PI實時/歷史數據庫在智能變電站的應用

劉 巖，姚 峰

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

0 引言

隨著在線監測技術的不斷發展和成熟，狀態檢修在我國電力系統得到了初步應用和推廣。國家電網公司明確提出從2010年開始全面推廣實施設備狀態檢修。同時，隨著智能電網進入全面建設階段，提升設備智能化水平，推廣應用智能設備和技術，實現電網安全在線預警和設備智能化監控，已成為各電網公司、電力設備生產企業以及科研機構關注的熱點[1]。對輸變電設備實行實時在線監測既可實時掌握設備狀態，又對設備狀態數據管理提出了“實時、高效、兼容性強”的要求，傳統的數據庫已不能滿足上述要求。

作為國網公司智能變電站第一批建設試點工程，浙江金華蘭溪500kV芝堰變電站在設備狀態數據管理中結合本地實際以及PI數據庫系統在浙江電網的應用經驗，采用PI實時/歷史數據庫作為變電站設備狀態數據的基礎數據庫，取得了很好的效果。

1 芝堰變電站在線監測系統架構

1.1 在線監測項目及傳輸方式

在線監測項目主要包括：變壓器油色譜分析；變壓器特高頻局部放電監測；變壓器鐵芯電流監測；斷路器SF6密度、微水在線監測；斷路器SF6壓力監測；斷路器分/合閘波形監測；斷路器開關動作時間監測；斷路器分/合閘線圈儲能回路監測；避雷器全電流及阻性電流監測；避雷器動作次數監測。

變電站區域內信息傳輸主要采用無線（主要用于避雷器設備相關監測）與有線（其余設備）傳輸網絡相結合的傳輸方式。

1.2 在線監測信息架構

根據金華芝堰變電站的實際情況以及在線監測數據特點，本次改造所涉及的變電站在線監測系統由在線監測設備廠家提供，并以在線監測模塊形式集成在變電站一體化信息平臺，系統架構見圖1。

圖1 芝堰變電站信息傳輸架構圖（在線監測部分）

1.3 在線監測數據庫平臺的特殊要求

芝堰變電站經過智能化改造后，設備狀態信息量呈現井噴式增長，因此對配套數據庫的要求也隨之提高。主要表現為：

（1）實時性：當數據庫訪問、數據庫在線生成、在線修改同時進行時，應不影響實時系統（變電站信息一體化平臺）的正常運行，對數據庫的訪問時間必須小于0.5 s。應具備實時數據與歷史數據調用同步進行的功能，在多個用戶同時訪問數據庫時，也應滿足上述要求。

（2）海量存儲：至少能存儲5年以上的實時/歷史數據，數據寫入與更新操作不因歷史數據的多少而發生變更，應至少滿足每秒10000個數據同時寫入。在數據訪問時，不同時間段的數據獲取性能只與該時間段內數據的多少有關，而與數據庫存儲的數據量以及時間的跨度無關。

（3）靈活性：可提供多種數據庫的訪問方式，并具備國家電網公司輸變電狀態監測系統調用本站設備狀態數據的功能。

（4）易用性：提供便利的數據組態工具、Web控件，以便快速構建實時/歷史數據圖形及報表，同時也應提供完善的SDK或API，用于開發復雜的實時/歷史數據應用。

2 PI實時/歷史數據庫

2.1 PI實時/歷史數據庫系統特點

（1）采集效率高、讀取速度快。單機點數規模達400萬點；數據吞吐量為4百萬個/秒；存儲能力為每秒10～15萬個事件；數據訪問能力為每秒100萬個事件；秒級時間內可以取到1000點的2～3年的歷史數據，尤其適合局部放電類信號的存儲與管理。

（2）存儲效率高、磁盤占用空間小，恢復精度達100%。采用旋轉門壓縮專利技術和獨到的二次過濾技術，使進入到PI數據庫的數據經過最有效的壓縮，極大地節省了硬盤空間。

（3）具有多種應用程序和接口程序，便于展示和分析實時數據，滿足各種基于B/S和C/S的客戶端用戶的需求。分布式服務器結構提供了成熟接口開發工具，集中式數據管理方式使數據來源復雜且分散的問題迎刃而解。提供超過400種成熟的具有數據緩存功能的接口軟件。

