基于WEB的電能質量監測裝置智慧運維管理

陳國平，孟金棒，馬蓮，唐興勇，岑寶儀

(1.國網宿州供電公司，安徽宿州，234003;2.深圳市中電電力技術股份有限公司，廣東深圳,518000）

0 引言

根據《國家電網公司諧波管理規定》及電能質量相關標準和規范，國網公司及各省公司已逐步建成電網諧波監測系統，并定期開展電能質量評估、監測、分析、預警等過程管理工作。電網諧波監測系統（諧波系統）主要圍繞220kV及以上主要母線和風電、光伏等新能源發電廠站、電氣化鐵路等干擾源負荷開展在線監測。諧波系統的監測數據主要來源安裝在各變電站的電能質量在線監測裝置（以下簡稱裝置），國網公司對其在線率、數據完整率有明確的高要求，同時其數據準確性亦直接影響公司的過程管理工作。

裝置的運維往往需要安排專人至裝置現場排查處理。變電站分布廣泛且進入申請流程繁瑣，使得裝置的運維工作耗時耗力，遇到批量裝置異常時，更是顯得效率低下。針對這問題，部分廠家提供了專用的管理客戶端，但此類客戶端主要是面向廠家內部研發人員，人機交互界面不夠友好，操作使用相對繁瑣，且配置參數繁多，導致出現錯誤配置較難后被發現，后期運維工作存在諸多不便。

針對以上問題，本文從運維人員的角度出發，梳理裝置運維內容，提出基于WEB功能的裝置管理方法，即在裝置上配備WEB功能以實現遠程運維，在系統主站服務器端或其他與裝置通信的設備通過瀏覽器登錄裝置WEB便可獲取電能質量指標實時數據、暫態錄波數據、核查信息、更改配置等，操作簡便，可減少人力物力的投入，保證數據完整率、準確性。

另近年來網絡安全形勢日益嚴峻，而電網是現代社會的關鍵性基礎設施，作為電網數采集的電能裝置的信息安全問題不容忽視[1-2]。故在裝置WEB的設計上，還要要考慮到信息安全保護。為了讓運維人員及時、完整的掌握終端和監測數據關鍵信息設計了基于郵件推送裝置事件的功能。

1 裝置的運維內容梳理

裝置的運維目標是保證其數據完整、準確。影響這些指標的常見因素包括：主站與裝置的通信鏈路故障、裝置硬件故障、配置錯誤。主站與裝置的通信鏈路、裝置硬件都較容易診斷，直接表現為裝置掉線或網絡通，但無上傳數據傳，除防火墻策略問題外，一般通過維護人員至現場進行模塊更換解決。而裝置內部設置錯誤最難定位，需結合裝置內部設置與采集的數據進行分析。目前實際運維過程中，運維人員由于缺乏對電能裝置運維的便捷工具，導致在這類問題的排查上耗費大量時間。

總的來說，運維人員主要通過關心以下3大類數據或參數，對裝置進行運維管理工作。

(1)裝置的采集數據

涉及電能質量穩態實時數據、電能質量穩態定時記錄、電能質量暫態事件記錄及波形。

(2)裝置基本設置

涉及接線參數、額定參數、通信參數、時間設置、裝置版本。其中，裝置版本設置包括硬件版本、固件版本、規約模型版本。

(3)裝置采集設置

涉及電能質量監測設置和監測記錄設置。電能質量事件監測設置參數包括暫態電壓、瞬態過電壓、快速電壓變動、沖擊電流、突變量、閃變監測設置參數和電壓偏差上下限、頻率偏差上下限、長時閃變限值參數。監測記錄設置包括波形記錄參數、統計定時記錄參數、最值記錄參數、PQDIF記錄參數。

2 電能裝置的WEB功能設計

2.1 電能裝置WEB業務功能設計

針對運維人員的工作需求，裝置的WEB應實現電能裝置的數據查詢、分析功能以及裝置各項參數查詢、整定、修改的管理功能，幫助運維及管理人員迅速全面了解裝置的運行情況，并為異常數據的快速查明及處理提供方便。裝置的WEB采用3級菜單架構，如圖1所示。

