基于GPRS通信和PI實時數據庫的電壓合格率管理系統

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

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

電力企業電壓合格率一般通過現場安裝的統計型電壓監測儀進行數據統計，而數據的獲取方式主要是人工現場抄表或短信召喚，再通過人工制表獲得。由于監測點數量眾多且分布較廣，因此耗費大量人力物力，報表及時性也得不到保證。數據傳輸信息量受限制、表計故障無法及時發現、不能對電壓進行實時監控、缺乏系統統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狀，溫州電力局開發了基于GPRS無線傳輸和PI實時數據庫技術的電壓合格率系統。系統的目標是實現統一標準、統一數據格式、統一通信規約、數據統一采集、統一綜合管理的地縣一體化監測和管理,對地區電網各供電電壓監測點的數據實現自動采集、匯總，實現市局、各供電分局和縣局、變電站和供電所的分級管理，實時有效地監測全市供電網的電壓質量，靈活形成各類、各縣區電壓分析統計報表，提供多種電壓質量的分析手段，滿足無功電壓管理深層次需求。

系統還具有對電壓監測設備及對測點設置進行管理的功能，包括測點新增、調整、取消、性質變更以及監測設備配置等業務管理，實現對全市供電電壓監測的綜合管理。

1 系統簡介

系統遵循《國家電網公司供電電壓監測管理系統功能規范（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，利用GPRS無線傳輸，通過省電力公司統一GPRS平臺實現全地區所有電壓監測裝置的數據采集；所有監測裝置的通信遵循統一規約，各縣局不再建設系統，僅安裝電壓監測裝置。根據權限分配并通過Web瀏覽方式，實現監測點信息錄入、裝置維護、數據維護和電壓監測分析等應用，實現電壓合格率數據的監測、上報、分析一體化。

系統基于IEC 61970/61968的CIM規范，完全依據電力設備的層次結構和關聯關系建設，能方便實現各類電壓監測點的上下聯動分析，根據各監測點的信息自動生成各類別、各管理單位的綜合合格率統計關系和統計報表，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計對象和報表的準確性及關聯完整性。由于基于CIM建設底層平臺，系統能方便地實現基于CIM/XML的靜態信息文件生成，同時生成電壓實時數據和統計數據簡化格式的XML文件，便于系統數據共享。

1.1 系統結構及開發技術

系統采用地市局主站和現場終端（帶GPRS遠程傳輸功能的統計型電壓表）二層結構，結構簡化、清晰明了。組網結構如圖1所示，其中前置工作站、數據庫服務器、Web服務器等都合在一臺服務器上。各電壓監測點數據由地市局主站前置工作站通過現場終端采集，利用省電力公司統一GPRS平臺和GPRS無線通信通道，將采集結果保存在數據庫服務器。

圖1 系統組網結構圖

采用分布對象技術和多層分布式事務處理結構，主要以Web為表現形式，以利于多部門人員參與系統數據管理，提高總體性能，降低數據庫與網絡的負擔，實現全分布結構，便于網上隨意部署應用，從而具有較強的伸縮性、適用性和安全性。系統邏輯結構如圖2所示，是基于TCP/IP標準網絡通信協議的Intranet網絡系統，采用基于部件的設計方法，和ActiveX組件/控件、COM/DCOM/CORBA，Web/Browser等開發技術。

圖2 邏輯結構

根據系統的設計目標，電壓合格率管理系統主要由前置采集、數據統計、報表管理、Web瀏覽共4個子系統模塊組成。

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

1）通過GPRS通信方式，實現與電壓監測儀的點對點通信，實現定時自動數據采集和實時信息點播（實時電壓有效值讀取）。

2）當數據庫中數據有缺項時，自動向電壓監測儀追補數據，也可以提供人工追補功能。

3）接收離線采集PDA數據的導入。

4）支持多個工作站的手工采集數據錄入。

5）支持從SCADA系統或PI系統數據庫導入A類電壓監測點的數據。

6）支持B，C，D類部分電壓數據從負控系統和配變監測終端中獲取。

7）采集的原始數據錄入歷史數據庫。

（2）數據統計子系統主要實現不同統計對象的數據分析，滿足對電壓數據的各種統計需求，提高系統的查詢響應速度。具有以下特點：

1）對電壓及統計數據分日、月、季、年統計和A，B，C，D類統計，如超限統計、最高/最低值分析、按地區統計、電壓合格率統計等。

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

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

1）根據查詢條件從數據庫中檢索數據，并進行統計分析，以曲線、圖形或報表的形式顯示或打印出來，或將數據導出到Excel中。

2）查詢結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計分析結果及數據分析比較結果，包括月統計值波動曲線、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、分地區考核比較曲線等。

