貴陽供電局電能質量在線監測系統維護與管理實踐

方迪 尹穎

【摘要】本文針對貴州電網公司貴陽供電局電能質量在線監測系統運維管理工作中遇到的數據缺失、查詢性能低、數據接口不穩定等問題，根據實際管理工作需要，通過技術分析和調研，提出可行的解決方案。目前貴陽供電局電能質量在線監測系統部分解決方案已經實現并投入應用，極大的提高了系統穩定性和可用性，減少了系統運維和管理工作量，提高了工作效率。

【關鍵詞】電能質量;在線監測系統;維護;管理

一、貴陽供電局電能質量監測系統及運維管理中存在的問題

根據《貴州電網電能質量在線監測系統總體建設方案》，貴陽供電局于2009年開始試點建設電能質量在線監測系統（以下簡稱貴陽系統），并于2010年建成第一期系統并投入正式運行。隨著2011年貴州省電網公司電能質量監測系統建設二期項目的實施，貴陽系統規模不斷擴大，截止目前共有125個電能質量監測點投入應用，覆蓋25個變電站。作為地市級系統，貴陽系統可以獨立運行，同時作為貴州電網電能質量監測系統（以下簡稱貴州主站系統）的子站系統，需要定時將數據上傳至貴州主站系統。隨著電網管理部門對電能質量的逐步重視、以及系統規模的日益增大，電能質量監測系統運維管理工作遇到越來越多的實際問題，包括：

1.電能質量監測終端包含多個廠家、多款型號的產品，采用完全不同的廠家私有規約，如何實現快速將不同型號終端接入系統;

2.系統規模擴大導致數據量劇增，如何在海量數據情況下、且服務器配置相對較低的情況下維持系統性能不下降;

3.系統中不可避免存在網絡中斷、終端故障等問題，運維管理人員如何及時獲取系統運行故障信息并及時處理，以盡可能保證數據不缺失;

4.如何實現貴陽供電局子站系統與貴州省主站系統之間的實時數據傳輸;

上述實際問題給系統的運維管理工作帶來極大的挑戰。為解決上述問題，經過與系統廠家多次技術交流溝通，制訂解決方案并逐步實施，最終取得了一定成效和經驗。本文對系統運維管理中所遇到的部分重要問題及其解決方法進行了初步總結。

二、問題分析及解決方案

1.不同廠家終端接入方案

電能質量監測終端大多采用廠家私有規約，規約的差異化使得不同廠家終端接入同一個系統存在較大的技術困難。比較常規的處理模式是每個廠家的裝置建設一套子系統，由子系統生成PQDIF文件，再建設一套主站系統實現PQDIF文件的讀取和解析。這種模式帶來非常龐大的系統維護管理工作量，而且接口開發、調試、維護成本高，不適合地市級電能質量監測系統的應用。

考慮到上述情況，系統建設時對系統廠家提出要求，必須由系統廠家實現對不同廠家、不同規約電能質量監測終端的直采接入，并最終在系統中實現了基于UAPI的驅動開發技術。UAPI驅動開發技術實際上是在系統中建設了一個規約庫，每一款不同規約終端的接入相當于在規約庫中注冊了一種規約。采用UAPI驅動開發技術后，對于系統新增的、已注冊規約的終端，可實現即插即用快速接入，對于系統新增、但未注冊規約的終端，需系統廠家開發新的驅動程序。但隨著系統中應用的電能質量監測終端越來越多，UAPI技術也暴露出問題，例如部分監測終端提供的數據不完整，必須依托廠家配套軟件才能計算得到并提供完整的電能質量數據;或者部分監測終端由于頻繁升級等原因導致內部軟件版本太多等。這些情況對系統廠家的驅動開發帶來額外技術要求，往往使得驅動開發時間、現場聯調時間都比較長，而且可能無法最大化終端功能。

基于對IEC 61850在電網尤其是在電能質量領域的應用情況調研[1～4]，筆者認為在電能質量監測終端內實現IEC 61850模型以及通信規約、并由系統軟件實現電能質量監測終端ICD模型文件的讀取、解析和終端功能訂閱，是解決不同終端接入問題的比較徹底的解決方案。該方案的主要技術路線是：①由最終用戶提出功能和數據需求;②允許不同廠家的終端在IEC 61850模型上的差異，但模型必須滿足IEC 61850規范;③系統主站通過讀取、解析終端的ICD模型文件獲取終端模型，并訂閱終端所具有的功能和數據。這種模式通過監測終端層的通訊規約一致性和數據模型自解析，使得系統軟件可以通過一個驅動程序接入不同廠家終端，降低了系統結構復雜性和接口開發成本，以及系統運維和管理工作量。

2.數據完整性監視及報警方案

系統運維和管理的最主要目的之一是定位和消除系統隱患，保障系統數據完整性。系統運行過程中，由于網絡中斷、服務器故障、程序穩定等問題不可避免存在數據缺失現象出現，通過在監測裝置內部實現大容量長時間存儲、數據自動追補和斷點續傳等技術，可以在一定程度上自動解決數據缺失問題。通過采用上述技術，貴陽系統能維持年數據完整率95%以上，達到了設計目標。但這種自動化、不可見的處理過程不能定量統計系統數據缺失率，因此不足以歸納、總結、定位數據缺失原因并采取針對性改進措施，有進一步改進余地。

