基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的中低壓配電網(wǎng)運(yùn)行管理

周仁才，金仁云，秦如意

（寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315010）

0 引言

作為浙江省電力公司首批PI數(shù)據(jù)庫(kù)試點(diǎn)單位，寧波電業(yè)局于2003年開始PI數(shù)據(jù)庫(kù)在電力生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)應(yīng)用研究和探索，經(jīng)過(guò)6年的PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)、實(shí)施和推廣，已建成輸配電海量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和應(yīng)用的統(tǒng)一平臺(tái)。2008年底又有選擇性接入了調(diào)度監(jiān)控SCADA系統(tǒng)、電能量采集（ERTU）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，開發(fā)了比較實(shí)用的圖形應(yīng)用（負(fù)荷監(jiān)控、蓄電池監(jiān)控、主變油色譜監(jiān)測(cè)）和報(bào)表應(yīng)用（負(fù)荷報(bào)表、電壓報(bào)表）。

中低壓配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的最底層，直接與用戶用電情況相關(guān)聯(lián)，其重要性不言而喻。但一直以來(lái)因中低壓配電網(wǎng)情況復(fù)雜多樣、監(jiān)控技術(shù)落后等多種原因，造成了管理方式落后甚至管理真空等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著營(yíng)銷系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)、公用變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等各類信息管理系統(tǒng)的建立，逐步實(shí)現(xiàn)了中低壓配電網(wǎng)的營(yíng)銷、生產(chǎn)管理信息化。但由于各信息系統(tǒng)的開發(fā)單位不同，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)及存儲(chǔ)方式也千差萬(wàn)別，給配電網(wǎng)管理特別是跨工作部門、跨管理專業(yè)、跨電壓等級(jí)的工作造成了不便。鑒于此，寧波電業(yè)局在前期PI數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，開始探索PI數(shù)據(jù)庫(kù)在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用。

1 PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

PI（Plant Information System）數(shù)據(jù)庫(kù)的核心是數(shù)據(jù)歸檔管理，它采集并存貯與流程相關(guān)的成千上萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用的“旋轉(zhuǎn)門”壓縮技術(shù)可以節(jié)省大量的磁盤空間，同時(shí)能保證數(shù)據(jù)的精度和密度要求。PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要應(yīng)用工具PI DataLink和PI ProcessBook等模塊完全與Windows兼容，具有極好的擴(kuò)展性。寧波電業(yè)局自行開發(fā)的PIMDB建模軟件和測(cè)點(diǎn)壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)了測(cè)點(diǎn)自動(dòng)維護(hù)、歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)招等功能，解決了數(shù)據(jù)可靠性不高的難題，將測(cè)點(diǎn)利用率最大化。

為了確保PI數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的先進(jìn)性，2009年寧波電業(yè)局加大了AF 2.0模塊（靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）和基于Web 2.0的圖形應(yīng)用開發(fā)研究力度。在AF模塊中導(dǎo)入設(shè)備模型對(duì)象，建立設(shè)備模型和業(yè)務(wù)模型，開發(fā)基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的Web圖形組件及在線圖形編輯器，解決了PI系統(tǒng)無(wú)法存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)的難題。通過(guò)建立設(shè)備模型和業(yè)務(wù)模型，使PI系統(tǒng)在設(shè)備對(duì)象研究和統(tǒng)計(jì)分析功能方面更加強(qiáng)化。圖形組件的開發(fā)使PI系統(tǒng)應(yīng)用從C/S結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)變?yōu)锽/S結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)界面更加流暢快捷，且實(shí)現(xiàn)客戶端免安裝功能。

與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相比，PI數(shù)據(jù)庫(kù)在響應(yīng)速度、可靠性、數(shù)據(jù)容量、應(yīng)用性等方面都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

