方迪 尹穎

【摘要】本文針對貴州電網(wǎng)公司貴陽供電局電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)運維管理工作中遇到的數(shù)據(jù)缺失、查詢性能低、數(shù)據(jù)接口不穩(wěn)定等問題，根據(jù)實際管理工作需要，通過技術(shù)分析和調(diào)研，提出可行的解決方案。目前貴陽供電局電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)部分解決方案已經(jīng)實現(xiàn)并投入應(yīng)用，極大的提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可用性，減少了系統(tǒng)運維和管理工作量，提高了工作效率。

【關(guān)鍵詞】電能質(zhì)量;在線監(jiān)測系統(tǒng);維護;管理

一、貴陽供電局電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)及運維管理中存在的問題

根據(jù)《貴州電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)總體建設(shè)方案》，貴陽供電局于2009年開始試點建設(shè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱貴陽系統(tǒng)），并于2010年建成第一期系統(tǒng)并投入正式運行。隨著2011年貴州省電網(wǎng)公司電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)二期項目的實施，貴陽系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，截止目前共有125個電能質(zhì)量監(jiān)測點投入應(yīng)用，覆蓋25個變電站。作為地市級系統(tǒng)，貴陽系統(tǒng)可以獨立運行，同時作為貴州電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱貴州主站系統(tǒng)）的子站系統(tǒng)，需要定時將數(shù)據(jù)上傳至貴州主站系統(tǒng)。隨著電網(wǎng)管理部門對電能質(zhì)量的逐步重視、以及系統(tǒng)規(guī)模的日益增大，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)運維管理工作遇到越來越多的實際問題，包括：

1.電能質(zhì)量監(jiān)測終端包含多個廠家、多款型號的產(chǎn)品，采用完全不同的廠家私有規(guī)約，如何實現(xiàn)快速將不同型號終端接入系統(tǒng);

2.系統(tǒng)規(guī)模擴大導致數(shù)據(jù)量劇增，如何在海量數(shù)據(jù)情況下、且服務(wù)器配置相對較低的情況下維持系統(tǒng)性能不下降;

3.系統(tǒng)中不可避免存在網(wǎng)絡(luò)中斷、終端故障等問題，運維管理人員如何及時獲取系統(tǒng)運行故障信息并及時處理，以盡可能保證數(shù)據(jù)不缺失;

4.如何實現(xiàn)貴陽供電局子站系統(tǒng)與貴州省主站系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)傳輸;

上述實際問題給系統(tǒng)的運維管理工作帶來極大的挑戰(zhàn)。為解決上述問題，經(jīng)過與系統(tǒng)廠家多次技術(shù)交流溝通，制訂解決方案并逐步實施，最終取得了一定成效和經(jīng)驗。本文對系統(tǒng)運維管理中所遇到的部分重要問題及其解決方法進行了初步總結(jié)。

二、問題分析及解決方案

1.不同廠家終端接入方案

電能質(zhì)量監(jiān)測終端大多采用廠家私有規(guī)約，規(guī)約的差異化使得不同廠家終端接入同一個系統(tǒng)存在較大的技術(shù)困難。比較常規(guī)的處理模式是每個廠家的裝置建設(shè)一套子系統(tǒng)，由子系統(tǒng)生成PQDIF文件，再建設(shè)一套主站系統(tǒng)實現(xiàn)PQDIF文件的讀取和解析。這種模式帶來非常龐大的系統(tǒng)維護管理工作量，而且接口開發(fā)、調(diào)試、維護成本高，不適合地市級電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。

考慮到上述情況，系統(tǒng)建設(shè)時對系統(tǒng)廠家提出要求，必須由系統(tǒng)廠家實現(xiàn)對不同廠家、不同規(guī)約電能質(zhì)量監(jiān)測終端的直采接入，并最終在系統(tǒng)中實現(xiàn)了基于UAPI的驅(qū)動開發(fā)技術(shù)。UAPI驅(qū)動開發(fā)技術(shù)實際上是在系統(tǒng)中建設(shè)了一個規(guī)約庫，每一款不同規(guī)約終端的接入相當于在規(guī)約庫中注冊了一種規(guī)約。采用UAPI驅(qū)動開發(fā)技術(shù)后，對于系統(tǒng)新增的、已注冊規(guī)約的終端，可實現(xiàn)即插即用快速接入，對于系統(tǒng)新增、但未注冊規(guī)約的終端，需系統(tǒng)廠家開發(fā)新的驅(qū)動程序。但隨著系統(tǒng)中應(yīng)用的電能質(zhì)量監(jiān)測終端越來越多，UAPI技術(shù)也暴露出問題，例如部分監(jiān)測終端提供的數(shù)據(jù)不完整，必須依托廠家配套軟件才能計算得到并提供完整的電能質(zhì)量數(shù)據(jù);或者部分監(jiān)測終端由于頻繁升級等原因?qū)е聝?nèi)部軟件版本太多等。這些情況對系統(tǒng)廠家的驅(qū)動開發(fā)帶來額外技術(shù)要求，往往使得驅(qū)動開發(fā)時間、現(xiàn)場聯(lián)調(diào)時間都比較長，而且可能無法最大化終端功能。

