电网企业实时历史数据集成和应用的实现

1、电网企业实时/历史数据集成和应用的实现王国栋 （嘉兴电力局 浙江嘉兴 314033）摘要：随着电网企业管理的难度不断增加、要求不断提高、节奏不断加快，对企业管理和决策的科学性和时效性提出了更高的要求。而电网企业大量分散、独立的生产经营过程中实时数据，无法实现有效集成，无法再利用和深度加工，因此也就无法对企业管理进行有效的支撑。本文论述的技术方案，针对上述问题，利用专业的高性能的PI实时数据库，建设一个地区电网企业为实时数据集成和应用平台，同时也作为网省公司集成平台的一个分布系统。从该系统建设投运一年来的实际证明，该方案基本解决了电网企业实时/历史数据的集成和应用。近几年来，随着电力生产过程自动

2、化水平的不断提高，供电企业在生产和经营过程的各个环节陆续建设各种自动化采集系统，从而满足各个不同专业的个性需要，大量的实时数据沉淀在分散的生产经营现场。由于，第一，电网企业生产经营过程和地理位置上的分散性造成了各种采集系统的分散性；第二，电网企业内不同层面和不同部门和单位甚至不同专业由于管辖范围和职责的不同造成各种采集系统的独立性，第三，每个系统基本上按照采集、传输、前置、服务器建设模式，造成严重的重复性。随着电力系统外部形势的变化和内部改革的深化，要求电网企业必须通过加强内部管理，不断提高管理水平和核心竞争能力，因此对管理和决策的科学性、时效性提出了更高的要求。由于管理的难度不断增加、管理的

3、要求不断提高、管理的节奏不断加快，对集成的实时信息的期望持续增加。因此电网企业必须建设一个企业级的实时数据集成和应用的平台，为电网企业的管理和决策提供唯一的、实时的、完整的、正确的数据资源。本文技术方案的建设和一年多运行说明，将电网企业目前大量的、分散的、孤立的专业级、部门级的实时数据集成，并提供统一应用是可以实现的。一、 实时/历史数据库专用的实时/历史数据库与关系型数据库存放实时数据，在原理上、性能上和本质上有很大的区别。本系统选择了PI实时/历史数据库，作为数据存储平台。PI （Plant Information System）是由美国OSIsoft软件公司开发的工厂实时数据集成、应用平

4、台，是流程生产企业实时信息集成的最佳选择。作为工厂底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的桥梁，PI在工厂信息集成(管控一体化)中扮演着特殊和重要的角色。实时数据库的主要特点：1) 实时性：实时数据库的设计目标首先是对事务时限的满足，其基本原则是宁要部分正确而及时的信息，也不要绝对正确但过时的信息。系统性能指标是满足时限的事务的比率，它要求必须确保硬实时事务的截止期，必要时宁肯牺牲数据的准确性与一致性。因此数据结构是将数据和时间合二为一的；2) 唯一性：实时数据库直接面向运行设备的采集器，实时数据是从数据源头获得，因此可以在物理上保证数据在时间轴和空间轴上的唯一性；3) 占用存储空间小：原理上

5、实时数据库仅当数据变化时才存储，并采用大规模的可变长度的记录。数据记录的字节数相对关系型数据库要小，实时数据库每个数据存储空间为2- 5 bytes（I/O量数据为 1-2 bytes），而关系型数据库如Oracle为26 bytes 。同时PI实时数据库采用“旋转门”的专利压缩技术，极大地压缩了数据存储空间。本系统140G的硬盘，5万个采样点，平均采样频率10分钟计算，可以存放5年的实时数据。同样情况如用Oracle数据库来存放，每天将产生6百万条记录，3.8Gb存储空间，5年就会产生109亿条记录，6.8Tb存储空间；4) 易用性：客户端各种工具使得各类管理和技术人员（非计算机专业）均可根

6、据本专业和管理的需要制作报表和进行数据分析。PI实时/历史数据库的性能：1) 单台PC服务器支持100多万个数据点；2) 单台PC服务器支持500多个用户同时连接；3) 数据存储和检索速度为80000个事件/秒；4) 支持385个标准接口，包括ICCP, DNP 3, OPC, & XML等。二、 电网实时数据集成应用平台的系统结构本系统结构如图所示：1) 数据源层：分布在各变电所中的各种独立的实时系统、分布在各级调度的电网SCADA系统、电能量系统、分布在用户需求侧的各类监测和控制系统等。2) 接入层：采用接入前置机将各种数据源系统的数据接入，并实现缓冲、按系统应用的需求而进行的过滤

7、以及完成统一的协议转换。3) 存储层：将接入层的各类实时数据进行分类压缩存储；将接入层的各类基于SVG标准的图形文件和基于IEC-61970标准的CIM文件进行基于版本管理存储。4) 应用层：将各专业技术管理人员编制的各类应用在集中统一发布平台上，为管理和决策提供依据；同时为各类信息应用系统如用电营销系统、输配电通信线路地理信息系统、需求侧管理系统等提供实时数据。5) 展示层：各终端用户将应用层的内容通过Web方式进行展示。6) 安全和流程管理模块将实现应用发布的流程管理和根据角色的权限和认证，并实现痕迹管理；同时对监视告警类应用利用统一的消息平台（短信、邮件等），将用户定义的报警消息内容、优

