電網(wǎng)企業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用的實現(xiàn)

1、電網(wǎng)企業(yè)實時/歷史數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用的實現(xiàn)王國棟 （嘉興電力局 浙江嘉興 314033）摘要：隨著電網(wǎng)企業(yè)管理的難度不斷增加、要求不斷提高、節(jié)奏不斷加快，對企業(yè)管理和決策的科學(xué)性和時效性提出了更高的要求。而電網(wǎng)企業(yè)大量分散、獨立的生產(chǎn)經(jīng)營過程中實時數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)有效集成，無法再利用和深度加工，因此也就無法對企業(yè)管理進行有效的支撐。本文論述的技術(shù)方案，針對上述問題，利用專業(yè)的高性能的PI實時數(shù)據(jù)庫，建設(shè)一個地區(qū)電網(wǎng)企業(yè)為實時數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用平臺，同時也作為網(wǎng)省公司集成平臺的一個分布系統(tǒng)。從該系統(tǒng)建設(shè)投運一年來的實際證明，該方案基本解決了電網(wǎng)企業(yè)實時/歷史數(shù)據(jù)的集成和應(yīng)用。近幾年來，隨著電力生產(chǎn)過程自動

2、化水平的不斷提高，供電企業(yè)在生產(chǎn)和經(jīng)營過程的各個環(huán)節(jié)陸續(xù)建設(shè)各種自動化采集系統(tǒng)，從而滿足各個不同專業(yè)的個性需要，大量的實時數(shù)據(jù)沉淀在分散的生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)場。由于，第一，電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程和地理位置上的分散性造成了各種采集系統(tǒng)的分散性；第二，電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)不同層面和不同部門和單位甚至不同專業(yè)由于管轄范圍和職責(zé)的不同造成各種采集系統(tǒng)的獨立性，第三，每個系統(tǒng)基本上按照采集、傳輸、前置、服務(wù)器建設(shè)模式，造成嚴(yán)重的重復(fù)性。隨著電力系統(tǒng)外部形勢的變化和內(nèi)部改革的深化，要求電網(wǎng)企業(yè)必須通過加強內(nèi)部管理，不斷提高管理水平和核心競爭能力，因此對管理和決策的科學(xué)性、時效性提出了更高的要求。由于管理的難度不斷增加、管理的

3、要求不斷提高、管理的節(jié)奏不斷加快，對集成的實時信息的期望持續(xù)增加。因此電網(wǎng)企業(yè)必須建設(shè)一個企業(yè)級的實時數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用的平臺，為電網(wǎng)企業(yè)的管理和決策提供唯一的、實時的、完整的、正確的數(shù)據(jù)資源。本文技術(shù)方案的建設(shè)和一年多運行說明，將電網(wǎng)企業(yè)目前大量的、分散的、孤立的專業(yè)級、部門級的實時數(shù)據(jù)集成，并提供統(tǒng)一應(yīng)用是可以實現(xiàn)的。一、 實時/歷史數(shù)據(jù)庫專用的實時/歷史數(shù)據(jù)庫與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存放實時數(shù)據(jù)，在原理上、性能上和本質(zhì)上有很大的區(qū)別。本系統(tǒng)選擇了PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫，作為數(shù)據(jù)存儲平臺。PI （Plant Information System）是由美國OSIsoft軟件公司開發(fā)的工廠實時數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用平

4、臺，是流程生產(chǎn)企業(yè)實時信息集成的最佳選擇。作為工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)和上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，PI在工廠信息集成(管控一體化)中扮演著特殊和重要的角色。實時數(shù)據(jù)庫的主要特點：1) 實時性：實時數(shù)據(jù)庫的設(shè)計目標(biāo)首先是對事務(wù)時限的滿足，其基本原則是寧要部分正確而及時的信息，也不要絕對正確但過時的信息。系統(tǒng)性能指標(biāo)是滿足時限的事務(wù)的比率，它要求必須確保硬實時事務(wù)的截止期，必要時寧肯犧牲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性。因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是將數(shù)據(jù)和時間合二為一的；2) 唯一性：實時數(shù)據(jù)庫直接面向運行設(shè)備的采集器，實時數(shù)據(jù)是從數(shù)據(jù)源頭獲得，因此可以在物理上保證數(shù)據(jù)在時間軸和空間軸上的唯一性；3) 占用存儲空間?。涸砩?/p>

5、實時數(shù)據(jù)庫僅當(dāng)數(shù)據(jù)變化時才存儲，并采用大規(guī)模的可變長度的記錄。數(shù)據(jù)記錄的字節(jié)數(shù)相對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫要小，實時數(shù)據(jù)庫每個數(shù)據(jù)存儲空間為2- 5 bytes（I/O量數(shù)據(jù)為 1-2 bytes），而關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如Oracle為26 bytes 。同時PI實時數(shù)據(jù)庫采用“旋轉(zhuǎn)門”的專利壓縮技術(shù)，極大地壓縮了數(shù)據(jù)存儲空間。本系統(tǒng)140G的硬盤，5萬個采樣點，平均采樣頻率10分鐘計算，可以存放5年的實時數(shù)據(jù)。同樣情況如用Oracle數(shù)據(jù)庫來存放，每天將產(chǎn)生6百萬條記錄，3.8Gb存儲空間，5年就會產(chǎn)生109億條記錄，6.8Tb存儲空間；4) 易用性：客戶端各種工具使得各類管理和技術(shù)人員（非計算機專業(yè)）均可根