2 基于PI系統(tǒng)的實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的配電網(wǎng)管理實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)管理實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)最底層為數(shù)據(jù)源，通過(guò)數(shù)據(jù)采集接口將需要接入的服務(wù)器和系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析為數(shù)據(jù)文件和模型文件存儲(chǔ)到PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器；中間層為應(yīng)用編程接口，是聯(lián)系數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層的接口層，包括組件接口和業(yè)務(wù)邏輯接口。組件接口是基于應(yīng)用層的圖形組件、中間件，業(yè)務(wù)邏輯接口是基于應(yīng)用層各業(yè)務(wù)模塊的邏輯算法接口。最上層為應(yīng)用層，包括該一體化運(yùn)行平臺(tái)的所有業(yè)務(wù)模塊，如已開發(fā)的業(yè)務(wù)報(bào)表模塊、業(yè)務(wù)報(bào)表管理模塊、實(shí)時(shí)線損模塊、供電可靠性分析模塊、電壓合格率分析模塊等。用戶可采用Web瀏覽方式使用該一體化平臺(tái)。

3 數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫(kù)的方式

3.1 省級(jí)及以上信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入

省級(jí)及以上信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，必須嚴(yán)格保證系統(tǒng)主數(shù)據(jù)庫(kù)的安全，同時(shí)不影響主服務(wù)器的正常運(yùn)行。對(duì)于營(yíng)銷系統(tǒng)、負(fù)控系統(tǒng)這類省級(jí)及以上信息管理系統(tǒng)，采用緩存服務(wù)器間接接入的方式，即在主服務(wù)器的基礎(chǔ)上增加一臺(tái)備用服務(wù)器，備份服務(wù)器中的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)量與主服務(wù)器保持一致，并實(shí)時(shí)更新，PI系統(tǒng)向備份服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。

3.1.1 數(shù)據(jù)接入流程及步驟

（1）省級(jí)及以上信息管理系統(tǒng)的主服務(wù)器提供兩路數(shù)據(jù)（如圖2中實(shí)線）：一路是通過(guò)省調(diào)和市調(diào)防火墻提供給每個(gè)市局用電營(yíng)銷部門進(jìn)行查看的數(shù)據(jù)，另一路數(shù)據(jù)是采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)，使主服務(wù)器與備份服務(wù)器中的數(shù)據(jù)保持一致。

（2）由省調(diào)統(tǒng)一給每個(gè)市局PI系統(tǒng)分配一個(gè)賬號(hào)和密碼，通過(guò)接口程序來(lái)讀取備份服務(wù)器數(shù)據(jù)（圖2中虛線）。讀取頻率根據(jù)數(shù)據(jù)密度要求確定，如負(fù)荷數(shù)據(jù)、電壓合格率數(shù)據(jù)為每小時(shí)讀取一次，電量數(shù)據(jù)每天凌晨3點(diǎn)讀取一次。

（3）PI接口機(jī)讀取到數(shù)據(jù)后完成數(shù)據(jù)接入到PI服務(wù)器的工作，并通過(guò)PI Web機(jī)向用戶提供數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

3.1.2 接入方式的優(yōu)點(diǎn)

（1）因?yàn)橄到y(tǒng)主服務(wù)器只需要向備份服務(wù)器提供數(shù)據(jù)，而不是向每個(gè)市局提供數(shù)據(jù)，因此在最大程度上保證了主服務(wù)器的原有性能不受影響，市局用戶在客戶端訪問(wèn)負(fù)荷控制系統(tǒng)的速度也不會(huì)變慢。

（2）2008年寧波電業(yè)局省控技改項(xiàng)目“PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)系統(tǒng)功能增強(qiáng)”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步，可以滿足主、備服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步，節(jié)省開發(fā)成本。

圖2 數(shù)據(jù)接入流程

（3）2006年，寧波電業(yè)局的電能量數(shù)據(jù)已接入PI系統(tǒng)，完成了訪問(wèn)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的接口設(shè)計(jì)，技術(shù)上比較成熟。本方案中市局接口機(jī)訪問(wèn)負(fù)荷控制系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)完全可以采用本接口，以節(jié)省開發(fā)時(shí)間和成本，且訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口性能比采用Web Service接口更加穩(wěn)定。

