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)庫試點單位，寧波電業(yè)局于2003年開始PI數(shù)據(jù)庫在電力生產(chǎn)中的實時應用研究和探索，經(jīng)過6年的PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設、實施和推廣，已建成輸配電海量數(shù)據(jù)采集、存儲和應用的統(tǒng)一平臺。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)了比較實用的圖形應用（負荷監(jiān)控、蓄電池監(jiān)控、主變油色譜監(jiān)測）和報表應用（負荷報表、電壓報表）。

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。但一直以來因中低壓配電網(wǎng)情況復雜多樣、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題。近年來，隨著營銷系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)、公用變壓器監(jiān)測系統(tǒng)、電壓監(jiān)測系統(tǒng)等各類信息管理系統(tǒng)的建立，逐步實現(xiàn)了中低壓配電網(wǎng)的營銷、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，后臺數(shù)據(jù)庫及存儲方式也千差萬別，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)庫應用的基礎(chǔ)上，開始探索PI數(shù)據(jù)庫在配電網(wǎng)管理中的應用。

1 PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)勢

PI（Plant Information System）數(shù)據(jù)庫的核心是數(shù)據(jù)歸檔管理，它采集并存貯與流程相關(guān)的成千上萬點數(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，同時能保證數(shù)據(jù)的精度和密度要求。PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要應用工具PI DataLink和PI ProcessBook等模塊完全與Windows兼容，具有極好的擴展性。寧波電業(yè)局自行開發(fā)的PIMDB建模軟件和測點壓縮技術(shù)實現(xiàn)了測點自動維護、歷史數(shù)據(jù)補招等功能，解決了數(shù)據(jù)可靠性不高的難題，將測點利用率最大化。

為了確保PI數(shù)據(jù)庫應用的先進性，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）和基于Web 2.0的圖形應用開發(fā)研究力度。在AF模塊中導入設備模型對象，建立設備模型和業(yè)務模型，開發(fā)基于PI數(shù)據(jù)庫的Web圖形組件及在線圖形編輯器，解決了PI系統(tǒng)無法存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)的難題。通過建立設備模型和業(yè)務模型，使PI系統(tǒng)在設備對象研究和統(tǒng)計分析功能方面更加強化。圖形組件的開發(fā)使PI系統(tǒng)應用從C/S結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)變?yōu)锽/S結(jié)構(gòu)，監(jiān)測界面更加流暢快捷，且實現(xiàn)客戶端免安裝功能。

與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比，PI數(shù)據(jù)庫在響應速度、可靠性、數(shù)據(jù)容量、應用性等方面都具有無可比擬的優(yōu)勢。

2 基于PI系統(tǒng)的實時應用平臺系統(tǒng)架構(gòu)

基于PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的配電網(wǎng)管理實時應用平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)管理實時應用平臺系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)最底層為數(shù)據(jù)源，通過數(shù)據(jù)采集接口將需要接入的服務器和系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析為數(shù)據(jù)文件和模型文件存儲到PI實時數(shù)據(jù)服務器；中間層為應用編程接口，是聯(lián)系數(shù)據(jù)層和應用層的接口層，包括組件接口和業(yè)務邏輯接口。組件接口是基于應用層的圖形組件、中間件，業(yè)務邏輯接口是基于應用層各業(yè)務模塊的邏輯算法接口。最上層為應用層，包括該一體化運行平臺的所有業(yè)務模塊，如已開發(fā)的業(yè)務報表模塊、業(yè)務報表管理模塊、實時線損模塊、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。

3 數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫的方式

3.1 省級及以上信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入

省級及以上信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫時，必須嚴格保證系統(tǒng)主數(shù)據(jù)庫的安全，同時不影響主服務器的正常運行。對于營銷系統(tǒng)、負控系統(tǒng)這類省級及以上信息管理系統(tǒng)，采用緩存服務器間接接入的方式，即在主服務器的基礎(chǔ)上增加一臺備用服務器，備份服務器中的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)量與主服務器保持一致，并實時更新，PI系統(tǒng)向備份服務器讀取數(shù)據(jù)。

3.1.1 數(shù)據(jù)接入流程及步驟

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

（2）由省調(diào)統(tǒng)一給每個市局PI系統(tǒng)分配一個賬號和密碼，通過接口程序來讀取備份服務器數(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，如負荷數(shù)據(jù)、電壓合格率數(shù)據(jù)為每小時讀取一次，電量數(shù)據(jù)每天凌晨3點讀取一次。

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

3.1.2 接入方式的優(yōu)點

（1）因為系統(tǒng)主服務器只需要向備份服務器提供數(shù)據(jù)，而不是向每個市局提供數(shù)據(jù)，因此在最大程度上保證了主服務器的原有性能不受影響，市局用戶在客戶端訪問負荷控制系統(tǒng)的速度也不會變慢。

（2）2008年寧波電業(yè)局省控技改項目“PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)系統(tǒng)功能增強”已經(jīng)實現(xiàn)多臺服務器之間的數(shù)據(jù)同步，可以滿足主、備服務器的數(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Oracle數(shù)據(jù)庫的接口設計，技術(shù)上比較成熟。本方案中市局接口機訪問負荷控制系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫完全可以采用本接口，以節(jié)省開發(fā)時間和成本，且訪問數(shù)據(jù)庫的接口性能比采用Web Service接口更加穩(wěn)定。