8、先级和报警方式实时通知给需要的用户。三、 数据源选择及接入1) 变电设备在线检测实时数据：针对变电站现场数据源相对较多、较杂的特点，在各个变电站安装了综合信息采集仪。该采集仪无需进行规约编写，而是通过定义设备标准驱动，采用协议透明转发技术，并由数据中心的综合信息采集前置机统一转换成OPC协议，存入PI实时历史数据库。目前已接入的数据有：大型变压器油色谱在线检测数据（含单组份和全组份）、蓄电池在线检测数据、直流系统在线检测数据、直流系统绝缘监测系统、统计型电压表在线数据、氧化锌避雷器在线检测数据、电容式设备绝缘在线检测数据、开关室环境（温湿度、氧气含量、SF6含量）在线检测数据。2) 输电、配电

9、、需求侧设备在线监测实时数据：利用公网或专网、有线或无线等通信方式，将输电线路绝缘子在线检测数据，各类配电变压器的运行监测和电量数据、负荷控制和管理系统的用户侧终端所采集的监视、电量、遥信、遥测等各类数据，通过接入前置机，存入PI实时历史数据库。3) 电网电能量实时数据：将所属各电压等级变电站的各类电能表，通过ERTU将数据存入PI实时历史数据库，ERTU与PI实时历史数据库电能量接入前置机的通信方式可以用ERTU的RS232经调制解调器专用电话线路拨号接入，也可以直接用以太网方式通过变电所综合信息采集议接入信息网络。4) 电网SCADA (含6MW以上地方电厂)实时数据：将各级调度的SCAD

10、AEMS系统，按照IEC-61970系列规定的电力信息公共模型标准和SVG标准，将电网模型、电网实时数据以及接线图，用XML格式导出。被导出数据通过网络物理隔离器，并利用接入前置机分别将数据存入PI实时历史数据库和SVG图形资源库。5) IT设备运行和在线监测数据：将信息系统中的关键服务器和信息网络主交换路由器的实时性能数据，如CPU利用率、内存利用率、外存空间、网络流量等实时数据，利用SNMP协议直接采集接入，存入PI实时历史数据库。6) 通信设备运行和在线监测数据。将通信实时监控系统数据通过网络防火墙接入信息网络，存入PI实时历史数据库。四、 集成的电网实时/历史数据的应用1) 监控报警类

11、应用：a) 电网及变电所一、二次设备运行状态、潮流负荷等实时监控和报警；b) 全市小火电实时监控和报警；c) 变电所直流系统、直流绝缘、蓄电池、避雷器、统计型电压、各类电能量、大型变压器油色谱、开关室和机房等室内环境(温湿度、氧气和SF6含量)等实时监控和报警；d) 输电线路绝缘子实时监控和报警；e) 配电变压器实时监控和报警；f) 需求侧实时监控和报警；g) 主要信息及通信设备实时监控和报警；2) 专业分析类应用：a) 各类设备的运行分析；b) 各类设备的负荷或利用率分析；c) 各类设备潮流或流量分析；d) 各类设备状态及性能分析；e) 各类电能量平衡分析和线损分析；f) 无功与电压及分节开

12、关调节和电容器投切分析；g) 用电趋势分析；h) 输电线路实时交跨距离分析；3) 统计报表类应用：a) 变电所相关记录和上报各部门的各类期限的相关报表；b) 有关电能量和线损的统计报表；c) 无功、电压、功率因素等报表；d) 电力生产日、月、年报；4) 同业对标类应用：a) 线损率；b) 日均负荷预测准确率；c) 电网用电负荷率；d) 市场占有率；e) 责任频率合格率；f) 中枢点电压合格率；g) 城市综合电压合格率；5) 应用接口类：a) 输配电及通信线路GIS数据接口；b) 信息系统运行管理系统数据接口；c) 企业统一消息应用平台接口；d) 全区需求侧管理系统数据接口；e) 用电营销系统数

13、据接口；f) 全区电能量管理系统数据接口；g) 电力设备状态评估系统接口。五、 实时历史数据库在电网企业信息化中作用和地位：来自电网和用户的生产经营实时历史数据不仅对生产过程自动化水平得以提升，更重要的是对企业管理现代化的支撑。从系统投入运行以来，在电网企业起到了以下作用：1. 数据的唯一性、实时性、完整性和全面性得到了保证，提高了企业管理和决策的时效性和科学性；2. 优化或简化了地区供电企业成百上千个独力分散的小系统的体系结构，减少了大量的后台服务器，降低了建设、运维成本，减少了重复建设和投资；3. 将大量离散而又孤立的生产经营实时数据，遵循相关国际标准进行集成后，数据结构得到了优化和规范，数据利用率和共享性得到了极大的提高，为数据的深度加工和利用提供了保障；4. 为电网安全生产的可控、在控和预控创造了技术条件；5. 为各类管理信息系统、企业ERP系统等提供了统一数据接口，极大地降低了信息系统整合的技术