PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫在智能變電站的應(yīng)用

劉 巖，姚 峰

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

0 引言

隨著在線監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，狀態(tài)檢修在我國電力系統(tǒng)得到了初步應(yīng)用和推廣。國家電網(wǎng)公司明確提出從2010年開始全面推廣實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)進(jìn)入全面建設(shè)階段，提升設(shè)備智能化水平，推廣應(yīng)用智能設(shè)備和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預(yù)警和設(shè)備智能化監(jiān)控，已成為各電網(wǎng)公司、電力設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)以及科研機(jī)構(gòu)關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。對輸變電設(shè)備實(shí)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測既可實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，又對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)管理提出了“實(shí)時(shí)、高效、兼容性強(qiáng)”的要求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫已不能滿足上述要求。

作為國網(wǎng)公司智能變電站第一批建設(shè)試點(diǎn)工程，浙江金華蘭溪500kV芝堰變電站在設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)管理中結(jié)合本地實(shí)際以及PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采用PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫作為變電站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，取得了很好的效果。

1 芝堰變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 在線監(jiān)測項(xiàng)目及傳輸方式

在線監(jiān)測項(xiàng)目主要包括：變壓器油色譜分析；變壓器特高頻局部放電監(jiān)測；變壓器鐵芯電流監(jiān)測；斷路器SF6密度、微水在線監(jiān)測；斷路器SF6壓力監(jiān)測；斷路器分/合閘波形監(jiān)測；斷路器開關(guān)動(dòng)作時(shí)間監(jiān)測；斷路器分/合閘線圈儲(chǔ)能回路監(jiān)測；避雷器全電流及阻性電流監(jiān)測；避雷器動(dòng)作次數(shù)監(jiān)測。

變電站區(qū)域內(nèi)信息傳輸主要采用無線（主要用于避雷器設(shè)備相關(guān)監(jiān)測）與有線（其余設(shè)備）傳輸網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的傳輸方式。

1.2 在線監(jiān)測信息架構(gòu)

根據(jù)金華芝堰變電站的實(shí)際情況以及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)特點(diǎn)，本次改造所涉及的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)由在線監(jiān)測設(shè)備廠家提供，并以在線監(jiān)測模塊形式集成在變電站一體化信息平臺，系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 芝堰變電站信息傳輸架構(gòu)圖（在線監(jiān)測部分）

1.3 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫平臺的特殊要求

芝堰變電站經(jīng)過智能化改造后，設(shè)備狀態(tài)信息量呈現(xiàn)井噴式增長，因此對配套數(shù)據(jù)庫的要求也隨之提高。主要表現(xiàn)為：

（1）實(shí)時(shí)性：當(dāng)數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)庫在線生成、在線修改同時(shí)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)不影響實(shí)時(shí)系統(tǒng)（變電站信息一體化平臺）的正常運(yùn)行，對數(shù)據(jù)庫的訪問時(shí)間必須小于0.5 s。應(yīng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)調(diào)用同步進(jìn)行的功能，在多個(gè)用戶同時(shí)訪問數(shù)據(jù)庫時(shí)，也應(yīng)滿足上述要求。

（2）海量存儲(chǔ)：至少能存儲(chǔ)5年以上的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫入與更新操作不因歷史數(shù)據(jù)的多少而發(fā)生變更，應(yīng)至少滿足每秒10000個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)寫入。在數(shù)據(jù)訪問時(shí)，不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)獲取性能只與該時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的多少有關(guān)，而與數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量以及時(shí)間的跨度無關(guān)。

（3）靈活性：可提供多種數(shù)據(jù)庫的訪問方式，并具備國家電網(wǎng)公司輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)用本站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的功能。

（4）易用性：提供便利的數(shù)據(jù)組態(tài)工具、Web控件，以便快速構(gòu)建實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)圖形及報(bào)表，同時(shí)也應(yīng)提供完善的SDK或API，用于開發(fā)復(fù)雜的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2 PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫

2.1 PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）采集效率高、讀取速度快。單機(jī)點(diǎn)數(shù)規(guī)模達(dá)400萬點(diǎn)；數(shù)據(jù)吞吐量為4百萬個(gè)/秒；存儲(chǔ)能力為每秒10～15萬個(gè)事件；數(shù)據(jù)訪問能力為每秒100萬個(gè)事件；秒級時(shí)間內(nèi)可以取到1000點(diǎn)的2～3年的歷史數(shù)據(jù)，尤其適合局部放電類信號的存儲(chǔ)與管理。

（2）存儲(chǔ)效率高、磁盤占用空間小，恢復(fù)精度達(dá)100%。采用旋轉(zhuǎn)門壓縮專利技術(shù)和獨(dú)到的二次過濾技術(shù)，使進(jìn)入到PI數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經(jīng)過最有效的壓縮，極大地節(jié)省了硬盤空間。

（3）具有多種應(yīng)用程序和接口程序，便于展示和分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，滿足各種基于B/S和C/S的客戶端用戶的需求。分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)提供了成熟接口開發(fā)工具，集中式數(shù)據(jù)管理方式使數(shù)據(jù)來源復(fù)雜且分散的問題迎刃而解。提供超過400種成熟的具有數(shù)據(jù)緩存功能的接口軟件。

