綜合多平臺信息的配電網(wǎng)主設(shè)備負載監(jiān)控系統(tǒng)研究與建設(shè)

張 囡

國網(wǎng)武漢供電公司 湖北 武漢 430015

0 引言

配電網(wǎng)是整個電網(wǎng)的神經(jīng)末梢，是電力企業(yè)面向社會的窗口，配網(wǎng)運行管理直接關(guān)系千家萬戶，社會責(zé)任和影響巨大。長期以來，配網(wǎng)一直處于“看不透、摸不準、說不清、控不住”的粗放管理狀態(tài)，主要癥結(jié)在于管理上不具備基本的技術(shù)手段，許多信息只能靠人工報送，信息“由下至上”，受人為因素影響較大，管理和決策層難以全面真實地掌控設(shè)備運行情況，致使配網(wǎng)管理精益化水平難以提升。

配電設(shè)備點多面廣，設(shè)備運行狀況較復(fù)雜，尤其是部分配電變壓器和10kV線路負載波動較大，超載、重載現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響了配電網(wǎng)供電能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。國網(wǎng)湖北省電力公司綜合利用 PMS、EMS、用電信息采集系統(tǒng)［1－2］等現(xiàn)有信息平臺，提取關(guān)鍵信息，在信息融合基礎(chǔ)上，研究和建設(shè)了“配電網(wǎng)主設(shè)備負載監(jiān)控系統(tǒng)”，有助于各級單位和部門及時掌握各公用配變和變電站10kV出線的運行情況，指導(dǎo)開展生產(chǎn)業(yè)務(wù)，降低配變超重載比例，掌握線路負載水平，逐步實現(xiàn)配網(wǎng)信息“全景化、透明化、實時化”管理，全面提升了配網(wǎng)運檢業(yè)務(wù)的管控能力和穿透力，提高管理精細化水平。

2 系統(tǒng)設(shè)計思想及基本構(gòu)架

2.1 系統(tǒng)設(shè)計思想

系統(tǒng)的研究和建設(shè)以信息融合為基礎(chǔ)，實現(xiàn)現(xiàn)有相關(guān)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)橫向貫通，通過營銷用電信息采集系統(tǒng)和調(diào)度EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入［3］，實現(xiàn)配變電壓、電流、功率因數(shù)、負荷和變電站10kV出線電流等數(shù)據(jù)的綜合管理，梳理和整合各類信息源，實現(xiàn)綜合展示和輔助決策，主要建設(shè)內(nèi)容包括：

1）信息收集與分析

開發(fā)營銷用電采集系統(tǒng)和調(diào)度SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)配電變壓器臺賬的數(shù)據(jù)接入，實現(xiàn)變電站10kV出線臺賬接入，實現(xiàn)配電變壓器電流、電壓、功率因數(shù)、負荷等運行數(shù)據(jù)的接入，實現(xiàn)變電站10kV出線電流數(shù)據(jù)的接入。

在數(shù)據(jù)接入的基礎(chǔ)上，開展數(shù)據(jù)的評估校核、甄別校驗、數(shù)據(jù)清洗等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)治理工作，并基于標準模型進行設(shè)備和數(shù)據(jù)統(tǒng)一，為后續(xù)開發(fā)和綜合利用奠定基礎(chǔ)。

2）數(shù)據(jù)展示及監(jiān)控

梳理功能需求，開發(fā)平臺界面。實現(xiàn)配變運行數(shù)據(jù)的曲線展示；線路運行數(shù)據(jù)的曲線展示；配變重載、過載、三相不平衡、電壓缺相、功率連續(xù)為零、有功功率為零無功功率不為零、有功功率不為零無功功率為零等運行數(shù)據(jù)告警計算；配網(wǎng)線路重載、過載告警；配變、線路負載率和配變?nèi)嗖黄胶獾慕y(tǒng)計分析；配變、線路告警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計；圖形化統(tǒng)計分析等功能。

2.2 系統(tǒng)基本構(gòu)架

系統(tǒng)采用省級集中方式進行部署，部署有兩臺服務(wù)器，分別是應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器主要功能為對系統(tǒng)服務(wù)進行發(fā)布，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，主要是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行存儲。系統(tǒng)基本構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

