贵阳供电局电能质量在线监测系统维护与管理实践

方迪 尹颖

【摘要】本文针对贵州电网公司贵阳供电局电能质量在线监测系统运维管理工作中遇到的数据缺失、查询性能低、数据接口不稳定等问题，根据实际管理工作需要，通过技术分析和调研，提出可行的解决方案。目前贵阳供电局电能质量在线监测系统部分解决方案已经实现并投入应用，极大的提高了系统稳定性和可用性，减少了系统运维和管理工作量，提高了工作效率。

【关键词】电能质量;在线监测系统;维护;管理

一、贵阳供电局电能质量监测系统及运维管理中存在的问题

根据《贵州电网电能质量在线监测系统总体建设方案》，贵阳供电局于2009年开始试点建设电能质量在线监测系统（以下简称贵阳系统），并于2010年建成第一期系统并投入正式运行。随着2011年贵州省电网公司电能质量监测系统建设二期项目的实施，贵阳系统规模不断扩大，截止目前共有125个电能质量监测点投入应用，覆盖25个变电站。作为地市级系统，贵阳系统可以独立运行，同时作为贵州电网电能质量监测系统（以下简称贵州主站系统）的子站系统，需要定时将数据上传至贵州主站系统。随着电网管理部门对电能质量的逐步重视、以及系统规模的日益增大，电能质量监测系统运维管理工作遇到越来越多的实际问题，包括：

1.电能质量监测终端包含多个厂家、多款型号的产品，采用完全不同的厂家私有规约，如何实现快速将不同型号终端接入系统;

2.系统规模扩大导致数据量剧增，如何在海量数据情况下、且服务器配置相对较低的情况下维持系统性能不下降;

3.系统中不可避免存在网络中断、终端故障等问题，运维管理人员如何及时获取系统运行故障信息并及时处理，以尽可能保证数据不缺失;

4.如何实现贵阳供电局子站系统与贵州省主站系统之间的实时数据传输;

上述实际问题给系统的运维管理工作带来极大的挑战。为解决上述问题，经过与系统厂家多次技术交流沟通，制订解决方案并逐步实施，最终取得了一定成效和经验。本文对系统运维管理中所遇到的部分重要问题及其解决方法进行了初步总结。

二、问题分析及解决方案

1.不同厂家终端接入方案

电能质量监测终端大多采用厂家私有规约，规约的差异化使得不同厂家终端接入同一个系统存在较大的技术困难。比较常规的处理模式是每个厂家的装置建设一套子系统，由子系统生成PQDIF文件，再建设一套主站系统实现PQDIF文件的读取和解析。这种模式带来非常庞大的系统维护管理工作量，而且接口开发、调试、维护成本高，不适合地市级电能质量监测系统的应用。

考虑到上述情况，系统建设时对系统厂家提出要求，必须由系统厂家实现对不同厂家、不同规约电能质量监测终端的直采接入，并最终在系统中实现了基于UAPI的驱动开发技术。UAPI驱动开发技术实际上是在系统中建设了一个规约库，每一款不同规约终端的接入相当于在规约库中注册了一种规约。采用UAPI驱动开发技术后，对于系统新增的、已注册规约的终端，可实现即插即用快速接入，对于系统新增、但未注册规约的终端，需系统厂家开发新的驱动程序。但随着系统中应用的电能质量监测终端越来越多，UAPI技术也暴露出问题，例如部分监测终端提供的数据不完整，必须依托厂家配套软件才能计算得到并提供完整的电能质量数据;或者部分监测终端由于频繁升级等原因导致内部软件版本太多等。这些情况对系统厂家的驱动开发带来额外技术要求，往往使得驱动开发时间、现场联调时间都比较长，而且可能无法最大化终端功能。

基于对IEC 61850在电网尤其是在电能质量领域的应用情况调研[1～4]，笔者认为在电能质量监测终端内实现IEC 61850模型以及通信规约、并由系统软件实现电能质量监测终端ICD模型文件的读取、解析和终端功能订阅，是解决不同终端接入问题的比较彻底的解决方案。该方案的主要技术路线是：①由最终用户提出功能和数据需求;②允许不同厂家的终端在IEC 61850模型上的差异，但模型必须满足IEC 61850规范;③系统主站通过读取、解析终端的ICD模型文件获取终端模型，并订阅终端所具有的功能和数据。这种模式通过监测终端层的通讯规约一致性和数据模型自解析，使得系统软件可以通过一个驱动程序接入不同厂家终端，降低了系统结构复杂性和接口开发成本，以及系统运维和管理工作量。