基于對IEC 61850在電網(wǎng)尤其是在電能質(zhì)量領(lǐng)域的應(yīng)用情況調(diào)研[1～4]，筆者認為在電能質(zhì)量監(jiān)測終端內(nèi)實現(xiàn)IEC 61850模型以及通信規(guī)約、并由系統(tǒng)軟件實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測終端ICD模型文件的讀取、解析和終端功能訂閱，是解決不同終端接入問題的比較徹底的解決方案。該方案的主要技術(shù)路線是：①由最終用戶提出功能和數(shù)據(jù)需求;②允許不同廠家的終端在IEC 61850模型上的差異，但模型必須滿足IEC 61850規(guī)范;③系統(tǒng)主站通過讀取、解析終端的ICD模型文件獲取終端模型，并訂閱終端所具有的功能和數(shù)據(jù)。這種模式通過監(jiān)測終端層的通訊規(guī)約一致性和數(shù)據(jù)模型自解析，使得系統(tǒng)軟件可以通過一個驅(qū)動程序接入不同廠家終端，降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜性和接口開發(fā)成本，以及系統(tǒng)運維和管理工作量。

2.數(shù)據(jù)完整性監(jiān)視及報警方案

系統(tǒng)運維和管理的最主要目的之一是定位和消除系統(tǒng)隱患，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性。系統(tǒng)運行過程中，由于網(wǎng)絡(luò)中斷、服務(wù)器故障、程序穩(wěn)定等問題不可避免存在數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象出現(xiàn)，通過在監(jiān)測裝置內(nèi)部實現(xiàn)大容量長時間存儲、數(shù)據(jù)自動追補和斷點續(xù)傳等技術(shù)，可以在一定程度上自動解決數(shù)據(jù)缺失問題。通過采用上述技術(shù)，貴陽系統(tǒng)能維持年數(shù)據(jù)完整率95%以上，達到了設(shè)計目標。但這種自動化、不可見的處理過程不能定量統(tǒng)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)缺失率，因此不足以歸納、總結(jié)、定位數(shù)據(jù)缺失原因并采取針對性改進措施，有進一步改進余地。

根據(jù)實際工作經(jīng)驗總結(jié)和對應(yīng)用需求的分析研究，在自動數(shù)據(jù)追補的基礎(chǔ)上，筆者提出一種數(shù)據(jù)完整性監(jiān)視和報警方案，該方案主要內(nèi)容是在電能質(zhì)量數(shù)據(jù)庫之外，建立獨立的系統(tǒng)運行異常信息庫，基于該異常信息庫實現(xiàn)以下功能：

（1）按系統(tǒng)架構(gòu)將數(shù)據(jù)缺失原因分為裝置原因、網(wǎng)絡(luò)原因、系統(tǒng)軟件原因，系統(tǒng)運行過程中，分別記錄裝置掉電/上電、通訊中斷/恢復、軟件啟動/退出以及故障信息，所有信息存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中;

（2）定義單點、多點數(shù)據(jù)完整率計算模型，并按監(jiān)測點、變電站、區(qū)域分別自動計算每日、每月、每年數(shù)據(jù)完整率，數(shù)據(jù)完整率可在WEB頁面查詢;

（3）通過將數(shù)據(jù)完整率與系統(tǒng)故障信息進行時間關(guān)聯(lián)，提供數(shù)據(jù)缺失原因診斷，并提供按區(qū)域、按終端型號、按時間等的數(shù)據(jù)缺失原因統(tǒng)計，用于定位和消除系統(tǒng)隱患;

（4）設(shè)定報警限值，當數(shù)據(jù)完整率低于一定程度時，通過自動發(fā)送短消息或郵件的方式提醒系統(tǒng)運維和管理人員進行及時處理。

數(shù)據(jù)完整性監(jiān)視和報警方案流程框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)完整性監(jiān)視與報警方案功能框圖

