實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法研究

周 升，陶 敏

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

浙江電力實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)自2005年建成以來(lái)，陸續(xù)接入了各級(jí)調(diào)度SCADA系統(tǒng)、電能量系統(tǒng)、輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等大量實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)，共計(jì)150余萬(wàn)個(gè)測(cè)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)接入的基礎(chǔ)上，通過(guò)鼓勵(lì)群眾性創(chuàng)新應(yīng)用和開(kāi)展實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用競(jìng)賽等措施，在全省范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)、實(shí)施和部署了數(shù)百個(gè)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用，范圍幾乎涵蓋了電力生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)需要為這些業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，但是隨著業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和大量業(yè)務(wù)應(yīng)用的部署，現(xiàn)有的平臺(tái)訪問(wèn)方式已不能滿足浙江電力實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的需要，有必要研究一套通用的平臺(tái)訪問(wèn)方法。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)

國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《國(guó)家電網(wǎng)公司海量歷史準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)典型設(shè)計(jì)》（以下簡(jiǎn)稱國(guó)網(wǎng)典設(shè)），對(duì)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)海量實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)在系統(tǒng)架構(gòu)、功能規(guī)范、數(shù)據(jù)交互規(guī)范等方面給出了規(guī)范性建議。

國(guó)網(wǎng)典設(shè)要求網(wǎng)省公司采用集中部署模式，即數(shù)據(jù)接入和應(yīng)用都要求在網(wǎng)省層面。

國(guó)網(wǎng)典設(shè)對(duì)平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)也有要求，為各業(yè)務(wù)應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的歷史/準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，例如CIS訪問(wèn)接口、SQL訪問(wèn)接口、UAPI（Universal API，通用訪問(wèn)接口）和 OPC 接口等。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行封裝，對(duì)外提供一致性的調(diào)用接口，隔離外部各類應(yīng)用對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)的直接訪問(wèn)。

1.2 浙江電力實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)現(xiàn)狀

浙江電力實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)訪問(wèn)架構(gòu)如圖1所示。

目前全省與實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的主要應(yīng)用如下：

（1）調(diào)度管理應(yīng)用。從實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)獲取全省220kV及以上的調(diào)度數(shù)據(jù)，用于潮流分析、線損分析、負(fù)荷監(jiān)測(cè)、低周減載等調(diào)度輔助分析應(yīng)用。

（2）營(yíng)銷管理應(yīng)用。主要有用電信息采集系統(tǒng)、營(yíng)銷直報(bào)系統(tǒng)、營(yíng)銷需求側(cè)系統(tǒng)、售電市場(chǎng)系統(tǒng)等，從實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)獲取源于SCADA的測(cè)點(diǎn)和電量數(shù)據(jù)。

（3）生產(chǎn)管理應(yīng)用。主要應(yīng)用系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)（即PMS，含GIS）、應(yīng)急管理系統(tǒng)、輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。需要從實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)等。

（4）電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)與規(guī)劃應(yīng)用。主要應(yīng)用于發(fā)展策劃部的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、電網(wǎng)規(guī)劃輔助管理系統(tǒng)等，需要從實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)獲取全省220kV及以上測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)/歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)及變電站一次接線圖。

（5）其它與平臺(tái)相關(guān)的應(yīng)用。

各類業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)數(shù)據(jù)的需求各不相同，所以各部門自行開(kāi)發(fā)和部署了眾多的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（見(jiàn)圖1）。各類應(yīng)用訪問(wèn)平臺(tái)時(shí)缺少統(tǒng)一的規(guī)劃，定位也不明確，從而造成數(shù)據(jù)接口雜亂、重復(fù)，甚至在同一類業(yè)務(wù)應(yīng)用中的不同系統(tǒng)也有不同接口。這不僅影響獲取數(shù)據(jù)的效率，還造成平臺(tái)接口管理和維護(hù)的困難，也浪費(fèi)了平臺(tái)資源。

隨著浙江電力各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，新的應(yīng)用不斷增加，如果沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)上將會(huì)出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)接口，極大增加平臺(tái)的運(yùn)行壓力。如何制定符合浙江電力應(yīng)用需求的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法，是目前面臨的重要問(wèn)題。