1）系統(tǒng)技術(shù)路線

系統(tǒng)采用JSP技術(shù)實現(xiàn)界面展示，采用jQuery、jQuery easyui開發(fā)前臺框架，采用JavaEE技術(shù)規(guī)范 （JavaEE規(guī)范采用5.0以上版本，JDK采用1.5以上版本）開展服務(wù)器開發(fā)。采用Eclipse，PL/SQL Developer作為開發(fā)平臺。平臺采用分層技術(shù)架構(gòu)（展現(xiàn)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)集成層以及數(shù)據(jù)資源層），采用面向服務(wù)（SOA）的架構(gòu)，提供 RESTful風(fēng)格的服務(wù)，通信協(xié)議采用HTTP，數(shù)據(jù)格式采用JSON。在WEB界面展示技術(shù)方面，采用成熟界面展現(xiàn)技術(shù)，包括 Ajax、JSP等，支持 IE6、IE8版本。采用 Java路線，JDK／JRE 1.5，Servlet 2.4／Jsp 2.0 進行服務(wù)端開發(fā)，平臺中間件支持Tomcat6.x及以上版本，支持其他符合或兼容Java EE 1.4標準的容器。數(shù)據(jù)庫采用Oracle 10g。

2）系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)依據(jù)管理系統(tǒng)的特性，基于J2EE技術(shù)平臺，采用基于B/S的三層架構(gòu)，支持應(yīng)用服務(wù)器，并利用Web Service技術(shù)解決各模塊的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)架構(gòu)概覽圖如圖2所示。

圖2 平臺架構(gòu)概覽圖

3 功能模塊

系統(tǒng)功能分為兩類：公用配電變壓器監(jiān)控、變電站10kV出線線路負載監(jiān)控。分別如圖3、圖4所示。

圖3 配電變壓器監(jiān)控功能

圖4 變電站10kV出線監(jiān)控功能

整個系統(tǒng)具體功能明細如表1所示。

表1 業(yè)務(wù)架構(gòu)遵從對照表

綜合查詢（線路） 線路綜合查詢變電站綜合查詢統(tǒng)計分析（線路） 負載率信息統(tǒng)計圖形報表導(dǎo)出導(dǎo)出Excel表格輔助功能個別導(dǎo)出word,PDF文檔

3.1 配變監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計

在系統(tǒng)的研究和建設(shè)過程中，根據(jù)全省生產(chǎn)實際需求，設(shè)計了11項功能模塊，相關(guān)功能框架如圖5所示。

圖5 10kV配電變壓器監(jiān)控業(yè)務(wù)功能框架簡圖

3.2 線路監(jiān)控業(yè)務(wù)功能設(shè)計

對于變電站10kV出線，系統(tǒng)設(shè)計5類功能模塊，如表2所示。

表2 10kV變電站出線監(jiān)測功能設(shè)計

4 系統(tǒng)接口研究和開發(fā)

系統(tǒng)通過海量數(shù)據(jù)平臺和中間庫與調(diào)度SCADA系統(tǒng)和營銷用電采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)集成。

4.1 調(diào)度SCADA數(shù)據(jù)接口開發(fā)

系統(tǒng)所需10kV變電站出線電流數(shù)據(jù)從海量數(shù)據(jù)平臺提取。省調(diào)OMS系統(tǒng)直接從地調(diào)SCADA系統(tǒng)中抽取線路數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，并生成E文件，將E文件存入海量數(shù)據(jù)平臺的FTP空間，由海量數(shù)據(jù)平臺對E文件進行解析后存入海量數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)調(diào)用海量數(shù)據(jù)平臺接口程序，獲取線路數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)。如圖6所示。

圖6 調(diào)度SCADA數(shù)據(jù)接口

4.2 營銷用電采集接口開發(fā)

系統(tǒng)所需配電變壓器信息數(shù)據(jù)從省數(shù)據(jù)中心（ODS）中提取。目前用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過終端以每天96個點定期自動采集，運行數(shù)據(jù)存儲在地市級用電信息采集系統(tǒng)中，省級用電信息采集系統(tǒng)負責(zé)定期從地級主站抽取后主動發(fā)送至省數(shù)據(jù)中心（ODS）。

省公司數(shù)據(jù)中心（ODS）根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送方對交換數(shù)據(jù)周期、交換內(nèi)容、交換時間的要求建立數(shù)據(jù)交換模型，并賦予表模型讀寫權(quán)限，然后向數(shù)據(jù)發(fā)送方省用電信息采集系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫連接信息（數(shù)據(jù)庫類型、地址、用戶、密碼、SID等信息），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的主動發(fā)送。

電流、電壓、負荷、功率數(shù)據(jù)更新模式：數(shù)據(jù)更新的頻率為每天一次，每天在固定的時間段內(nèi)將全省所有數(shù)據(jù)集中發(fā)送至ODS數(shù)據(jù)庫表中，同時將5天前的數(shù)據(jù)進行刪除，以保證數(shù)據(jù)不會占用全部的ODS空間。

