)果可以用報表的形式顯示、打印，也可以用曲線、直方圖、餅圖的形式顯示、打印。還可在同一畫面用不同顏色顯示多個監(jiān)測點的多條曲線，以便進行比較。

3）以曲線、棒圖等多種直觀的形式反映統(tǒng)計分析結(jié)果及數(shù)據(jù)分析比較結(jié)果，包括月統(tǒng)計值波動曲線、月整點值波動曲線、日整點值波動曲線，以及電壓合格率同期比較曲線、分地區(qū)考核比較曲線等。

（4）Web瀏覽子系統(tǒng)采用B/S模式，以Web方式展示相關(guān)電壓實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并提供事件查詢、用戶管理、報表查詢、檔案信息錄入和區(qū)域信息管理等擴展功能。

1.2 工作流程及功能

系統(tǒng)工作流程可歸納為：服務器采集各現(xiàn)場終端的實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)庫服務器對采集數(shù)據(jù)進行過濾、擇優(yōu)、統(tǒng)計、分析，并保存入庫；系統(tǒng)用戶在客戶工作站瀏覽網(wǎng)頁，通過HTTP協(xié)議及ActiveX控件向Web服務器發(fā)出請求，Web服務器分析客戶提交的HTTP請求后，直接通過ADO接口從數(shù)據(jù)庫服務器獲取數(shù)據(jù)并生成網(wǎng)頁。

由于系統(tǒng)采用了Web發(fā)布方式和部分頁面刷新的設計，使數(shù)據(jù)獲取更快捷、操作更簡潔。主要功能包括：系統(tǒng)管理、檔案信息管理、報表管理、統(tǒng)計查詢、終端維護、工況信息查詢、告警信息查看。

（1）系統(tǒng)管理：維護本系統(tǒng)的基本信息設置和用戶管理相關(guān)信息。基本信息設置主要包括設置終端廠商、終端類型、終端規(guī)約、電壓等級、采集方案等系統(tǒng)初始化信息；用戶管理主要包括維護部門管理、用戶管理、角色管理以及權(quán)限設置、用戶角色指定等功能。

（2）檔案信息管理：是反應終端設備和電表設備基本信息及單位信息的最直接窗口，包括“終端/測點管理”、“供電局單位管理”、“統(tǒng)計上報配置”等。

（3）報表管理：對測點以及上報數(shù)據(jù)進行管理，可根據(jù)單位、報表類型、日期、電壓類型等選擇條件，查詢（或下載）當前選擇單位（包括該單位級聯(lián)的所有子單位）中符合查詢條件的測點以及這些測點在相應日期的日（或月、季、年）合格率報表。

（4）統(tǒng)計查詢：按單位或類別查詢各監(jiān)測點的日、月、季、年的合格率數(shù)據(jù)（可按統(tǒng)計表及圖形等方式顯示）；根據(jù)預設的指標查詢?nèi)?、月、季、年的合格率未達到設定指標的測點；查詢相同日期多個監(jiān)測點的比較、單監(jiān)測點的不同日期比較；查詢測點某個時間段內(nèi)的電壓5 min數(shù)據(jù)的超限情況，支持多日時間段內(nèi)的比較分析。

（5）終端維護：通過Web頁面在線維護終端設備各種類型的信息（如設置終端參數(shù)、召回終端參數(shù)）、補采終端數(shù)據(jù)以及重算相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（6）工況信息查詢：查看當前系統(tǒng)中各終端的工作情況，如在線狀態(tài)、采集狀態(tài)等。

（7）告警信息查詢：查看系統(tǒng)中各類告警，如合格率越限、報文異常等。

2 應用情況

溫州電力局按上述體系結(jié)構(gòu)建設了全局統(tǒng)一的電壓合格率管理系統(tǒng)，在溫州電力局市局建設電壓合格率系統(tǒng)主站，各分局、縣局不再建設子系統(tǒng)，直接采用現(xiàn)場終端接入，避免了系統(tǒng)重復建設。目前這種全局統(tǒng)一建設的組建模式為浙江省首例，并起到了一定的示范作用。經(jīng)過近2年的運行，電壓合格率管理系統(tǒng)已從初期的70個監(jiān)測點逐步擴充到目前625個監(jiān)測點，系統(tǒng)范圍已逐步覆蓋全溫州地區(qū)。

系統(tǒng)采用主站、現(xiàn)場終端兩層結(jié)構(gòu)，各級用戶根據(jù)不同的權(quán)限設置，能方便地在Web頁面上統(tǒng)計分析電壓合格率、電壓波動率等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)維護具體化、數(shù)據(jù)查詢展示方式多元化（可以是曲線、棒圖、表格方式體現(xiàn)），方便用戶進行電壓合格率數(shù)據(jù)的分析。通過依據(jù)合格率的控制分析、聯(lián)動分析、同比分析，并根據(jù)系統(tǒng)終端的工況圖，維護人員對異常情況的判斷和處理將更加直觀、方便。