2 平臺(tái)通用訪問(wèn)方法

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

按照國(guó)網(wǎng)典設(shè)中數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)的要求以及浙江電力制定發(fā)布的《PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)范（試行）》的可用及易用性要求，通過(guò)Web-Service封裝PI-SDK和PI-API，提供標(biāo)準(zhǔn)、通用的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)測(cè)點(diǎn)配置信息以及測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法。

對(duì)平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)進(jìn)行改造后的總體架構(gòu)如圖2所示。

2.2 常用訪問(wèn)方法

圖1 實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)架構(gòu)

通過(guò)對(duì)全省范圍內(nèi)多年來(lái)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的梳理和分析，總結(jié)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)常用的訪問(wèn)方法有以下幾類：

（1）服務(wù)器連接與身份驗(yàn)證。使用服務(wù)器統(tǒng)一的身份驗(yàn)證機(jī)制，驗(yàn)證訪問(wèn)接口客戶端身份。接口自動(dòng)生成驗(yàn)證字段返回給客戶端，客戶端使用該驗(yàn)證字段進(jìn)行測(cè)點(diǎn)配置信息以及測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。用戶驗(yàn)證信息具有時(shí)效性。

（2）測(cè)點(diǎn)屬性查詢。用戶查詢特定服務(wù)器的測(cè)點(diǎn)信息，包括全測(cè)點(diǎn)查詢、過(guò)濾查詢以及特定測(cè)點(diǎn)的屬性查詢等方法。過(guò)濾查詢支持“*”等通配符以及多個(gè)屬性的過(guò)濾條件組合，過(guò)濾條件遵循測(cè)點(diǎn)檢索規(guī)范。

（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。特定測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，支持批量操作。

（4）歷史數(shù)據(jù)查詢。任意時(shí)間段內(nèi)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)查詢，支持批量操作。對(duì)于特定時(shí)間點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)查詢，提供時(shí)間點(diǎn)前、后或插入輸出的方式返回測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)。

2.3 擴(kuò)充訪問(wèn)方法

近年來(lái)，浙江電力加大了實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的應(yīng)用與研究，新的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，如輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分層分區(qū)的需求側(cè)實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)等，常用的平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法已不能滿足業(yè)務(wù)需求。因此，對(duì)常用的訪問(wèn)方法進(jìn)行了擴(kuò)充。

2.3.1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢

任意時(shí)間段內(nèi)特定測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢，通過(guò)輸入統(tǒng)計(jì)方式（求和、最大、最小、平均等），查詢?cè)摃r(shí)間段內(nèi)所選統(tǒng)計(jì)方式的數(shù)據(jù)，支持批量操作。

2.3.2 數(shù)據(jù)過(guò)濾查詢

查詢?nèi)我鈺r(shí)間段內(nèi)測(cè)點(diǎn)過(guò)濾后的歷史數(shù)據(jù)。通過(guò)輸入過(guò)濾條件，可查詢?cè)谠摃r(shí)間段內(nèi)符合過(guò)濾條件的歷史數(shù)據(jù)，支持批量操作。

2.3.3 對(duì)計(jì)算點(diǎn)的操作

實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中不僅保存著原始數(shù)據(jù)，還保存著經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理后的數(shù)據(jù)。在某些高級(jí)應(yīng)用中還需要通過(guò)平臺(tái)訪問(wèn)方法對(duì)計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行操作，如添加、修改、回寫(xiě)二次數(shù)據(jù)等，針對(duì)這類應(yīng)用定義如下：

（1）測(cè)點(diǎn)添加、刪除操作。添加和刪除服務(wù)器測(cè)點(diǎn)。用戶可通過(guò)提供基本的屬性來(lái)創(chuàng)建新測(cè)點(diǎn)，并在創(chuàng)建成功后使用測(cè)點(diǎn)信息變更操作方法修改特定測(cè)點(diǎn)的屬性信息。

（2）測(cè)點(diǎn)信息變更操作。變更特定測(cè)點(diǎn)的屬性信息，支持批量操作。用戶需保證測(cè)點(diǎn)的唯一性，對(duì)于測(cè)點(diǎn)標(biāo)簽（Tag）屬性的修改，需提供原始屬性。用戶可通過(guò)提供測(cè)點(diǎn)ID來(lái)修改測(cè)點(diǎn)的任意屬性，無(wú)需提供屬性的原始信息，測(cè)點(diǎn)ID不可修改。