2.2 作為大型監測系統數據庫的優勢

（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、鎮級輸配電設備，數據流量普遍介于每秒2000～4000點，地市一級則可達到每秒數萬點，省及區域電網的數據流量更高。因此目前電網調度系統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每秒 80000個事件等性能特點。因此，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，也是電網發展的主要方向。由于智能電網對系統自愈、互動、安全等方面要求更高，相應地對實時數據采集也有較高要求，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較大的增長，實時數據庫及監控信息系統應用前景較為樂觀。

浙江電網企業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電力局的各類應用系統，若能轉變數據存儲的思路，從數據采集末端就使用實時數據庫來存儲測量數據，并通過PI-SDK訪問總線將分布在不同行政區域的PI數據庫建設成為一個邏輯整體，生產控制大區和管理信息大區通過物理隔離裝置單向通信，站內PI實時/歷史數據庫系統實現測點和數據的自動維護，并通過PI測點同步將維護信息自動同步到站外PI服務器，這樣就可望在短期內大大提升實時數據庫的運行效率。就近使用和將實時/歷史數據就近接入PI數據庫系統，可有效保障數據接入的安全性、可靠性，減少網絡的數據傳輸量，保障PI系統運行的可靠性，有力支撐智能電網的建設。

3 PI實時數據庫在智能變電站的新型應用

結合智能變電站對輸變電設備狀態信息數據庫提出的高要求以及PI實時數據庫的應用經驗，本次芝堰變電站智能化改造工程中采用了PI實時/歷史數據庫作為關鍵數據存貯、管理的數據庫平臺。

3.1 與地區電力局PI系統的接口處理

針對本次變電站智能化改造，PI實時/歷史數據庫數據接入采用以下方式：新增站內PI服務器、站外PI服務器、物理隔離器裝置，站內PI服務器部署在生產控制大區（一區或者二區），站外PI服務器部署在管理信息大區（四區）；采用統一的信息采集數據模型和通信協議標準實現數據采集；站內外PI系統建設充分考慮安全性和可靠性，其網絡拓撲如圖2所示。

3.2 與輸變電在線監測系統接口

依據《國家電網公司輸變電設備狀態監測系統總體框架設計》中的系統設計目標、原則和設計思路，結合本省實際，浙江省電力公司輸變電設備狀態監測系統總體架構如圖3所示。

4 存在的問題

（1）PI數據庫成本較高，給PI應用的推廣帶來了很大的困難。需要從全省統一實施的角度來考慮智能變電站改造中PI實時/歷史數據庫系統的部署方式，并將其統一納入到PI數據中心平臺的建設中。

（2）現有的PI-CNI物理隔離通信軟件要求站內外各部署1臺PI數據庫服務器，站外服務器鏡像站內服務器數據，多個服務器的部署將加重硬件管理和維護的復雜程度，不利于實時/歷史數據的綜合利用。在全省統一實施方案的制定過程中應充分考慮此類軟件使用的局限性，并提出切實可行的解決方案。

（3）此次智能變電站改造只涉及實時/歷史數據的傳輸，未自動接入智能變點站DL/T 860的配置文件，給今后的應用留下了隱患。DL/T 860配置參數的使用是一個復雜的問題，既牽涉到配置文件本身的解析、融合，也牽涉到與SCADA系統提供的DL/T 890 CIM模型間的映射，需要進行專題研究。

（4）與傳統關系型數據庫不同，PI數據庫采用螺旋式的存儲結構。因此，將監測數據接入PI實時數據庫需要具備一定的數據庫基礎，并由專業軟件人員完成，這對在線監測系統和技術人員提出了較高的要求。考慮到現有智能化變電站在線監測系統均由生產廠家提供服務，技術水平參差不齊，對PI數據庫的理解存在差異，這些均可能影響智能化改造工程的進度及其數據質量。

圖2 金華地區PI系統部署拓撲圖

圖3 輸變電設備狀態監測系統總體架構

5 結語

金華芝堰變電站智能化改造工程克服了傳統關系型數據庫在實時性、數據在線壓縮、多點接入等方面的問題，實現了在線監測數據有效、實時的管理與存儲，提升了智能變電站的數據管理水平，同時也切實提高了數據庫使用效率，為智能變電站的運行維護提供了保障。

[1]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網綜述[J].電網技術，2009，33（8）∶1-7.

[2]方明霞.PI數據庫在浙江電網的應用現狀與展望[J].浙江電力，2010（4）∶51-54.