根據實際工作經驗總結和對應用需求的分析研究，在自動數據追補的基礎上，筆者提出一種數據完整性監視和報警方案，該方案主要內容是在電能質量數據庫之外，建立獨立的系統運行異常信息庫，基于該異常信息庫實現以下功能：

（1）按系統架構將數據缺失原因分為裝置原因、網絡原因、系統軟件原因，系統運行過程中，分別記錄裝置掉電/上電、通訊中斷/恢復、軟件啟動/退出以及故障信息，所有信息存儲到系統數據庫中;

（2）定義單點、多點數據完整率計算模型，并按監測點、變電站、區域分別自動計算每日、每月、每年數據完整率，數據完整率可在WEB頁面查詢;

（3）通過將數據完整率與系統故障信息進行時間關聯，提供數據缺失原因診斷，并提供按區域、按終端型號、按時間等的數據缺失原因統計，用于定位和消除系統隱患;

（4）設定報警限值，當數據完整率低于一定程度時，通過自動發送短消息或郵件的方式提醒系統運維和管理人員進行及時處理。

數據完整性監視和報警方案流程框圖如圖1所示。

圖1 數據完整性監視與報警方案功能框圖

通過開發并部署獨立的數據完整性監視和報警模塊，結合已有數據自動追補技術，貴陽系統不僅可實現較高的數據完整率，還可分析數據缺失原因、消除數據缺失隱患，真正實現系統運維管理的防患于未然。

3.與貴州主站數據交互方案

作為貴州主站系統的子站系統之一，貴陽系統需要定時將數據上傳到貴州主站系統，包括歷史數據和實時數據。依據《貴州電能質量在線監測系統通訊接口規范》，貴陽系統采用PQDIF+DLL技術實現與貴州主站系統的數據交互。其中PQDIF文件結合MSMQ技術用于歷史數據的傳輸[5～9]，DLL主要用于實時數據的傳輸，DLL由裝置廠家開發并以提供給主站系統調用。最初設計并應用的數據交互方案如圖2所示。

圖2 貴陽系統與貴州主站系統初始數據交互方案

實際應用中發現，當發生網絡中斷、服務器故障或接口程序故障后，MSMQ會導致大量消息積累無法處理從而嚴重影響服務器性能，甚至導致服務器崩潰，最終導致數據缺失。技術調研表明MSMQ技術在其它一些地區電能質量監測系統中也已經被其它技術所取代，如FTP、SFTP等。貴陽系統經過一段時間運行，最終用FTP取代MSMQ來傳輸PQDIF文件，FTP服務器和客戶端通過穩定可靠的第三方商用軟件搭建。

最初設計的實時數據傳輸方案在應用中存在更大的問題，包括：①系統結構復雜，中間環節多，容易出問題;②涉及廠家多，聯調成本高，出問題后難以排查真正原因，責任不清晰等。由于容易出問題、出問題后難以確定原因，系統管理人員需將大量精力花在廠家協調、故障確認和排查等事情上面，不僅工作量大，而且問題得不到及時解決，導致這種基于DLL的實時數據傳輸方案難以實施。經過分析、調研和溝通，最終采用web service技術實現實時數據傳輸接口。Web service是IEC 61970推薦的一種標準、通用的接口實現技術，具有穩定、可擴展性強等優點，是系統集成常用的一種技術。貴陽系統web service實時數據傳輸方案采用異步雙工通信模式，同時考慮了超時處理機制、超長數據處理機制、異常數據處理機制等技術細節，是一種可實施性比較強的解決方案。

目前貴陽系統采用的與貴州主站系統的數據傳輸方案如圖3所示。

圖3 改進后的貴陽系統與貴州主站系統數據交互方案

三、總結

筆者承擔著貴陽供電局電能質量在線監測系統運維管理的工作職責。在工作實踐過程中，經常會遇到數據缺失、查詢性能低下、數據無法上傳到主站等問題，需要大量的精力投入到確認問題原因、協調不同廠家進行處理，工作效率低下且成效不大。為提高工作效率，通過對系統現有技術方案的充分了解，并結合對電能質量領域新技術的學習、對其它地區電能質量監測系統技術方案調研、以及與終端廠家和系統廠家的反復技術交流，針對工作中遇到的較為嚴重的問題提出了新的技術方案。其中部分方案已經實現并投入實際應用，效果良好。目前貴陽供電局電能質量監測系統運行穩定，年數據完整率超過95%，且系統運維和管理工作量大大降低，基本上可實現免維護。

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作者簡介：

方迪（1983—），大學本科，工程師，從事變電設備、電壓、電能質量管理及維護工作。

尹穎（1983—），女，大學本科，工程師，從事電網企業信息審計管理工作。