6、據(jù)本專業(yè)和管理的需要制作報表和進行數(shù)據(jù)分析。PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫的性能：1) 單臺PC服務(wù)器支持100多萬個數(shù)據(jù)點；2) 單臺PC服務(wù)器支持500多個用戶同時連接；3) 數(shù)據(jù)存儲和檢索速度為80000個事件/秒；4) 支持385個標(biāo)準(zhǔn)接口，包括ICCP, DNP 3, OPC, & XML等。二、 電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：1) 數(shù)據(jù)源層：分布在各變電所中的各種獨立的實時系統(tǒng)、分布在各級調(diào)度的電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)、分布在用戶需求側(cè)的各類監(jiān)測和控制系統(tǒng)等。2) 接入層：采用接入前置機將各種數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，并實現(xiàn)緩沖、按系統(tǒng)應(yīng)用的需求而進行的過濾

7、以及完成統(tǒng)一的協(xié)議轉(zhuǎn)換。3) 存儲層：將接入層的各類實時數(shù)據(jù)進行分類壓縮存儲；將接入層的各類基于SVG標(biāo)準(zhǔn)的圖形文件和基于IEC-61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM文件進行基于版本管理存儲。4) 應(yīng)用層：將各專業(yè)技術(shù)管理人員編制的各類應(yīng)用在集中統(tǒng)一發(fā)布平臺上，為管理和決策提供依據(jù)；同時為各類信息應(yīng)用系統(tǒng)如用電營銷系統(tǒng)、輸配電通信線路地理信息系統(tǒng)、需求側(cè)管理系統(tǒng)等提供實時數(shù)據(jù)。5) 展示層：各終端用戶將應(yīng)用層的內(nèi)容通過Web方式進行展示。6) 安全和流程管理模塊將實現(xiàn)應(yīng)用發(fā)布的流程管理和根據(jù)角色的權(quán)限和認證，并實現(xiàn)痕跡管理；同時對監(jiān)視告警類應(yīng)用利用統(tǒng)一的消息平臺（短信、郵件等），將用戶定義的報警消息內(nèi)容、優(yōu)

8、先級和報警方式實時通知給需要的用戶。三、 數(shù)據(jù)源選擇及接入1) 變電設(shè)備在線檢測實時數(shù)據(jù)：針對變電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)源相對較多、較雜的特點，在各個變電站安裝了綜合信息采集儀。該采集儀無需進行規(guī)約編寫，而是通過定義設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動，采用協(xié)議透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，并由數(shù)據(jù)中心的綜合信息采集前置機統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成OPC協(xié)議，存入PI實時歷史數(shù)據(jù)庫。目前已接入的數(shù)據(jù)有：大型變壓器油色譜在線檢測數(shù)據(jù)（含單組份和全組份）、蓄電池在線檢測數(shù)據(jù)、直流系統(tǒng)在線檢測數(shù)據(jù)、直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)、統(tǒng)計型電壓表在線數(shù)據(jù)、氧化鋅避雷器在線檢測數(shù)據(jù)、電容式設(shè)備絕緣在線檢測數(shù)據(jù)、開關(guān)室環(huán)境（溫濕度、氧氣含量、SF6含量）在線檢測數(shù)據(jù)。2) 輸電、配電

9、、需求側(cè)設(shè)備在線監(jiān)測實時數(shù)據(jù)：利用公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)、有線或無線等通信方式，將輸電線路絕緣子在線檢測數(shù)據(jù)，各類配電變壓器的運行監(jiān)測和電量數(shù)據(jù)、負荷控制和管理系統(tǒng)的用戶側(cè)終端所采集的監(jiān)視、電量、遙信、遙測等各類數(shù)據(jù)，通過接入前置機，存入PI實時歷史數(shù)據(jù)庫。3) 電網(wǎng)電能量實時數(shù)據(jù)：將所屬各電壓等級變電站的各類電能表，通過ERTU將數(shù)據(jù)存入PI實時歷史數(shù)據(jù)庫，ERTU與PI實時歷史數(shù)據(jù)庫電能量接入前置機的通信方式可以用ERTU的RS232經(jīng)調(diào)制解調(diào)器專用電話線路撥號接入，也可以直接用以太網(wǎng)方式通過變電所綜合信息采集議接入信息網(wǎng)絡(luò)。4) 電網(wǎng)SCADA (含6MW以上地方電廠)實時數(shù)據(jù)：將各級調(diào)度的SCAD