該系統(tǒng)的建成運行取得了良好的效果：一方面有助于及時、準確掌握溫州地區(qū)電壓合格率水平，滿足了電壓合格率數(shù)據(jù)準確、快速上報的要求。通過系統(tǒng)多元化的比較分析，對改善電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量起到了一定的促進作用。另一方面，該系統(tǒng)的運行實現(xiàn)了電壓數(shù)據(jù)的遠程上報功能，一改過去人工抄表、統(tǒng)計所造成的工作效率低下、準確性低的狀況，減輕了生產(chǎn)運行人員的抄表工作量。隨著業(yè)務流程的網(wǎng)上處理，推動了無紙化辦公，有助于節(jié)約辦公成本和提高信息化與技術(shù)水平。

3 應用前景

實際運行表明，該系統(tǒng)大大提高了電力企業(yè)的電壓管理水平，取得了良好的應用效果，但在業(yè)務應用和技術(shù)提升方面還有待完善。

3.1 業(yè)務深化應用前景

應進一步強化電壓合格率管理的專業(yè)性，如電壓合格率指標分解考核功能子系統(tǒng)、現(xiàn)場終端定期校驗管理子系統(tǒng)等。電壓分析功能，如對電壓偏低、電壓偏高、電壓波動和電壓崩潰的分析功能等，應進一步提升。

根據(jù)電壓監(jiān)測儀的量測信息和電網(wǎng)的拓撲模型信息，可以對電壓問題進行診斷，并確定故障的位置和原因，在保障電網(wǎng)安全的情況下，根據(jù)實際情況進行技術(shù)經(jīng)濟比較，從而采取相應的調(diào)整措施。

由于無功功率不能遠程傳輸,導致電壓/無功成為局部問題,整個電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與區(qū)域無功平衡緊密相關(guān)。因此，為解決電壓/無功問題，必須將電力系統(tǒng)按照某種原則劃分成若干個子區(qū)域，再從各區(qū)域獨立性的角度出發(fā)，通過無功裕度分析對各區(qū)域的無功/電壓進行管理：

（1）應用模糊聚類電氣距離法進行區(qū)域劃分，有效解決只存在孤立節(jié)點的區(qū)域、如何歸并PV節(jié)點以及合并各個子區(qū)域等問題。

（2）應用電壓穩(wěn)定指標中的切向量法確定每個區(qū)域的電壓弱節(jié)點。

（3）通過每個區(qū)域電壓弱節(jié)點的U-Q曲線對該節(jié)點的無功裕度進行分析，使系統(tǒng)運行人員將系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的監(jiān)控和預防側(cè)重于電壓弱節(jié)點和無功裕度最小的節(jié)點。

3.2 技術(shù)提升前景

要實現(xiàn)以上業(yè)務規(guī)劃，提升溫州電力局管理水平，尤其是電壓/無功管理的水平，還需要實現(xiàn)更多數(shù)據(jù)的集成，而PI實時數(shù)據(jù)庫就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的有力手段。

（1）首先需要考慮與上級電壓合格率系統(tǒng)平臺的接口。目前溫州電業(yè)局電壓合格率管理系統(tǒng)是浙江省首個地市局統(tǒng)一建設的系統(tǒng)，隨著省電力公司平臺的建設和完善，此種組建模式更有利于接入省公司統(tǒng)一平臺。

（2）數(shù)據(jù)集成要考慮通過PI實時數(shù)據(jù)庫與其他系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享與資源最大化，如與配電網(wǎng)綜合平臺集成，與配變監(jiān)測、小水電管理等業(yè)務系統(tǒng)共享設備模型和用戶信息等。

（3）進一步推進規(guī)約統(tǒng)一。目前不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場終端（統(tǒng)計型電壓表）的通信規(guī)約并未實現(xiàn)統(tǒng)一，因此給終端接入電壓系統(tǒng)帶來一定困難。但隨著通信規(guī)約的逐步統(tǒng)一，今后將能接入更多廠家的終端，有利于系統(tǒng)的推廣應用，最終實現(xiàn)全部電壓監(jiān)測點的接入。

隨著應用不斷完善，相信該系統(tǒng)能建設成為電壓無功管理的專業(yè)系統(tǒng)，為提高電力企業(yè)的無功電壓管理水平發(fā)揮應有的作用。

[1] 楊玉琴，劉國賢，邱吉福.基于廣域網(wǎng)的電壓合格率管理信息系統(tǒng)[J].繼電器,2006，34（9）∶57-59.