（4）由于是跨地區(qū)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，有可能會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷、數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸?shù)惹闆r。而訪問(wèn)備用服務(wù)器的好處就是能隨時(shí)為PI系統(tǒng)提供完整的數(shù)據(jù)，保證了PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

（5）PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)中心，在完成本系統(tǒng)的接入后，不僅能擴(kuò)大PI數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)范圍，更能為以后其他系統(tǒng)接入到PI系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)PI數(shù)據(jù)庫(kù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3.2 地級(jí)及以下信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入

地級(jí)及以下信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，在保證系統(tǒng)主數(shù)據(jù)庫(kù)的安全和不影響主服務(wù)器正常服務(wù)的前提下，為節(jié)約成本，可采用直接接入的方式。只需開放后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供登陸名和密碼，同時(shí)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的表結(jié)構(gòu)，PI接口程序就可以直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)以及測(cè)點(diǎn)定義。為保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全，PI接口程序只有讀數(shù)據(jù)的權(quán)限，無(wú)寫入、刪除權(quán)限。

這種接入方式的優(yōu)點(diǎn)是投資小、數(shù)據(jù)鏈路簡(jiǎn)單、效率高，能在保證數(shù)據(jù)安全的前提下獲得最大經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

4 PI數(shù)據(jù)庫(kù)在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用

在數(shù)據(jù)源接入的基礎(chǔ)上，進(jìn)行PI數(shù)據(jù)庫(kù)在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用功能開發(fā)。主要的應(yīng)用是對(duì)10kV和380 V分線線損、變電站和客戶電壓合格率、低壓用戶供電可靠性三大技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史統(tǒng)計(jì)分析，并在此基礎(chǔ)上深入開展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)無(wú)功數(shù)據(jù)采集、配電變壓器及低壓補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控分析、配電變壓器負(fù)荷測(cè)試等，滿足各業(yè)務(wù)部門尤其是對(duì)中低壓配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)計(jì)算、在線監(jiān)測(cè)、輔助分析的需要。

（1）10kV和380 V分線線損計(jì)算要素包括供、售電量及線路和變壓器的供售對(duì)應(yīng)關(guān)系。供電量由變電站出線關(guān)口表記錄，由電能量采集終端按一定時(shí)間間隔采集并保存，定時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)上傳到電能量采集系統(tǒng)服務(wù)器，經(jīng)過(guò)與PI服務(wù)器的接口，再上傳至PI數(shù)據(jù)庫(kù)中保存。售電量由公用變壓器電量和專用變壓器電量組成，分別由公用變壓器監(jiān)測(cè)服務(wù)器和現(xiàn)場(chǎng)管理服務(wù)器向各自的終端下達(dá)數(shù)據(jù)上傳命令，再經(jīng)過(guò)與PI服務(wù)器的接口上傳至PI數(shù)據(jù)庫(kù)中保存；線路與變壓器的供售對(duì)應(yīng)關(guān)系從營(yíng)銷系統(tǒng)服務(wù)器中取得。按照統(tǒng)一時(shí)間戳原則，經(jīng)過(guò)線損計(jì)算模塊處理，得出某一時(shí)間的線損值，從而實(shí)現(xiàn)10kV分線線損實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)功能。同理，可將統(tǒng)計(jì)范圍擴(kuò)大到每個(gè)供電所所有的10kV和380 V線路以及全局。

（2）電壓合格率統(tǒng)計(jì)包括A，B，C，D 4類，其中A類通過(guò)SCADA系統(tǒng)獲得，B類通過(guò)ERTU及現(xiàn)場(chǎng)終端獲得，C類通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)終端獲得，D類通過(guò)公用變壓器監(jiān)測(cè)儀和電壓監(jiān)測(cè)儀獲得。各類終端數(shù)據(jù)通過(guò)各自的信息系統(tǒng)在PI數(shù)據(jù)庫(kù)匯總分析，形成全局電壓合格率統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

