實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺通用訪問方法研究

周 升，陶 敏

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

浙江電力實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺自2005年建成以來，陸續(xù)接入了各級調(diào)度SCADA系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)、輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)等大量實時歷史數(shù)據(jù)，共計150余萬個測點(diǎn)。在數(shù)據(jù)接入的基礎(chǔ)上，通過鼓勵群眾性創(chuàng)新應(yīng)用和開展實時歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用競賽等措施，在全省范圍內(nèi)開發(fā)、實施和部署了數(shù)百個實時/歷史數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用，范圍幾乎涵蓋了電力生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)。實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺需要為這些業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，但是隨著業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和大量業(yè)務(wù)應(yīng)用的部署，現(xiàn)有的平臺訪問方式已不能滿足浙江電力實時/歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的需要，有必要研究一套通用的平臺訪問方法。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺

國家電網(wǎng)公司發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司海量歷史準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)管理平臺典型設(shè)計》（以下簡稱國網(wǎng)典設(shè)），對國家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)海量實時/歷史數(shù)據(jù)庫管理平臺在系統(tǒng)架構(gòu)、功能規(guī)范、數(shù)據(jù)交互規(guī)范等方面給出了規(guī)范性建議。

國網(wǎng)典設(shè)要求網(wǎng)省公司采用集中部署模式，即數(shù)據(jù)接入和應(yīng)用都要求在網(wǎng)省層面。

國網(wǎng)典設(shè)對平臺的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)也有要求，為各業(yè)務(wù)應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的歷史/準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，例如CIS訪問接口、SQL訪問接口、UAPI（Universal API，通用訪問接口）和 OPC 接口等。同時對數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行封裝，對外提供一致性的調(diào)用接口，隔離外部各類應(yīng)用對平臺數(shù)據(jù)的直接訪問。

1.2 浙江電力實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺現(xiàn)狀

浙江電力實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺訪問架構(gòu)如圖1所示。

目前全省與實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的主要應(yīng)用如下：

（1）調(diào)度管理應(yīng)用。從實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺獲取全省220kV及以上的調(diào)度數(shù)據(jù)，用于潮流分析、線損分析、負(fù)荷監(jiān)測、低周減載等調(diào)度輔助分析應(yīng)用。

（2）營銷管理應(yīng)用。主要有用電信息采集系統(tǒng)、營銷直報系統(tǒng)、營銷需求側(cè)系統(tǒng)、售電市場系統(tǒng)等，從實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺獲取源于SCADA的測點(diǎn)和電量數(shù)據(jù)。

（3）生產(chǎn)管理應(yīng)用。主要應(yīng)用系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)（即PMS，含GIS）、應(yīng)急管理系統(tǒng)、輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)等。需要從實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺獲取在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)等。

（4）電網(wǎng)統(tǒng)計與規(guī)劃應(yīng)用。主要應(yīng)用于發(fā)展策劃部的生產(chǎn)統(tǒng)計分析系統(tǒng)、電網(wǎng)規(guī)劃輔助管理系統(tǒng)等，需要從實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺獲取全省220kV及以上測點(diǎn)的實時/歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)及變電站一次接線圖。

（5）其它與平臺相關(guān)的應(yīng)用。

各類業(yè)務(wù)應(yīng)用對實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺數(shù)據(jù)的需求各不相同，所以各部門自行開發(fā)和部署了眾多的實時/歷史數(shù)據(jù)訪問接口（見圖1）。各類應(yīng)用訪問平臺時缺少統(tǒng)一的規(guī)劃，定位也不明確，從而造成數(shù)據(jù)接口雜亂、重復(fù)，甚至在同一類業(yè)務(wù)應(yīng)用中的不同系統(tǒng)也有不同接口。這不僅影響獲取數(shù)據(jù)的效率，還造成平臺接口管理和維護(hù)的困難，也浪費(fèi)了平臺資源。

隨著浙江電力各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，新的應(yīng)用不斷增加，如果沒有統(tǒng)一規(guī)劃，實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺上將會出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)接口，極大增加平臺的運(yùn)行壓力。如何制定符合浙江電力應(yīng)用需求的實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺通用訪問方法，是目前面臨的重要問題。