其他臺賬信息更新模式：此類信息因變更不是非常頻繁，所以采用增量更新的模式，第一次將此類數(shù)據(jù)全部倒入到配變數(shù)據(jù)庫中后，如發(fā)生更新則將ODS數(shù)據(jù)庫表中做出標記，平臺則將變更的臺賬數(shù)據(jù)進行更新。

省公司數(shù)據(jù)中心（ODS）向本平臺提供數(shù)據(jù)庫連接信息（數(shù)據(jù)庫類型、地址、用戶、密碼、SID等），并開放數(shù)據(jù)表的讀取權(quán)限，本系統(tǒng)再從數(shù)據(jù)中心（ODS）抽取所需數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動集成。

具體接口數(shù)據(jù)流如圖7所示。

圖7 營銷用電采集接口

5 系統(tǒng)測試及應(yīng)用

5.1 測試方法

系統(tǒng)測試主要針對平臺的系統(tǒng)管理模塊、首頁、告警、統(tǒng)計分析模塊、臺賬查詢等模塊進行測試，測試已實現(xiàn)的功能是否滿足業(yè)務(wù)需求，是否達到功能和性能設(shè)計的要求，包括：各個功能點是否已實現(xiàn)并滿足實際需要，業(yè)務(wù)流程是否正確，系統(tǒng)界面是否友好、易用性是否強等。本系統(tǒng)測試分為功能測試和性能測試2類，分別如表3、表4所示。

表3 功能測試內(nèi)容及要求

表4 性能測試內(nèi)容及要求

5.2 測試結(jié)果

經(jīng)過功能測試，系統(tǒng)整體運行正常，首頁展示、臺賬查詢、告警、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)管理5大功能模塊測試通過，能滿足業(yè)務(wù)設(shè)計要求。

經(jīng)過性能測試，在單臺虛擬機環(huán)境下，模擬30用戶并發(fā)執(zhí)行登錄操作，通過對峰值數(shù)據(jù)量的估算，完成登錄平均用時6.446秒，滿足業(yè)務(wù)過程并發(fā)執(zhí)行操作平均響應(yīng)時間在10秒內(nèi)的需求，測試期間共1045次登錄操作的成功率為99.3%。

5.3 系統(tǒng)應(yīng)用成效

湖北全省14家地市供電公司應(yīng)用本系統(tǒng)實現(xiàn)所轄公用變壓器和10kV變電站出線的負荷監(jiān)控和狀態(tài)管控，有效發(fā)現(xiàn)供電卡口問題，為建設(shè)改造、供電能力提升發(fā)揮了重要作用。

系統(tǒng)應(yīng)用以來，全省配電臺區(qū)的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和線路電流數(shù)據(jù)得以實時、集中展示，實現(xiàn)對負載率各區(qū)段的月趨勢、日分布等圖形化分析。在翔實、有效數(shù)據(jù)的支撐下，各單位積極超前開展超載、重載問題的整治工作，極大提高了配電臺區(qū)和線路的分析效率。2014年迎峰度夏高溫大負荷期間，2013年夏季集中發(fā)生的超重載、低電壓現(xiàn)象得到了大力緩解，全省城市配網(wǎng)累計19條線路出現(xiàn)超載，較2013年43條下降24條，出現(xiàn)過載配變204臺，較2013年472臺減少268臺，電網(wǎng)運行質(zhì)量顯著提升。

6 結(jié)束語

配電網(wǎng)運行維護業(yè)務(wù)具有其顯著特點，要達到精益化、全壽命周期管理等要求，提高信息化技術(shù)和手段是必然趨勢。綜合利用成熟的PMS、EMS、用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)配電變壓器和10kV變電站出線的負荷監(jiān)控，對準確掌握設(shè)備運行狀態(tài)具有重要意義。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，集成各成熟業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，開展配網(wǎng)運維管控多種綜合功能的開發(fā)應(yīng)用工作，將是實現(xiàn)配電網(wǎng)從 “分散單元化”向“網(wǎng)絡(luò)一體化”轉(zhuǎn)變的重要技術(shù)路徑。

［1］李良.建立在用電信息采集系統(tǒng)基礎(chǔ)上的配電管理實踐分析［J］.硅谷，2014，168（24）：182-183.

［2］王勇.電力系統(tǒng)配電管理中用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.中國電業(yè)技術(shù)，2014，（2）：37-40.

［3］羅進福.淺析配電管理系統(tǒng)與營銷管理系統(tǒng)信息共享的實現(xiàn)［J］.科技與企業(yè)，2013，（2）：163.