（3）低壓用戶供電可靠性計(jì)算要素包括公用變壓器停電小時(shí)數(shù)、低壓用戶和配電變壓器臺(tái)區(qū)的供售對(duì)應(yīng)關(guān)系。公用變壓器停電時(shí)間由公用變壓器監(jiān)測(cè)終端采集，兩次上傳后保存至PI數(shù)據(jù)庫(kù)。低壓用戶和配電變壓器臺(tái)區(qū)的供售對(duì)應(yīng)關(guān)系按照統(tǒng)一時(shí)間戳原則，經(jīng)過(guò)低壓用戶供電可靠性計(jì)算模塊處理，得出某一段時(shí)間的低壓用戶供電可靠率。同理，可將統(tǒng)計(jì)范圍擴(kuò)大到一條10kV線路下的所有低壓線路（臺(tái)區(qū)）。如果條件具備，還可以將統(tǒng)計(jì)范圍擴(kuò)大到一個(gè)供電所的所有低壓線路（臺(tái)區(qū)）和全局所有低壓線路（臺(tái)區(qū)）。

充分利用PI ProcessBook的圖形接口，配電網(wǎng)無(wú)功監(jiān)控、配電變壓器及低壓補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控分析等功能通過(guò)值圖、棒圖、趨勢(shì)圖等方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，清晰直觀。

5 應(yīng)用實(shí)效

寧波電業(yè)局PI數(shù)據(jù)庫(kù)在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用建設(shè)開發(fā)工作從2009年開始，以鎮(zhèn)海供電局為試點(diǎn)單位，選擇了覺匯631、西山G304、緊固G415等6條10kV線路，涉及21臺(tái)用戶專用變壓器和29臺(tái)公用變壓器，負(fù)荷控制裝置31套，配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)12套，集中抄表裝置19套，電壓監(jiān)測(cè)裝置23套，低壓用戶1980戶。在現(xiàn)場(chǎng)采集終端均調(diào)試正常的前提下，完成了營(yíng)銷系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)、公用變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共5個(gè)信息系統(tǒng)與PI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，并將數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫(kù)。開發(fā)了10kV和380 V分線線損、電壓合格率、低壓用戶供電可靠性統(tǒng)計(jì)、配電變壓器負(fù)荷測(cè)試、變電站10kV母線平衡統(tǒng)計(jì)、公用配電變壓器及低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等各類報(bào)表和圖形12套。其中7套報(bào)表和圖形實(shí)現(xiàn)了除試點(diǎn)線路外的全局范圍應(yīng)用，另外5套也具有良好的擴(kuò)展性，很容易實(shí)現(xiàn)全局范圍的應(yīng)用。

通過(guò)PI數(shù)據(jù)庫(kù)在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用建設(shè)開發(fā)，將各個(gè)分散的數(shù)據(jù)源存儲(chǔ)到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中，改變了過(guò)去將這些分散的數(shù)據(jù)通過(guò)手工導(dǎo)出、匯總后才能應(yīng)用的局面，基本實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和設(shè)備狀況的在線監(jiān)控，縮短了指標(biāo)統(tǒng)計(jì)周期，提高了工作效率和計(jì)算精確度。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，PI數(shù)據(jù)庫(kù)在寧波電業(yè)局輸變電調(diào)度、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用趨于成熟，在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用也在逐步完善。借助PI數(shù)據(jù)庫(kù)，整合了分散的數(shù)據(jù)，使跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)、跨數(shù)據(jù)庫(kù)、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用成為可能，對(duì)提高配電網(wǎng)集中化、自動(dòng)化、精細(xì)化管理水平有著重要的意義。隨著PI數(shù)據(jù)庫(kù)作為輸、配電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集平臺(tái)的搭建，將為寧波電網(wǎng)向智能化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。