2.数据完整性监视及报警方案

系统运维和管理的最主要目的之一是定位和消除系统隐患，保障系统数据完整性。系统运行过程中，由于网络中断、服务器故障、程序稳定等问题不可避免存在数据缺失现象出现，通过在监测装置内部实现大容量长时间存储、数据自动追补和断点续传等技术，可以在一定程度上自动解决数据缺失问题。通过采用上述技术，贵阳系统能维持年数据完整率95%以上，达到了设计目标。但这种自动化、不可见的处理过程不能定量统计系统数据缺失率，因此不足以归纳、总结、定位数据缺失原因并采取针对性改进措施，有进一步改进余地。

根据实际工作经验总结和对应用需求的分析研究，在自动数据追补的基础上，笔者提出一种数据完整性监视和报警方案，该方案主要内容是在电能质量数据库之外，建立独立的系统运行异常信息库，基于该异常信息库实现以下功能：

（1）按系统架构将数据缺失原因分为装置原因、网络原因、系统软件原因，系统运行过程中，分别记录装置掉电/上电、通讯中断/恢复、软件启动/退出以及故障信息，所有信息存储到系统数据库中;

（2）定义单点、多点数据完整率计算模型，并按监测点、变电站、区域分别自动计算每日、每月、每年数据完整率，数据完整率可在WEB页面查询;

（3）通过将数据完整率与系统故障信息进行时间关联，提供数据缺失原因诊断，并提供按区域、按终端型号、按时间等的数据缺失原因统计，用于定位和消除系统隐患;

（4）设定报警限值，当数据完整率低于一定程度时，通过自动发送短消息或邮件的方式提醒系统运维和管理人员进行及时处理。

数据完整性监视和报警方案流程框图如图1所示。

图1 数据完整性监视与报警方案功能框图

通过开发并部署独立的数据完整性监视和报警模块，结合已有数据自动追补技术，贵阳系统不仅可实现较高的数据完整率，还可分析数据缺失原因、消除数据缺失隐患，真正实现系统运维管理的防患于未然。

3.与贵州主站数据交互方案

作为贵州主站系统的子站系统之一，贵阳系统需要定时将数据上传到贵州主站系统，包括历史数据和实时数据。依据《贵州电能质量在线监测系统通讯接口规范》，贵阳系统采用PQDIF+DLL技术实现与贵州主站系统的数据交互。其中PQDIF文件结合MSMQ技术用于历史数据的传输[5～9]，DLL主要用于实时数据的传输，DLL由装置厂家开发并以提供给主站系统调用。最初设计并应用的数据交互方案如图2所示。

图2 贵阳系统与贵州主站系统初始数据交互方案

实际应用中发现，当发生网络中断、服务器故障或接口程序故障后，MSMQ会导致大量消息积累无法处理从而严重影响服务器性能，甚至导致服务器崩溃，最终导致数据缺失。技术调研表明MSMQ技术在其它一些地区电能质量监测系统中也已经被其它技术所取代，如FTP、SFTP等。贵阳系统经过一段时间运行，最终用FTP取代MSMQ来传输PQDIF文件，FTP服务器和客户端通过稳定可靠的第三方商用软件搭建。

最初设计的实时数据传输方案在应用中存在更大的问题，包括：①系统结构复杂，中间环节多，容易出问题;②涉及厂家多，联调成本高，出问题后难以排查真正原因，责任不清晰等。由于容易出问题、出问题后难以确定原因，系统管理人员需将大量精力花在厂家协调、故障确认和排查等事情上面，不仅工作量大，而且问题得不到及时解决，导致这种基于DLL的实时数据传输方案难以实施。经过分析、调研和沟通，最终采用web service技术实现实时数据传输接口。Web service是IEC 61970推荐的一种标准、通用的接口实现技术，具有稳定、可扩展性强等优点，是系统集成常用的一种技术。贵阳系统web service实时数据传输方案采用异步双工通信模式，同时考虑了超时处理机制、超长数据处理机制、异常数据处理机制等技术细节，是一种可实施性比较强的解决方案。

目前贵阳系统采用的与贵州主站系统的数据传输方案如图3所示。

图3 改进后的贵阳系统与贵州主站系统数据交互方案

三、总结

笔者承担着贵阳供电局电能质量在线监测系统运维管理的工作职责。在工作实践过程中，经常会遇到数据缺失、查询性能低下、数据无法上传到主站等问题，需要大量的精力投入到确认问题原因、协调不同厂家进行处理，工作效率低下且成效不大。为提高工作效率，通过对系统现有技术方案的充分了解，并结合对电能质量领域新技术的学习、对其它地区电能质量监测系统技术方案调研、以及与终端厂家和系统厂家的反复技术交流，针对工作中遇到的较为严重的问题提出了新的技术方案。其中部分方案已经实现并投入实际应用，效果良好。目前贵阳供电局电能质量监测系统运行稳定，年数据完整率超过95%，且系统运维和管理工作量大大降低，基本上可实现免维护。

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作者简介：

方迪（1983—），大学本科，工程师，从事变电设备、电压、电能质量管理及维护工作。

尹颖（1983—），女，大学本科，工程师，从事电网企业信息审计管理工作。