（3）歷史數(shù)據(jù)刪除。任意時(shí)間段內(nèi)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)刪除，支持批量操作。

（4）歷史數(shù)據(jù)插入。任意時(shí)間段內(nèi)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)插入，支持批量操作。支持替換、插入等多種方式的數(shù)據(jù)插入。

圖2 改造后的平臺(tái)架構(gòu)

（5）歷史數(shù)據(jù)修改。任意時(shí)間點(diǎn)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)修改，支持批量操作。支持插入、替換等多種方式的數(shù)據(jù)修改操作。

2.4 應(yīng)用舉例

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要從實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)獲取主變壓器、斷路器等設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。首先通過(guò)測(cè)點(diǎn)屬性查詢方法獲取平臺(tái)中的測(cè)點(diǎn)信息，再通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢等方法獲取平臺(tái)中的數(shù)據(jù)。

分層分區(qū)的需求側(cè)管理系統(tǒng)不僅要獲取平臺(tái)中的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，還需要通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢方法來(lái)獲取一段時(shí)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)值。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、停電跳閘分析等高級(jí)功能是通過(guò)測(cè)點(diǎn)添加刪除操作、歷史數(shù)據(jù)插入、歷史數(shù)據(jù)修改等方法，把計(jì)算好的結(jié)果回寫(xiě)到平臺(tái)中，供其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

浙江電力各應(yīng)用系統(tǒng)與實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)訪問(wèn)如圖3所示。以上應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明，通用訪問(wèn)方法能滿足目前浙江電力的應(yīng)用需求。

3 平臺(tái)訪問(wèn)方法優(yōu)化及測(cè)試

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)海量歷史/準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和應(yīng)用情況進(jìn)行了自查驗(yàn)收評(píng)分。細(xì)致比對(duì)和分析現(xiàn)有平臺(tái)及應(yīng)用與國(guó)家電網(wǎng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)存在的差異，明確平臺(tái)優(yōu)化的方向。

表1 通用訪問(wèn)方法改造情況

表2 通用訪問(wèn)方法測(cè)試情況

圖3 各應(yīng)用訪問(wèn)平臺(tái)

目前浙江電力實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)仍使用PI-SDK和PI-API等接口技術(shù)，需要按照國(guó)家電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口UAPI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造。在研究使用通用的WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法的同時(shí)，對(duì)這些訪問(wèn)方法調(diào)用的底層API接口進(jìn)行了改造，使其符合國(guó)網(wǎng)典設(shè)要求。

根據(jù)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法的分類，實(shí)現(xiàn)了14個(gè)通用訪問(wèn)方法，并對(duì)其中10個(gè)方法進(jìn)行了改造和優(yōu)化，如表1所示。

UAPI接口屏蔽了底層數(shù)據(jù)庫(kù)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)及差異，對(duì)外提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口為上層應(yīng)用服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了透明性以及分布式訪問(wèn)。即使數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行升級(jí)和替換，實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法仍然適用，從而通過(guò)UAPI接口實(shí)現(xiàn)了通用訪問(wèn)方法對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)的兼容。

按照國(guó)網(wǎng)典設(shè)的要求，浙江電力實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)需要進(jìn)行改造，從訪問(wèn)方法的優(yōu)化入手可以在不影響原有平臺(tái)正常運(yùn)行的前提下，做到先并行后替代的無(wú)縫切換?！爸贫ㄍㄓ迷L問(wèn)方法，實(shí)現(xiàn)UAPI接口”遵循平穩(wěn)過(guò)渡的改造原則，不僅降低了風(fēng)險(xiǎn)，也為應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口。

結(jié)合目前正在開(kāi)展的輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目對(duì)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)平臺(tái)通用訪問(wèn)方法的研究、實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化，為電網(wǎng)各信息化系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，解決了目前平臺(tái)訪問(wèn)接口管理和維護(hù)困難的問(wèn)題，節(jié)省了平臺(tái)資源，使實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)成為其他關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐和關(guān)鍵輔助，為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的信息化基礎(chǔ)。