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

1.2 工作流程及功能

系統工作流程可歸納為：服務器采集各現場終端的實時統計數據，由數據庫服務器對采集數據進行過濾、擇優、統計、分析，并保存入庫；系統用戶在客戶工作站瀏覽網頁，通過HTTP協議及ActiveX控件向Web服務器發出請求，Web服務器分析客戶提交的HTTP請求后，直接通過ADO接口從數據庫服務器獲取數據并生成網頁。

由于系統采用了Web發布方式和部分頁面刷新的設計，使數據獲取更快捷、操作更簡潔。主要功能包括：系統管理、檔案信息管理、報表管理、統計查詢、終端維護、工況信息查詢、告警信息查看。

（1）系統管理：維護本系統的基本信息設置和用戶管理相關信息。基本信息設置主要包括設置終端廠商、終端類型、終端規約、電壓等級、采集方案等系統初始化信息；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”、“統計上報配置”等。

（3）報表管理：對測點以及上報數據進行管理，可根據單位、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）統計查詢：按單位或類別查詢各監測點的日、月、季、年的合格率數據（可按統計表及圖形等方式顯示）；根據預設的指標查詢日、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測點的比較、單監測點的不同日期比較；查詢測點某個時間段內的電壓5 min數據的超限情況，支持多日時間段內的比較分析。

（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、召回終端參數）、補采終端數據以及重算相關的數據。

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

（7）告警信息查詢：查看系統中各類告警，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構建設了全局統一的電壓合格率管理系統，在溫州電力局市局建設電壓合格率系統主站，各分局、縣局不再建設子系統，直接采用現場終端接入，避免了系統重復建設。目前這種全局統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。經過近2年的運行，電壓合格率管理系統已從初期的70個監測點逐步擴充到目前625個監測點，系統范圍已逐步覆蓋全溫州地區。

系統采用主站、現場終端兩層結構，各級用戶根據不同的權限設置，能方便地在Web頁面上統計分析電壓合格率、電壓波動率等數據。系統維護具體化、數據查詢展示方式多元化（可以是曲線、棒圖、表格方式體現），方便用戶進行電壓合格率數據的分析。通過依據合格率的控制分析、聯動分析、同比分析，并根據系統終端的工況圖，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、準確掌握溫州地區電壓合格率水平，滿足了電壓合格率數據準確、快速上報的要求。通過系統多元化的比較分析，對改善電網供電電壓質量起到了一定的促進作用。另一方面，該系統的運行實現了電壓數據的遠程上報功能，一改過去人工抄表、統計所造成的工作效率低下、準確性低的狀況，減輕了生產運行人員的抄表工作量。隨著業務流程的網上處理，推動了無紙化辦公，有助于節約辦公成本和提高信息化與技術水平。

3 應用前景

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

3.1 業務深化應用前景

應進一步強化電壓合格率管理的專業性，如電壓合格率指標分解考核功能子系統、現場終端定期校驗管理子系統等。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。

根據電壓監測儀的量測信息和電網的拓撲模型信息，可以對電壓問題進行診斷，并確定故障的位置和原因，在保障電網安全的情況下，根據實際情況進行技術經濟比較，從而采取相應的調整措施。

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

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

（2）應用電壓穩定指標中的切向量法確定每個區域的電壓弱節點。

（3）通過每個區域電壓弱節點的U-Q曲線對該節點的無功裕度進行分析，使系統運行人員將系統電壓穩定的監控和預防側重于電壓弱節點和無功裕度最小的節點。

3.2 技術提升前景

要實現以上業務規劃，提升溫州電力局管理水平，尤其是電壓/無功管理的水平，還需要實現更多數據的集成，而PI實時數據庫就是實現數據集成的有力手段。

（1）首先需要考慮與上級電壓合格率系統平臺的接口。目前溫州電業局電壓合格率管理系統是浙江省首個地市局統一建設的系統，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一平臺。

（2）數據集成要考慮通過PI實時數據庫與其他系統集成，實現數據資源共享與資源最大化，如與配電網綜合平臺集成，與配變監測、小水電管理等業務系統共享設備模型和用戶信息等。

（3）進一步推進規約統一。目前不同廠家生產的現場終端（統計型電壓表）的通信規約并未實現統一，因此給終端接入電壓系統帶來一定困難。但隨著通信規約的逐步統一，今后將能接入更多廠家的終端，有利于系統的推廣應用，最終實現全部電壓監測點的接入。

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

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