2 平臺通用訪問方法

2.1 平臺架構(gòu)

按照國網(wǎng)典設(shè)中數(shù)據(jù)訪問服務(wù)的要求以及浙江電力制定發(fā)布的《PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺數(shù)據(jù)訪問規(guī)范（試行）》的可用及易用性要求，通過Web-Service封裝PI-SDK和PI-API，提供標(biāo)準(zhǔn)、通用的實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺測點(diǎn)配置信息以及測點(diǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)訪問方法。

對平臺的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)進(jìn)行改造后的總體架構(gòu)如圖2所示。

2.2 常用訪問方法

圖1 實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺架構(gòu)

通過對全省范圍內(nèi)多年來實時/歷史數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的梳理和分析，總結(jié)實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺常用的訪問方法有以下幾類：

（1）服務(wù)器連接與身份驗證。使用服務(wù)器統(tǒng)一的身份驗證機(jī)制，驗證訪問接口客戶端身份。接口自動生成驗證字段返回給客戶端，客戶端使用該驗證字段進(jìn)行測點(diǎn)配置信息以及測點(diǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)的訪問。用戶驗證信息具有時效性。

（2）測點(diǎn)屬性查詢。用戶查詢特定服務(wù)器的測點(diǎn)信息，包括全測點(diǎn)查詢、過濾查詢以及特定測點(diǎn)的屬性查詢等方法。過濾查詢支持“*”等通配符以及多個屬性的過濾條件組合，過濾條件遵循測點(diǎn)檢索規(guī)范。

（3）實時數(shù)據(jù)查詢。特定測點(diǎn)實時數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，支持批量操作。

（4）歷史數(shù)據(jù)查詢。任意時間段內(nèi)測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)查詢，支持批量操作。對于特定時間點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)查詢，提供時間點(diǎn)前、后或插入輸出的方式返回測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)。

2.3 擴(kuò)充訪問方法

近年來，浙江電力加大了實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺的應(yīng)用與研究，新的實時/歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，如輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、分層分區(qū)的需求側(cè)實時管理系統(tǒng)等，常用的平臺數(shù)據(jù)訪問方法已不能滿足業(yè)務(wù)需求。因此，對常用的訪問方法進(jìn)行了擴(kuò)充。

2.3.1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢

任意時間段內(nèi)特定測點(diǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢，通過輸入統(tǒng)計方式（求和、最大、最小、平均等），查詢該時間段內(nèi)所選統(tǒng)計方式的數(shù)據(jù)，支持批量操作。

2.3.2 數(shù)據(jù)過濾查詢

查詢?nèi)我鈺r間段內(nèi)測點(diǎn)過濾后的歷史數(shù)據(jù)。通過輸入過濾條件，可查詢在該時間段內(nèi)符合過濾條件的歷史數(shù)據(jù)，支持批量操作。

2.3.3 對計算點(diǎn)的操作

實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺中不僅保存著原始數(shù)據(jù)，還保存著經(jīng)過計算和處理后的數(shù)據(jù)。在某些高級應(yīng)用中還需要通過平臺訪問方法對計算點(diǎn)進(jìn)行操作，如添加、修改、回寫二次數(shù)據(jù)等，針對這類應(yīng)用定義如下：

（1）測點(diǎn)添加、刪除操作。添加和刪除服務(wù)器測點(diǎn)。用戶可通過提供基本的屬性來創(chuàng)建新測點(diǎn)，并在創(chuàng)建成功后使用測點(diǎn)信息變更操作方法修改特定測點(diǎn)的屬性信息。

（2）測點(diǎn)信息變更操作。變更特定測點(diǎn)的屬性信息，支持批量操作。用戶需保證測點(diǎn)的唯一性，對于測點(diǎn)標(biāo)簽（Tag）屬性的修改，需提供原始屬性。用戶可通過提供測點(diǎn)ID來修改測點(diǎn)的任意屬性，無需提供屬性的原始信息，測點(diǎn)ID不可修改。

