電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)的研發(fā)

葉 勇，陸 路，李 杰

(泰州供電公司，江蘇泰州 225300)

信息，從調(diào)度控制中心角度出發(fā)，實(shí)時(shí)信息分為：（1）遙信信息，斷路器狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、變壓器分接頭位置、繼電保護(hù)和自動裝置的動作狀態(tài)等；（2）遙測信息，輸電網(wǎng)中變壓器和線路的有功功率、無功功率、電流，母線電壓等；（3）遙控信息，調(diào)度控制中心向所管轄的變電站發(fā)送的斷路器分合閘、電容器及其他自動裝置投切的遙控命令；（4）遙調(diào)信息，調(diào)度控制中心向所管轄的變電站發(fā)送的變壓器分接頭以及其他電力設(shè)備的遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)命令。

OPEN-3000系統(tǒng)是基于CDT，IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-101等通信協(xié)議，將上述變電站“四遙”信號采集至自動化主站系統(tǒng)，在后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并經(jīng)安全隔離裝置發(fā)布到安全I(xiàn)II區(qū)的Web服務(wù)器[1，2]。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電網(wǎng)監(jiān)控是電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保障，隨著江蘇省用電負(fù)荷大幅增加，全省監(jiān)控設(shè)備規(guī)模迅速擴(kuò)張，江蘇省電力公司調(diào)度控制中心為了規(guī)范化管理，制定了統(tǒng)一格式下的月度報(bào)表（以下簡稱“月報(bào)”），每個(gè)月底統(tǒng)計(jì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。制作月報(bào)是比較耗時(shí)耗力的工作，所以需要設(shè)計(jì)新的方案來提高電力設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析效率。

1目前電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析存在問題

1.1工作流程

傳統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析的工作流程：技術(shù)人員從OPEN-3000系統(tǒng)中分類檢索監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，將各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)依照不同轄區(qū)的變電站分別統(tǒng)計(jì)匯總，依照數(shù)據(jù)類別將匯總的數(shù)據(jù)制作成報(bào)表。以泰州地區(qū)電網(wǎng)為例，一個(gè)月內(nèi)OPEN-3000系統(tǒng)采集的所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)總量達(dá)到2百多萬條。

1.2問題

（1）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)類別較多，分析數(shù)據(jù)量大，其中包含：① “事故信息”分析；② “異常信息”分析；③ “越限信息”分析；④ 變位信息分析；⑤ “告知信息”；最后需要將這5類數(shù)據(jù)匯總，形成“監(jiān)控信息總覽”表，可見分析數(shù)據(jù)工作量比較大。

（2）實(shí)際工作中，上述5類報(bào)表并不能直觀統(tǒng)計(jì)，技術(shù)人員需要經(jīng)過OPEN-3000系統(tǒng)內(nèi)置的告警查詢功能，選擇不同數(shù)據(jù)信息表分類查詢每個(gè)變電站的數(shù)據(jù)，然后按照變電站所在轄區(qū)分類匯總。完全依靠人工進(jìn)行繁雜的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作會影響工作效率及數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

2監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)研發(fā)

2.1監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集原理

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各級調(diào)度控制中心及發(fā)電廠、變電站之間要傳遞反映運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的

信息，從調(diào)度控制中心角度出發(fā)，實(shí)時(shí)信息分為：（1）遙信信息，斷路器狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、變壓器分接頭位置、繼電保護(hù)和自動裝置的動作狀態(tài)等；（2）遙測信息，輸電網(wǎng)中變壓器和線路的有功功率、無功功率、電流，母線電壓等；（3）遙控信息，調(diào)度控制中心向所管轄的變電站發(fā)送的斷路器分合閘、電容器及其他自動裝置投切的遙控命令；（4）遙調(diào)信息，調(diào)度控制中心向所管轄的變電站發(fā)送的變壓器分接頭以及其他電力設(shè)備的遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)命令。

OPEN-3000系統(tǒng)是基于CDT，IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-101等通信協(xié)議，將上述變電站“四遙”信號采集至自動化主站系統(tǒng)，在后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并經(jīng)安全隔離裝置發(fā)布到安全I(xiàn)II區(qū)的Web服務(wù)器[1，2]。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 OPEN-3000系統(tǒng)的硬件構(gòu)架示意圖

2.2輔助分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及軟件流程

基于OPEN-3000系統(tǒng)，變電站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均能遠(yuǎn)方采集。OPEN-3000系統(tǒng)通過安全區(qū)Ⅲ的網(wǎng)絡(luò)接口連接至企業(yè)管理信息系統(tǒng)（MIS），對外部系統(tǒng)開放數(shù)據(jù)訪問的功能[3]。設(shè)計(jì)“電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)”工作流程如圖2所示。

