PI數據庫在浙江電網的應用現狀與展望

方明霞

（浙江省電力試驗研究院， 杭州 310014）

PI數據庫在浙江電網的應用現狀與展望

方明霞

（浙江省電力試驗研究院， 杭州 310014）

介紹 PI數據庫的技術特點及優勢， 總結了近幾年浙江電網企業開展的 PI系統主要應用概況，結合典型案例指出應用中的一些難點問題， 并就 PI系統在電網企業的進一步應用進行了展望。

PI； 實時數據庫； 應用

浙江省電力公司自 2003 年開展實時 /歷史數據庫管理系統在電網企業的應用研究以來，歷經可行性論證、試點研究、全面推廣實施、全面推進應用等幾個階段，逐步建立了基于 PI數據庫的省、 地、 縣三級電網統一的實時/歷史數據庫平臺，實現了電網生產運行數據在公司系統各個層面的開放和共享。最初是在寧波和嘉興兩個地區電力局開展試點，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個地區局全面實施。各類專業人員先后在電網調度、 生產及營銷等方面自主開發了 200 多個應用模塊， 涌現了大批 PI數據庫應用成果。

1 PI數據庫系統的特點及作用

PI 實時數據庫系統是由美國 OSISoftware 公司開發的基于 C/S、 B/S 結構的廠級實時數據集成和應用平臺，是一個由服務器端、客戶端以及接口部分組成的模塊式的軟件系統。作為一種先進的實時數據庫系統，在體系構架設計和數據壓縮技術等方面具有顯著優勢。 PI實時數據庫系統采用“旋轉門”的專利壓縮技術進行數據壓縮，數據通過獨到的二級過濾方可進入歷史數據庫。基于這種特有的壓縮技術，可使幾十萬點的生產數據在線存儲多年，大大降低了數據的存儲空間；同時，保持數據以原有的時間和精度存儲。

PI實時數據庫是過程類企業全廠信息集成的必然選擇，是工廠底層控制網絡與上層管理信息系統網絡連接的橋梁，在工廠信息集成中扮演著特殊和重要的角色。 PI實時數據庫用于工廠數據的自動采集、存儲和監視，一方面提供清晰、精確的操作畫面，供用戶瀏覽當前的生產情況或回顧過去的生產情況；另一方面，為最終用戶和應用軟件開發人員提供了快捷高效的工廠信息。因而， PI實時數據庫系統適用于電力、 石油、 化工、冶金、造紙、制藥、水處理、食品飲料、通信等各類企業的生產過程優化，是目前全世界裝機量最多的實時數據庫系統。

2 PI系統在浙江電網的主要應用成果

2.1 建立了全省 PI 數據庫基礎平臺

只有擴大數據源，才能真正實現應用的全面和集成。目前浙江省電力公司購買的實時數據庫PI系統可容納 15 萬點， 在高端產品服務器上可以處理每秒 15萬點的數據。 省公司現已建立了以 PI數據庫為中心的統一電網實時數據平臺，實現多種實時數據/歷史數據的整合和高密度長時間的壓縮保存。地區局數據源類型及接入方式如圖1所示。

2.2 主要應用成果

PI數據庫提供的是一個數據平臺， 只有通過基于該平臺的二次開發，才能最大限度地利用各類數據。浙江電網企業在該平臺上開發的應用成果達 200 多個， 主要用于統計、 分析、 計算、 規劃，可歸納為以下五類：綜合分析、監視報警、統計報表、關鍵指標、應用接口。

（1）綜合分析： 地區潮流圖及各類設備潮流或流量分析；油色譜監視和故障分析；各類設備的運行分析；各類設備的負荷或利用率分析；各類設備狀態及性能分析；各類電能量平衡分析和線損分析；無功與電壓及分接開關調節和電容器投切分析；用電分析等。

此類應用主要利用 PI數據庫保存的實時發電出力、主變與線路負載、無功補償容量、交換功率、變電所開關狀態等電網運行數據，經過潮流計算， 利用 PI工具定制可視化的監控畫面和數值報表，支持穩定控制與決策優化。