圖1 電能裝置的3級菜單架構

2.1.1 參數維護

參數維護是對監測對象信息、通信信息及裝置信息的管理。

參數運維包括基本參數運維、通信運維、電能質量運維、時鐘運維等。

基本參數運維可設置包括接線方式、合成電流、電流鉗選型、電流方向、額定電壓/電流、PT/CT 的設定等參數。如下圖2所示。

圖2 基本參數運維界面

通信運維可查詢和修改以太網口通信參數、 RS-485口通信參數，界面如下圖3所示。

圖3 通信運維界面

電能質量運維展示和設置暫態和瞬態相關參數的設定，可設置和調整電壓暫降、電壓暫升及電壓中斷觸及瞬態事件觸發條件及錄波參數。

圖4 電能質量運維界面1

時鐘運維是展示和修改時鐘和校時等參數的界面，具體如下圖5所示。

圖5 時鐘運維界面

2.1.2 數據查詢

對電能裝置的采集數據進行全面展示和分析提供，包括電能質量實時數據、穩態定時記錄、暫態事件及波形查詢和電能質量指標數據分析。

電能質量實時數據可通過矢量圖、實時數據表、模擬表盤等方式展示，下圖是矢量圖和模擬表盤的界面。

穩態定時記錄是指分鐘間隔的電能質量統計數據，具體提供包括諧波、間諧波、電壓偏差、不平衡度、閃變、電壓波動，電能質量指標數據分析是使用合理率和評估報告形式實現。

穩態定時記錄以諧波為例，提供了諧波頻譜和諧波統計表展示定時記錄，界面如下圖7。

圖6 電能質量實時數據界面(矢量圖)

圖7 穩態定時記錄界面(諧波頻譜)

電能質量指標數據分析則以評估報告為例，在遵循電能質量國標對指標計算后作出評估，可實現總體評估和分項評估。

圖8 電能質量指標數據分析界面(分項評估)

暫態事件及波形查詢對暫態事件描述和波形的展示，其中事件描述提供暫態發生時基本信息及定位分析

暫態事件觸發的波形也能在web中查詢，具體如下圖9所示。

圖9 暫態事件界面(波形)

2.1.3 裝置設置

提供裝置各項參數設置的查詢、整定與修改維護功能。

裝置信息查詢展示裝置型號、序列號、MAC地址、版本信息（硬件版本、固件版本、規約模型版本），具體如下圖10。

圖10 裝置信息查詢界面

裝置基本設置、電能質量監測設置和電能質量監測設置可實現對裝置的參數設置的快速查改。界面與2.1.1中類似，本部分不再贅述。

裝置維護提供系統參數和通信參數導入導出、裝置固件和規約模型升級及裝置重啟功能。

2.2 電能裝置WEB信息安全功能

電力工業是支撐國民經濟和社會發展基礎性產業，電網信息安全關系著國家信息安全，所以電能裝置WEB功能設計除考慮業務需求外，還需兼顧信息安全保護。裝置WEB應采用HTTPS訪問。相較HTTP，HTTPS利用SSL/TLS來加密數據包，保證了交換數據的隱私性和完整性。

為進一步加強信息安全，減少在運維工作中出現不安全的用戶認證和人員誤操作，裝置WEB還應具備客戶端數據證書驗證和用戶分權管理功能。在網頁訪問時，裝置提供自己的數字證書給瀏覽器認證的同時，要求客戶端提供數據證書，實現客戶端的認證。只有在瀏覽器內導入對應的數據證書后，才正常訪問裝置WEB。用戶分權管理功能，即實現按角色對用戶分配權限，保證用戶無法做出越權的操作。例如只有擁有裝置管理權限的管理員用戶，才能對裝置設置進行整定、修改，而普通用戶只能進行一般的裝置信息查詢。

2.3 電能質量事件郵件推動

支持SMTP協議并兼容ESMTP，支持密碼登陸郵箱。裝置日志和監測事件可以用郵件進行發送，具體實現如下：

（1）事件過濾：用戶可設置哪些事件發生時需要通過郵件進行通知；

（2）SMTP郵件服務器地址（如果郵件服務器為smtp.163.com格式，請轉換為IP地址后再寫入）；

（3）SMTP服務器的端口號，默認為25；

（4）發送者郵箱地址，即裝置的郵箱賬戶；

（5）發送者郵箱賬戶密碼；

（6）接收者郵箱地址，即接收告警郵件的郵箱賬戶；接收者郵箱地址可以為多個，不同郵箱地址之間用分號隔開即可；

（7）設置 SMTP 相關參數后，同時需要設置裝置的以太網通信參數，包括：以太網 IP；以太網掩碼；以太網網關。

完成以上設置后，將裝置連接到以太網絡上，然后對SMTP 郵件測試寄存器進行寫操作，則裝置會發一封測試郵件到接收者郵箱地址，如果收到，則表明 SMTP 設置正確，可以正常工作。

設置示例：

（1）SMTP郵箱服務器地址：220.181.12.17（smtp.163.com）；

（2）SMTP服務器端口號：25

（3）發送者郵箱地址：***@163.com

（4）發送者郵箱密碼：******

（5）接受者郵箱地址：***@163.com

（6）以太網 IP：192.168.80.192

（7）以太網掩碼：255.255.255.0

（8）以太網網關：192.168.80.1

完成以上設置后，連接測試成功；當裝置監測到暫態事件發生時，可向預設的郵箱發送告警郵件，通知相關人員及時處理。

3 結束語

本文針對電能質量在線監測裝置的運維現狀，提出了基于WEB功能的電能在線監測質量裝置管理。結合對電能裝置的運維經驗，設計了WEB的業務功能。進一步根據信息安全要求，提出了裝置WEB的信息安全功能要求，保證在信息安全情況下，使電能裝置的運維提質增效。