圖2電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)方案圖

現(xiàn)基于OPEN-3000系統(tǒng)Web瀏覽功能，依照監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析內(nèi)容劃分，讓計(jì)算機(jī)完成分析報(bào)表。利用計(jì)算機(jī)VC語言編程訪問服務(wù)器Oracle數(shù)據(jù)庫讀取相應(yīng)記錄，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析[4，5]，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果結(jié)合工作需要，分為5大類：“事故信息”分析、“異常信息”分析、“越限信息”分析、變位信息分析、“告知信息”分析。最終形成“監(jiān)控信息總覽”表，工作人員可以通過設(shè)計(jì)的各類功能按鍵（如圖3所示），直接得出需要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，完全依靠計(jì)算機(jī)來可靠完成電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，從根本上改變傳統(tǒng)的人工分析數(shù)據(jù)緩慢問題。為保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)在具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)上采用基于多層體系結(jié)構(gòu)，滿足系統(tǒng)在健全性、高性能、可維護(hù)性、可重用性等方面的要求。該系統(tǒng)在總體結(jié)構(gòu)上采用多層架構(gòu)，分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層3個(gè)層次。

（1）表現(xiàn)層，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的用戶界面表示，主要包括用戶界面的生成和用戶操作的控制功能。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的邏輯處理，對數(shù)據(jù)訪問層和服務(wù)提供層提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，并提供給表現(xiàn)層或其他服務(wù)使用。

（3）數(shù)據(jù)訪問層，負(fù)責(zé)與后端數(shù)據(jù)庫交互，為業(yè)務(wù)邏輯層或服務(wù)提供層提供讀取和保存數(shù)據(jù)的中介服務(wù)，通過該層隱藏?cái)?shù)據(jù)的存儲方式。

系統(tǒng)各功能模塊關(guān)系圖如圖5所示。

2.3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為方便工作人員統(tǒng)計(jì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，針對不同監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)特性，分別設(shè)計(jì)了各類查詢功能。

（1）“操作統(tǒng)計(jì)”功能設(shè)計(jì)。首先從OPEN-3000系統(tǒng)“操作信息表”中將操作類型數(shù)據(jù)采集，再依照“電壓等級”（10 kV，20 kV，35 kV，110 kV，220 kV，500 kV）分類；同時(shí)結(jié)合“操作類型”分類，其中“操作類型”具體設(shè)計(jì)為控制合閘成功、控制分閘成功、遙控執(zhí)行合閘、遙控執(zhí)行分閘、遙控預(yù)置合閘、遙控預(yù)置分閘等。

（2）“信號動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)”功能設(shè)計(jì)。從OPEN-3000系統(tǒng)中篩選出同一條信號的動作次數(shù)，設(shè)定“起止時(shí)間段”后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合工作需求，統(tǒng)計(jì)出某一個(gè)時(shí)間段的信號動作次數(shù)。同時(shí)增加動作次數(shù)排名的功能模塊，可以排列出各變電站信號動作次數(shù)順序。

（3）“信號頻繁變位統(tǒng)計(jì)”功能設(shè)計(jì)。從OPEN-3000系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)表中采集遙信變位數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)定“信號變位次數(shù)”（例如設(shè)定為“10次”，表示頻繁變位次數(shù)達(dá)10次及以上），結(jié)合“起止時(shí)間段”，“信號類別”等條件，計(jì)算出滿足要求的頻繁變位信號。其中“信號類別”的設(shè)計(jì)依照“事故信號、異常信號、越限信號、開關(guān)變位信號、其他變位信號、告知信號”分類。

（4） “未復(fù)歸信號及開關(guān)統(tǒng)計(jì)”功能設(shè)計(jì)。從OPEN-3000系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)表中采集未復(fù)歸的遙信變位數(shù)據(jù)，依照“電壓等級、信號類別、開關(guān)類別”分類統(tǒng)計(jì)。其中“信號類別”設(shè)計(jì)為“事故、異常、越限、告知、其他變位”；“開關(guān)類別”設(shè)計(jì)為“電容器開關(guān)、其他類型開關(guān)”。“未復(fù)歸的開關(guān)”定義為某一時(shí)間段內(nèi)分閘，但未重合或者重合閘不成功的開關(guān)，其統(tǒng)計(jì)信息包括開關(guān)名稱、所屬變電站、分閘時(shí)間。