10、AEMS系統(tǒng)，按照IEC-61970系列規(guī)定的電力信息公共模型標(biāo)準(zhǔn)和SVG標(biāo)準(zhǔn)，將電網(wǎng)模型、電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)以及接線圖，用XML格式導(dǎo)出。被導(dǎo)出數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)物理隔離器，并利用接入前置機分別將數(shù)據(jù)存入PI實時歷史數(shù)據(jù)庫和SVG圖形資源庫。5) IT設(shè)備運行和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)：將信息系統(tǒng)中的關(guān)鍵服務(wù)器和信息網(wǎng)絡(luò)主交換路由器的實時性能數(shù)據(jù)，如CPU利用率、內(nèi)存利用率、外存空間、網(wǎng)絡(luò)流量等實時數(shù)據(jù)，利用SNMP協(xié)議直接采集接入，存入PI實時歷史數(shù)據(jù)庫。6) 通信設(shè)備運行和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。將通信實時監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)防火墻接入信息網(wǎng)絡(luò)，存入PI實時歷史數(shù)據(jù)庫。四、 集成的電網(wǎng)實時/歷史數(shù)據(jù)的應(yīng)用1) 監(jiān)控報警類

11、應(yīng)用：a) 電網(wǎng)及變電所一、二次設(shè)備運行狀態(tài)、潮流負荷等實時監(jiān)控和報警；b) 全市小火電實時監(jiān)控和報警；c) 變電所直流系統(tǒng)、直流絕緣、蓄電池、避雷器、統(tǒng)計型電壓、各類電能量、大型變壓器油色譜、開關(guān)室和機房等室內(nèi)環(huán)境(溫濕度、氧氣和SF6含量)等實時監(jiān)控和報警；d) 輸電線路絕緣子實時監(jiān)控和報警；e) 配電變壓器實時監(jiān)控和報警；f) 需求側(cè)實時監(jiān)控和報警；g) 主要信息及通信設(shè)備實時監(jiān)控和報警；2) 專業(yè)分析類應(yīng)用：a) 各類設(shè)備的運行分析；b) 各類設(shè)備的負荷或利用率分析；c) 各類設(shè)備潮流或流量分析；d) 各類設(shè)備狀態(tài)及性能分析；e) 各類電能量平衡分析和線損分析；f) 無功與電壓及分節(jié)開

12、關(guān)調(diào)節(jié)和電容器投切分析；g) 用電趨勢分析；h) 輸電線路實時交跨距離分析；3) 統(tǒng)計報表類應(yīng)用：a) 變電所相關(guān)記錄和上報各部門的各類期限的相關(guān)報表；b) 有關(guān)電能量和線損的統(tǒng)計報表；c) 無功、電壓、功率因素等報表；d) 電力生產(chǎn)日、月、年報；4) 同業(yè)對標(biāo)類應(yīng)用：a) 線損率；b) 日均負荷預(yù)測準(zhǔn)確率；c) 電網(wǎng)用電負荷率；d) 市場占有率；e) 責(zé)任頻率合格率；f) 中樞點電壓合格率；g) 城市綜合電壓合格率；5) 應(yīng)用接口類：a) 輸配電及通信線路GIS數(shù)據(jù)接口；b) 信息系統(tǒng)運行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；c) 企業(yè)統(tǒng)一消息應(yīng)用平臺接口；d) 全區(qū)需求側(cè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；e) 用電營銷系統(tǒng)數(shù)

13、據(jù)接口；f) 全區(qū)電能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；g) 電力設(shè)備狀態(tài)評估系統(tǒng)接口。五、 實時歷史數(shù)據(jù)庫在電網(wǎng)企業(yè)信息化中作用和地位：來自電網(wǎng)和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營實時歷史數(shù)據(jù)不僅對生產(chǎn)過程自動化水平得以提升，更重要的是對企業(yè)管理現(xiàn)代化的支撐。從系統(tǒng)投入運行以來，在電網(wǎng)企業(yè)起到了以下作用：1. 數(shù)據(jù)的唯一性、實時性、完整性和全面性得到了保證，提高了企業(yè)管理和決策的時效性和科學(xué)性；2. 優(yōu)化或簡化了地區(qū)供電企業(yè)成百上千個獨力分散的小系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，減少了大量的后臺服務(wù)器，降低了建設(shè)、運維成本，減少了重復(fù)建設(shè)和投資；3. 將大量離散而又孤立的生產(chǎn)經(jīng)營實時數(shù)據(jù)，遵循相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)進行集成后，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化和規(guī)范，數(shù)據(jù)利用率和共享性得到了極大的提高，為數(shù)據(jù)的深度加工和利用提供了保障；4. 為電網(wǎng)安全生產(chǎn)的可控、在控和預(yù)控創(chuàng)造了技術(shù)條件；5. 為各類管理信息系統(tǒng)、企業(yè)ERP系統(tǒng)等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，極大地降低了信息系統(tǒng)整合的技術(shù)