2.2 作為大型監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢

（1）電網(wǎng)企業(yè)信息化系統(tǒng)普遍采用樹狀結(jié)構(gòu)，最低一層是縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)級輸配電設(shè)備，數(shù)據(jù)流量普遍介于每秒2000～4000點(diǎn)，地市一級則可達(dá)到每秒數(shù)萬點(diǎn)，省及區(qū)域電網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量更高。因此目前電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫已不能適應(yīng)行業(yè)監(jiān)控的需求，面臨大范圍的升級和改造。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有單臺PC服務(wù)器即可支持100多萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和 500多個(gè)用戶同時(shí)連接、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索速度為每秒 80000個(gè)事件等性能特點(diǎn)。因此，更多區(qū)域和省級電網(wǎng)企業(yè)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)作為信息化建設(shè)的重點(diǎn)。

（2）智能電網(wǎng)是當(dāng)前電力系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，也是電網(wǎng)發(fā)展的主要方向。由于智能電網(wǎng)對系統(tǒng)自愈、互動(dòng)、安全等方面要求更高，相應(yīng)地對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集也有較高要求，以往所用的數(shù)據(jù)庫將無法滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要，這也決定了未來實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢。預(yù)計(jì)未來實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)較大的增長，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及監(jiān)控信息系統(tǒng)應(yīng)用前景較為樂觀。

浙江電網(wǎng)企業(yè)PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲(chǔ)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的優(yōu)勢得以顯現(xiàn)，但目前PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來自于地區(qū)電力局的各類應(yīng)用系統(tǒng)，若能轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的思路，從數(shù)據(jù)采集末端就使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)測量數(shù)據(jù)，并通過PI-SDK訪問總線將分布在不同行政區(qū)域的PI數(shù)據(jù)庫建設(shè)成為一個(gè)邏輯整體，生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)通過物理隔離裝置單向通信，站內(nèi)PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)和數(shù)據(jù)的自動(dòng)維護(hù)，并通過PI測點(diǎn)同步將維護(hù)信息自動(dòng)同步到站外PI服務(wù)器，這樣就可望在短期內(nèi)大大提升實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率。就近使用和將實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)就近接入PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可有效保障數(shù)據(jù)接入的安全性、可靠性，減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量，保障PI系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，有力支撐智能電網(wǎng)的建設(shè)。

3 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在智能變電站的新型應(yīng)用

結(jié)合智能變電站對輸變電設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫提出的高要求以及PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，本次芝堰變電站智能化改造工程中采用了PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫作為關(guān)鍵數(shù)據(jù)存貯、管理的數(shù)據(jù)庫平臺。

3.1 與地區(qū)電力局PI系統(tǒng)的接口處理

針對本次變電站智能化改造，PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)接入采用以下方式：新增站內(nèi)PI服務(wù)器、站外PI服務(wù)器、物理隔離器裝置，站內(nèi)PI服務(wù)器部署在生產(chǎn)控制大區(qū)（一區(qū)或者二區(qū)），站外PI服務(wù)器部署在管理信息大區(qū)（四區(qū)）；采用統(tǒng)一的信息采集數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；站內(nèi)外PI系統(tǒng)建設(shè)充分考慮安全性和可靠性，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

3.2 與輸變電在線監(jiān)測系統(tǒng)接口

依據(jù)《國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)》中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)、原則和設(shè)計(jì)思路，結(jié)合本省實(shí)際，浙江省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。

4 存在的問題

（1）PI數(shù)據(jù)庫成本較高，給PI應(yīng)用的推廣帶來了很大的困難。需要從全省統(tǒng)一實(shí)施的角度來考慮智能變電站改造中PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的部署方式，并將其統(tǒng)一納入到PI數(shù)據(jù)中心平臺的建設(shè)中。

（2）現(xiàn)有的PI-CNI物理隔離通信軟件要求站內(nèi)外各部署1臺PI數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，站外服務(wù)器鏡像站內(nèi)服務(wù)器數(shù)據(jù)，多個(gè)服務(wù)器的部署將加重硬件管理和維護(hù)的復(fù)雜程度，不利于實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的綜合利用。在全省統(tǒng)一實(shí)施方案的制定過程中應(yīng)充分考慮此類軟件使用的局限性，并提出切實(shí)可行的解決方案。

（3）此次智能變電站改造只涉及實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的傳輸，未自動(dòng)接入智能變點(diǎn)站DL/T 860的配置文件，給今后的應(yīng)用留下了隱患。DL/T 860配置參數(shù)的使用是一個(gè)復(fù)雜的問題，既牽涉到配置文件本身的解析、融合，也牽涉到與SCADA系統(tǒng)提供的DL/T 890 CIM模型間的映射，需要進(jìn)行專題研究。

（4）與傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不同，PI數(shù)據(jù)庫采用螺旋式的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。因此，將監(jiān)測數(shù)據(jù)接入PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫需要具備一定的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)，并由專業(yè)軟件人員完成，這對在線監(jiān)測系統(tǒng)和技術(shù)人員提出了較高的要求。考慮到現(xiàn)有智能化變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)均由生產(chǎn)廠家提供服務(wù)，技術(shù)水平參差不齊，對PI數(shù)據(jù)庫的理解存在差異，這些均可能影響智能化改造工程的進(jìn)度及其數(shù)據(jù)質(zhì)量。

圖2 金華地區(qū)PI系統(tǒng)部署拓?fù)鋱D

圖3 輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

5 結(jié)語

金華芝堰變電站智能化改造工程克服了傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)在線壓縮、多點(diǎn)接入等方面的問題，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測數(shù)據(jù)有效、實(shí)時(shí)的管理與存儲(chǔ)，提升了智能變電站的數(shù)據(jù)管理水平，同時(shí)也切實(shí)提高了數(shù)據(jù)庫使用效率，為智能變電站的運(yùn)行維護(hù)提供了保障。

[1]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）∶1-7.

[2]方明霞.PI數(shù)據(jù)庫在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].浙江電力，2010（4）∶51-54.