（5）“越限統(tǒng)計(jì)”功能設(shè)計(jì)。從OPEN-3000系統(tǒng)的“越限信息”數(shù)據(jù)表中采集遙測量越限的數(shù)據(jù)，依照“電壓等級”、“越限類別”、“上下限值”分類。其中“越限類別”依照“電壓、電流、溫度、功率”來分類。遙測量越限的計(jì)算方法主要是設(shè)備遙測值與額定值的比例超出規(guī)定比值。

（6）“死數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)”功能設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不變化的時(shí)間限值，將OPEN-3000系統(tǒng)不變化的數(shù)據(jù)篩選出來，依照“電壓等級”、“數(shù)據(jù)類別”分類。其中“數(shù)據(jù)類別”依照“電壓、電流、主變壓器溫度”來分類。

圖5軟件構(gòu)架示意圖

（7）主程序界面的設(shè)計(jì)，將功能按鍵依照“操作統(tǒng)計(jì)、信號動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)、信號頻繁變位統(tǒng)計(jì)、未復(fù)歸信號及開關(guān)統(tǒng)計(jì)、越限統(tǒng)計(jì)、死數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)”分類，點(diǎn)擊相應(yīng)功能按鍵后，會顯示具體的數(shù)據(jù)，并且設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)表導(dǎo)出功能，可形成各類圖表便于直觀分析設(shè)備狀態(tài)。

電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)主界面如圖6所示。

2.4數(shù)據(jù)分析具體流程

（1）工作人員選擇自己用戶名及密碼實(shí)名登錄。

（2）工作人員選擇主界面中設(shè)定的各類統(tǒng)計(jì)功能按鍵，針對不同數(shù)據(jù)的屬性，設(shè)定分析條件，最后點(diǎn)擊查詢按鍵，程序會自動顯示出滿足條件的所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果（所有數(shù)據(jù)均來自O(shè)PEN-3000系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫）。最后通過綜合統(tǒng)計(jì)功能按鍵將所有類別的數(shù)據(jù)匯總。

（3）工作人員將所有分類功能統(tǒng)計(jì)結(jié)果及綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果以Excel表格形式導(dǎo)出程序，可以結(jié)合各類圖表功能（柱狀圖、餅狀圖等）直觀展示數(shù)據(jù)。

3月度報(bào)表制作工作

2012年10月至12月，江蘇省電力公司泰州供電公司監(jiān)控工作人員結(jié)合電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)，完成了每個(gè)月的數(shù)據(jù)報(bào)表。應(yīng)用“電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)”之前分析電網(wǎng)數(shù)據(jù)使用時(shí)間如表1所示。2012年第四季度，使用“電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)”之后分析電網(wǎng)數(shù)據(jù)使用時(shí)間如表2所示。

表1傳統(tǒng)驗(yàn)收時(shí)間統(tǒng)計(jì)（2012年第三季度）

表2使用自動校驗(yàn)系統(tǒng)之后驗(yàn)收時(shí)間統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)得到重復(fù)校驗(yàn)時(shí)間T1比例由59.8%下降到47.4%，有效提高了人員工作效率。以某段時(shí)間泰興地區(qū)內(nèi)變電站的“未復(fù)歸信號”統(tǒng)計(jì)為例，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果導(dǎo)出系統(tǒng)，如表3所示。

綜上所述，調(diào)度控制中心監(jiān)控技術(shù)人員使用“電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)”后，能夠直觀快捷地得到需要分析數(shù)據(jù)的結(jié)果；工作人員能夠通過該系統(tǒng)同步掌握主站端OPEN-3000數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息，這為數(shù)據(jù)分析的可靠性提供了強(qiáng)大的理論依據(jù)；主站端所有與MIS網(wǎng)絡(luò)相連接的計(jì)算機(jī)均可通過網(wǎng)頁形式，實(shí)名登陸進(jìn)入“電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)”主界面,便于管理人員及時(shí)掌握電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

表3泰興地區(qū)設(shè)備異常類信號動作統(tǒng)計(jì)

4結(jié)束語

電網(wǎng)監(jiān)控舒服輔助分析系統(tǒng)的研發(fā)，為監(jiān)控技術(shù)人員在分析電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)，結(jié)合電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)報(bào)表制作工作，會從根本上減少工作強(qiáng)度，并且在可靠分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提高工作效率。在運(yùn)行管理方面，電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助分析系統(tǒng)將成為對現(xiàn)有電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析管理工作的有效完善和補(bǔ)充，并具備實(shí)際推廣意義。

[1]國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]俞 浩.通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在電力通信中的應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2011，30(5)：47-49.

[3]張永健.電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動化[M].3版.北京：中國電力出版社，2009.

[4]HORSTMANN C S.JAVA核心技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[5]KYTE T.深入數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)[M].2版.北京：人民郵電出版社，2011.