（2）監視報警： 電網主設備安全監測； 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；變電站線路監測預警圖；電廠一次接線圖；電廠運行分析圖；配電設備運行狀態；需求側設備運行狀態；信息及通信設備運行狀態。

此類應用主要基于 PI數據庫的 5 s記錄頻度， 獲得詳細的測點變化過程信息， 利用 PI工具將與事件相關的測點和遙信事件組合在同個圖形界面上，并按統一時標進行測點量值對比和分析。

（3）統計報表： 地區負荷日、月報；地區功率因數整點日、月報；廠站負荷日、月報；線路負荷/電流日、 月報； 廠站功率因數整點日、 月報；廠站母線電壓日、月報；電能量和線損統計報表。

（4）關鍵指標： 線損率； 負荷預測； 電網用電負荷率；市場占有率；責任頻率合格率；中樞點電壓合格率；城市綜合電壓合格率；輸變電設備可靠性統計。

負荷預測、 線損統計分析主要利用 PI數據庫保存的電網負荷數據，根據氣象數據的相似性初選基準曲線，然后根據發電出力、檢修計劃、氣象數據預報、實際負荷等實時和非實時數據，分時段調整曲線，得到預測結果。

圖1 PI實時數據庫系統數據源典型接入示意圖

輸變電設備可靠性統計應用是利用 PI數據庫中遙信遙測數據和設備之間的連接關系，為每種投產設備的狀態建立起相應的判斷條件，然后將這些條件表達成 PI數據庫的邏輯表達式，讓PI數據庫自動判斷設備狀態， 并統計出該狀態的持續時間，進而得出可靠性數據。

（5）應用接口： 輸配電及通信線路 GIS 數據接口；信息系統運行管理系統數據接口；需求側管理系統數據接口；用電營銷系統數據接口；電能量管理系統數據接口。

此類應用基于 PI 數據庫提供的對 OPC、ODBC、 LOEDB 的支持， 以及 PI-API接口函數庫和 SDK 開發工具包， 可以方便地開發專用接口。

3 PI應用中的難點問題及解決方法

3.1 數據壞點

在實際生產過程中，現場的表計可能出錯，數據傳送過程中也可能存在短時干擾等不確定因素， 致使 PI實時數據中存有部分失真的數據壞點。對此，可借助工具軟件進行數據濾波與糾錯。

以紹興電網負荷統計系統為例，對可能存在的數據壞點的基本處理思路為：根據主變負荷大于額定容量 1.3 倍后變電所內保護裝置（主變過載自動切負荷裝置）會采取相應動作的原理，一般可將過濾條件中最高負荷的上限設為主變額定容量的 1.3 倍， 當從數據庫中提取的數據超過這個限值時，自動將該數據過濾，不再列為統計對象。對于 1~1.3 倍間的數據，通過查看、分析該日負荷曲線后設定過濾條件并逐步進行修改，可結合某日正常的負荷曲線或主變額定來設定限值。基于以上思路，對指定時間段內的遙測可疑數據（如毛刺等）給出提示，并由值班人員進行 PI數據庫的正確性確認和修改，從而保證數據的準確性。

3.2 SCADA-PI 圖數模一體化接口和 PI-MDB電網層次模型

在基于 PI數據庫的各類應用軟件開發中，單獨將數據從 SCADA 接入 PI系統是容易實現的，但是實時的生產數據只有和關聯的設備聯系在一起才有意義。因此，接入過程中要解決的關鍵技術是如何做到圖形和數據的自動維護。

公共信息模型（CIM）采用面向對象的方法，描述電力系統資源的屬性以及相互之間的關系。采用 IEC61970 定義的 CIM， 計量測點帶上拓撲信息，就能按照設備歸類、查找數據，保留了關聯關系。

圖數模一體化接口即是基于 CIM 實現 對SCADA 系統的私有模型到 CIM XML 格式模型的轉換， 使 PI數據庫系統以標準方式獲取 SCADA系統 的模型 與運行信息； PI 數 據 庫 獲 取 CIM/ XML 格式的模型后，將在 PI-MDB 中建立對應的模型。 PI-MDB 是 PI數據庫系統的模型數據庫，以樹形結構存儲信息，使用戶可以利用其圖形化目錄樹方便調用各類實時數據。 PI數據庫系統使用 PI-MDB 保存電網模型，相關測點將被關聯到設備節點上，通過 SCADA-PI圖數模一體化接口技術， 實現調度自動化系統與 PI間相關對應測點、圖形和電網拓撲模型的單側單點統一維護。