（4）由于是跨地區(qū)導入數(shù)據(jù)，有可能會發(fā)生網(wǎng)絡中斷、數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)惹闆r。而訪問備用服務器的好處就是能隨時為PI系統(tǒng)提供完整的數(shù)據(jù)，保證了PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

（5）PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺中心，在完成本系統(tǒng)的接入后，不僅能擴大PI數(shù)據(jù)庫的數(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)，實現(xiàn)PI數(shù)據(jù)庫的長遠發(fā)展。

3.2 地級及以下信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入

地級及以下信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源接入PI數(shù)據(jù)庫時，在保證系統(tǒng)主數(shù)據(jù)庫的安全和不影響主服務器正常服務的前提下，為節(jié)約成本，可采用直接接入的方式。只需開放后臺數(shù)據(jù)庫，提供登陸名和密碼，同時提供數(shù)據(jù)存儲的表結(jié)構(gòu)，PI接口程序就可以直接訪問數(shù)據(jù)庫，讀取實時和歷史數(shù)據(jù)以及測點定義。為保證數(shù)據(jù)庫安全，PI接口程序只有讀數(shù)據(jù)的權(quán)限，無寫入、刪除權(quán)限。

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

4 PI數(shù)據(jù)庫在配電網(wǎng)管理中的應用

在數(shù)據(jù)源接入的基礎(chǔ)上，進行PI數(shù)據(jù)庫在配電網(wǎng)管理中的應用功能開發(fā)。主要的應用是對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)指標進行實時和歷史統(tǒng)計分析，并在此基礎(chǔ)上深入開展應用，實現(xiàn)配電網(wǎng)無功數(shù)據(jù)采集、配電變壓器及低壓補償運行狀態(tài)監(jiān)控分析、配電變壓器負荷測試等，滿足各業(yè)務部門尤其是對中低壓配電網(wǎng)的實時計算、在線監(jiān)測、輔助分析的需要。

（1）10kV和380 V分線線損計算要素包括供、售電量及線路和變壓器的供售對應關(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間間隔采集并保存，定時將采集到的數(shù)據(jù)上傳到電能量采集系統(tǒng)服務器，經(jīng)過與PI服務器的接口，再上傳至PI數(shù)據(jù)庫中保存。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)測服務器和現(xiàn)場管理服務器向各自的終端下達數(shù)據(jù)上傳命令，再經(jīng)過與PI服務器的接口上傳至PI數(shù)據(jù)庫中保存；線路與變壓器的供售對應關(guān)系從營銷系統(tǒng)服務器中取得。按照統(tǒng)一時間戳原則，經(jīng)過線損計算模塊處理，得出某一時間的線損值，從而實現(xiàn)10kV分線線損實時統(tǒng)計功能。同理，可將統(tǒng)計范圍擴大到每個供電所所有的10kV和380 V線路以及全局。

（2）電壓合格率統(tǒng)計包括A，B，C，D 4類，其中A類通過SCADA系統(tǒng)獲得，B類通過ERTU及現(xiàn)場終端獲得，C類通過現(xiàn)場終端獲得，D類通過公用變壓器監(jiān)測儀和電壓監(jiān)測儀獲得。各類終端數(shù)據(jù)通過各自的信息系統(tǒng)在PI數(shù)據(jù)庫匯總分析，形成全局電壓合格率統(tǒng)計報表。

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

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

5 應用實效

寧波電業(yè)局PI數(shù)據(jù)庫在配電網(wǎng)管理中的應用建設開發(fā)工作從2009年開始，以鎮(zhèn)海供電局為試點單位，選擇了覺匯631、西山G304、緊固G415等6條10kV線路，涉及21臺用戶專用變壓器和29臺公用變壓器，負荷控制裝置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)測裝置23套，低壓用戶1980戶。在現(xiàn)場采集終端均調(diào)試正常的前提下，完成了營銷系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)、公用變壓器監(jiān)測系統(tǒng)、電壓監(jiān)測系統(tǒng)共5個信息系統(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。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、配電變壓器負荷測試、變電站10kV母線平衡統(tǒng)計、公用配電變壓器及低壓無功補償裝置運行狀態(tài)監(jiān)控等各類報表和圖形12套。其中7套報表和圖形實現(xiàn)了除試點線路外的全局范圍應用，另外5套也具有良好的擴展性，很容易實現(xiàn)全局范圍的應用。

通過PI數(shù)據(jù)庫在配電網(wǎng)管理中的應用建設開發(fā)，將各個分散的數(shù)據(jù)源存儲到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，改變了過去將這些分散的數(shù)據(jù)通過手工導出、匯總后才能應用的局面，基本實現(xiàn)了指標的實時統(tǒng)計和設備狀況的在線監(jiān)控，縮短了指標統(tǒng)計周期，提高了工作效率和計算精確度。

6 結(jié)語

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