（3）歷史數(shù)據(jù)刪除。任意時間段內(nèi)測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)刪除，支持批量操作。

（4）歷史數(shù)據(jù)插入。任意時間段內(nèi)測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)插入，支持批量操作。支持替換、插入等多種方式的數(shù)據(jù)插入。

圖2 改造后的平臺架構(gòu)

（5）歷史數(shù)據(jù)修改。任意時間點(diǎn)測點(diǎn)數(shù)據(jù)修改，支持批量操作。支持插入、替換等多種方式的數(shù)據(jù)修改操作。

2.4 應(yīng)用舉例

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)需要從實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺獲取主變壓器、斷路器等設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。首先通過測點(diǎn)屬性查詢方法獲取平臺中的測點(diǎn)信息，再通過實時數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢等方法獲取平臺中的數(shù)據(jù)。

分層分區(qū)的需求側(cè)管理系統(tǒng)不僅要獲取平臺中的實時/歷史數(shù)據(jù)，還需要通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢方法來獲取一段時間內(nèi)測點(diǎn)的統(tǒng)計值。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算、停電跳閘分析等高級功能是通過測點(diǎn)添加刪除操作、歷史數(shù)據(jù)插入、歷史數(shù)據(jù)修改等方法，把計算好的結(jié)果回寫到平臺中，供其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

浙江電力各應(yīng)用系統(tǒng)與實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺間的數(shù)據(jù)訪問如圖3所示。以上應(yīng)用實例說明，通用訪問方法能滿足目前浙江電力的應(yīng)用需求。

3 平臺訪問方法優(yōu)化及測試

根據(jù)國家電網(wǎng)公司對海量歷史/準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)管理平臺的驗收標(biāo)準(zhǔn)，對現(xiàn)有實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺和應(yīng)用情況進(jìn)行了自查驗收評分。細(xì)致比對和分析現(xiàn)有平臺及應(yīng)用與國家電網(wǎng)驗收標(biāo)準(zhǔn)存在的差異，明確平臺優(yōu)化的方向。

表1 通用訪問方法改造情況

表2 通用訪問方法測試情況

圖3 各應(yīng)用訪問平臺

目前浙江電力實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺仍使用PI-SDK和PI-API等接口技術(shù)，需要按照國家電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫接口UAPI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造。在研究使用通用的WebService技術(shù)實現(xiàn)實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺通用訪問方法的同時，對這些訪問方法調(diào)用的底層API接口進(jìn)行了改造，使其符合國網(wǎng)典設(shè)要求。

根據(jù)平臺通用訪問方法的分類，實現(xiàn)了14個通用訪問方法，并對其中10個方法進(jìn)行了改造和優(yōu)化，如表1所示。

UAPI接口屏蔽了底層數(shù)據(jù)庫的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)及差異，對外提供統(tǒng)一的訪問接口為上層應(yīng)用服務(wù)，從而實現(xiàn)了透明性以及分布式訪問。即使數(shù)據(jù)庫進(jìn)行升級和替換，實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺通用訪問方法仍然適用，從而通過UAPI接口實現(xiàn)了通用訪問方法對不同數(shù)據(jù)庫的兼容。

按照國網(wǎng)典設(shè)的要求，浙江電力實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺需要進(jìn)行改造，從訪問方法的優(yōu)化入手可以在不影響原有平臺正常運(yùn)行的前提下，做到先并行后替代的無縫切換。“制定通用訪問方法，實現(xiàn)UAPI接口”遵循平穩(wěn)過渡的改造原則，不僅降低了風(fēng)險，也為應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的訪問提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口。

結(jié)合目前正在開展的輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)項目對實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺通用訪問方法進(jìn)行了測試，結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)語

通過平臺通用訪問方法的研究、實現(xiàn)和優(yōu)化，為電網(wǎng)各信息化系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的實時/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，解決了目前平臺訪問接口管理和維護(hù)困難的問題，節(jié)省了平臺資源，使實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺成為其他關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐和關(guān)鍵輔助，為堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)打下堅實的信息化基礎(chǔ)。