3.3 PI 數據庫測點的自動維護

PI數據庫系統建立模型后，相關測點將被關聯到設備節點上。 依據設備與測點的 CIM 定義，可以實現 PI數據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）實時系統只使用一個時間斷面上的數據，因此數據的維護只有添加或刪除，而沒有修改的概念。 就 PI實時數據庫系統而言， 不僅要維護某一個時間斷面上數據（圖形與模型等）之間的對應關系，還要將不同時間斷面上相同的內容有機地結合在一起。

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

（3）一些歷史數據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則的維護流程，可通過規則實現自動維護。反之則需首先分析數據源系統維護工作發生的頻度以及系統之間關聯維護的工作量，如果發生頻度或關聯維護的工作量大，可通過制定規則實現自動維護；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據源與目的系統，可能會出現各種異常和維護差錯，需要通過人工干預——召喚數據的方式完成系統的維護。因此在數據召喚前，要對數據源系統進行必要的數據準備。

4 PI數據庫系統在電網企業的應用展望

（1）電網企業信息化系統普遍采用樹狀結構，最低一層是縣、鄉、鎮級輸配電數據流量，普遍介于 2 000 ～ 4 000 點 /秒以內， 而地市一級則普遍達到數萬點，省及區域電網的數據流量則更高，現有電網調度系統普遍采用的關系數據庫已不能適應行業監控的需求，面臨大范圍的升級和改造。 PI實時數據庫系統具有單臺 PC 服務器即可支持 100 多萬個數據點和 500 多個用戶同時連接， 數據存儲和檢索速度為 80000 個事件/秒等性能特點。因此，可以預見將會有更多區域和省級電網企業將實時數據庫系統及基于實時數據庫開發的監控系統作為信息化建設的重點。

（2）智能電網是當前電力系統的研究熱點之一，也是電網未來發展的主要方向。由于智能電網對系統自愈、互動、安全、電能質量等方面要求更高，相應地對實時數據采集也產生了較高的要求，以往所用的數據庫將無法滿足系統運行的需要，這也決定了未來實時數據庫系統在智能電網領域的應用趨勢。預計未來實時數據庫系統在“堅強智能電網”領域的應用將會呈現一個較大的增長，電網領域的實時數據庫及監控信息系統應用前景較為樂觀。

（3）浙江電網企業以往幾年 PI數據庫系統的應用開發，使實時數據庫系統存儲時間序列數據的優勢得以顯現。但目前 PI數據庫系統的數據主要來自于地區局的各類應用系統，若能轉變數據存儲的思路，從數據采集末端就開始使用實時數據庫存儲測量數據，并建立不同安全區域、不同行政區域的立體數據平臺，可望大大提升實時數據庫的效率。構建立體數據平臺可采用多級數據收集和傳輸的網絡構架體系，如數據接入服務器設置在電力信息網內，各專業系統通過物理隔離裝置將數據發送到本系統的數據接入服務器；各級系統通過單端口加密的方式將數據逐級發送到上一級服務器，數據的傳輸過程還可設置時效控制，防止通過截獲數據包解密而實施的網絡攻擊。通過加強同一行政區域不同安全等級之間以及不同行政區域之間的數據傳輸安全手段，使各專業系統數據能安全、高效、準確地送達各級數據庫服務器。

目前， 浙江電網現有的 PI數據庫項目已開發了大量的圖形和報表應用，但仍有一些工作還有待開展，如：對現有應用從界面風格和功能上進一步修改、完善，以滿足各層次數據展示的要求； 設計應用的展示、 跳轉層次結構， 完善 Web展示體系；隨著新系統的不斷接入，針對不同的數據源，開發符合各專業要求的新應用；深入挖掘不同專業系統間的數據相關性，開發一些更具實際價值的應用； 結合PI數據庫的其他應用開發工具，充分利用其功能開發高級應用等等。

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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工作。