通過開發(fā)并部署獨立的數(shù)據(jù)完整性監(jiān)視和報警模塊，結(jié)合已有數(shù)據(jù)自動追補技術(shù)，貴陽系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)完整率，還可分析數(shù)據(jù)缺失原因、消除數(shù)據(jù)缺失隱患，真正實現(xiàn)系統(tǒng)運維管理的防患于未然。

3.與貴州主站數(shù)據(jù)交互方案

作為貴州主站系統(tǒng)的子站系統(tǒng)之一，貴陽系統(tǒng)需要定時將數(shù)據(jù)上傳到貴州主站系統(tǒng)，包括歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)。依據(jù)《貴州電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)通訊接口規(guī)范》，貴陽系統(tǒng)采用PQDIF+DLL技術(shù)實現(xiàn)與貴州主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。其中PQDIF文件結(jié)合MSMQ技術(shù)用于歷史數(shù)據(jù)的傳輸[5～9]，DLL主要用于實時數(shù)據(jù)的傳輸，DLL由裝置廠家開發(fā)并以提供給主站系統(tǒng)調(diào)用。最初設(shè)計并應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互方案如圖2所示。

圖2 貴陽系統(tǒng)與貴州主站系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)交互方案

實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷、服務(wù)器故障或接口程序故障后，MSMQ會導致大量消息積累無法處理從而嚴重影響服務(wù)器性能，甚至導致服務(wù)器崩潰，最終導致數(shù)據(jù)缺失。技術(shù)調(diào)研表明MSMQ技術(shù)在其它一些地區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中也已經(jīng)被其它技術(shù)所取代，如FTP、SFTP等。貴陽系統(tǒng)經(jīng)過一段時間運行，最終用FTP取代MSMQ來傳輸PQDIF文件，F(xiàn)TP服務(wù)器和客戶端通過穩(wěn)定可靠的第三方商用軟件搭建。

最初設(shè)計的實時數(shù)據(jù)傳輸方案在應(yīng)用中存在更大的問題，包括：①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，中間環(huán)節(jié)多，容易出問題;②涉及廠家多，聯(lián)調(diào)成本高，出問題后難以排查真正原因，責任不清晰等。由于容易出問題、出問題后難以確定原因，系統(tǒng)管理人員需將大量精力花在廠家協(xié)調(diào)、故障確認和排查等事情上面，不僅工作量大，而且問題得不到及時解決，導致這種基于DLL的實時數(shù)據(jù)傳輸方案難以實施。經(jīng)過分析、調(diào)研和溝通，最終采用web service技術(shù)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸接口。Web service是IEC 61970推薦的一種標準、通用的接口實現(xiàn)技術(shù)，具有穩(wěn)定、可擴展性強等優(yōu)點，是系統(tǒng)集成常用的一種技術(shù)。貴陽系統(tǒng)web service實時數(shù)據(jù)傳輸方案采用異步雙工通信模式，同時考慮了超時處理機制、超長數(shù)據(jù)處理機制、異常數(shù)據(jù)處理機制等技術(shù)細節(jié)，是一種可實施性比較強的解決方案。

目前貴陽系統(tǒng)采用的與貴州主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案如圖3所示。

圖3 改進后的貴陽系統(tǒng)與貴州主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互方案

三、總結(jié)

筆者承擔著貴陽供電局電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)運維管理的工作職責。在工作實踐過程中，經(jīng)常會遇到數(shù)據(jù)缺失、查詢性能低下、數(shù)據(jù)無法上傳到主站等問題，需要大量的精力投入到確認問題原因、協(xié)調(diào)不同廠家進行處理，工作效率低下且成效不大。為提高工作效率，通過對系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)方案的充分了解，并結(jié)合對電能質(zhì)量領(lǐng)域新技術(shù)的學習、對其它地區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案調(diào)研、以及與終端廠家和系統(tǒng)廠家的反復技術(shù)交流，針對工作中遇到的較為嚴重的問題提出了新的技術(shù)方案。其中部分方案已經(jīng)實現(xiàn)并投入實際應(yīng)用，效果良好。目前貴陽供電局電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)運行穩(wěn)定，年數(shù)據(jù)完整率超過95%，且系統(tǒng)運維和管理工作量大大降低，基本上可實現(xiàn)免維護。

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作者簡介：

方迪（1983—），大學本科，工程師，從事變電設(shè)備、電壓、電能質(zhì)量管理及維護工作。

尹穎（1983—），女，大學本科，工程師，從事電網(wǎng)企業(yè)信息審計管理工作。