基于麒麟操作系统的Web电能质量监测系统的设计与实现-

第２５卷第６期２００８年１２月文章编号：１００Ｚ一２３２２（２００８）０６—００８６—０４现代电力Ｖ０１．２５ＤｅＣ．Ｎｏ．６２００８ＭｏｄｅｍＥ１ｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＰ３１６基于麒麟操作系统的Ｗｅｂ电能质量监测系统的设计与实现吴克河，张飞（华北电力大学计算机科学技术学院，北京１０２２０６）ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＷｅｂｏｎＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄＫｙｌｉｎＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）ＷｕＫｅｈｅ．ＺｈａｎｇＦｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ摘要：设计并实现了电能质量监控系统——ＰＱＳＩＳ。该系统运行于国产麒麟操作系统上，实现了麒麟操作系统在电力系统方面的应用推广，保证了该系统的安全性、稳定性。电能质量监控系统是基于Ｊ２ＥＥ架构平台设计的，实现了自着新型电力负荷迅速发展以及人们对电能质量要求的不断提高，国内外对电能质量问题逐渐受到电力公司和电力用户的普遍重视。目前国内电能质量的监测分析多数采用电能质量分析仪或谐波分析仪等，这些专用测量仪器一般是在同一地点进行相关电量的测试，实现对某些电能质量指标的测量，这种传统的用户／监测仪（或分析仪）模式，存在较多不足有待改进。例如对于某一监测点监测数据不能实现多用户共享，而且对于单一用户每次使用监测分析软件时都必需先与监测仪通信以获得监测数据等等，尚不具备对电能质量的综合测量、分析、判断和控制功能，对电能质量的在线监测也没有得到应用，因而不能及时发现电能质量的异常现象。因此，如何改善这种状况，更好地监测并改善电力系统的电能质量［１］，建立电能质量的远程、综合、集中监测与分析系统，成为电力公司和电力用户急需解决的问题。电能质量监控系统（ＰＱＳＩＳ：ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ动的数据采集、存储、实时数据分析显示、电能质量评估、指标越限报警、报表生成和打印等功能，给电网的电能质量监测工作提供了一个坚实的软硬件平台。目前该系统已成功运行于某电网数据监测系统中，并取得了很好的效益。关键词：电能质量；用户／监测仪模式；电能质量监控系统；Ｊ２ＥＥ架构；麒麟操作系统Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＰＯＳＩＳ）ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｐｒｏｍｏｔｉｏｎｕｎｉｔｔｏｒｕｎｏｎａｓＫｙｌｉｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｓｐｒｅａｄｏｆＫｙｌｉｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅａｌ－ｉｚｅｄ，ｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｔｉｏｎｓｏｎａｒｅａｒｅｇｕａｒａｎｔｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａＪ２ＥＥｆｒａｍｅｗｏｒｋｐｌａｔｆｏｒｍ，ａｎｄａｓｓｅｒｉｅｓｏｆｆｕｎｃ—ｒｅａｌｉｚｅｄ。ｓｕｃｈａｕｔｏｍａｔｉｃｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｏｒ—ａｇｅｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｏｆｔａｒｇｅｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｉｎｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅａｓｈｏｗ，ｐｏｗｅｒｌｉｍｉｔ，ｒｅｐｏｒｔｓｏｌｉｄｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｔｏｒｙｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｕｐｅｒｖｉｓｏ－ａＳｙｓｔｅｍ）是对现场电能设ｗｏｒｋ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｇｒｉｄｄａｔａｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｓｈｏｗｓｆｉｎｅ备和电能质量参数进行实时监测、管理、分析与评价的综合应用平台，是提高电力企业整体信息化水平和综合管理、决策效率的关键。针对我国目前有关电能质量的国家标准［２］，本文设计并实现的ＰＱ—ＳＩＳ，是基于Ｊ２ＥＥ分布式多层应用构架技术的ｗｅｂ应用平台，采用国产麒麟操作系统以增强信息安全性，麒麟操作系统是国家８６３标志性成果，采用国产麒麟操作系统打破了操作系统国外垄断的局面，为我国的信息系统安全提供了可靠的保障，Ｊ２ＥＥ架构的异构性，可以保证服务器端运行麒麟ｐｏｗｅｒｐｅｒ—ｆｏｒｍａｎｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ；ｕｓｅｒｓ／ｍｏｎｉｔｏｒｍｏｄｅ；ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；Ｊ２ＥＥｆｒａｍｅｗｏｒｋ；Ｋｙｌｉｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ０引言早期人们对电能质量的关注仅限于频率偏差和电压偏差两个方面，自从２０世纪８０年代以来，随万方数据第６期吴克河等：基于麒麟操作系统的Ｗｅｂ电能质量监测系统的设计与实现８７操作系统，客户端访问使用微软的Ｗｉｎｄｏｗｓ等操作系统。本项目从根本上为电网的电能质量监测工作提供了一个可靠的软硬件平台。１系统功能设计电能质量监测系统主要分为６个功能模块：数据采集存储、监测点管理、电能质量实时数据显示、报警事件、历史数据分析和报表统计分析。系统主要从实时数据库采集取得监测数据（各电能质量参数），进而实现监测数据在地理接线图上的实时展示，各监测点（谐波、非谐波）数据的报表统计、图形分析以及报警分析。系统功能模块如图１所示。隧懈廉耻阂实时数据ｌｌ实时数据Ｉｌ统计分析Ｉｌ报警事Ｉ生成报警提示ｌｌ图形展示Ｉｌ图形查询Ｉｌ件查询『ｌ统计报表图１系统功能模块图１．１数据采集存储系统监测数据分为实时数据和历史数据两部分，实时数据仅保存当日的数据，保存实时数据是为了提高实时显示检索的速度，同时也为数据分析和永久数据存储提供了缓存机制，保存历史数据是作为以后查询数据的来源。数据的采集是通过安全可靠的数据采集接口，把分散在现场的各个电能质量参数信息自动采集到数据库服务器上集中存储。由ＰＱＳＩＳ系统的数据库服务器和Ｗｅｂ服务器，提供对数据的实时记录，并且使用先进的数据存储策略动态地按时间段存储历史数据［３］，提高历史数据的检索速度。１．２监测点管理在ＰＱＳＩＳ系统中，将电网监测的所有的电气设备、电力站点进行统一的管理，为用户提供实时查看监测点和更新电力设备提供快捷、准确的信息化服务。监测点管理模块可以实现监测点的添加、修改、删除等功能。１．３实时数据显示和分析根据我国电能质量的国家标准，电能质量指标主要包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、万方数据三相不平衡度和谐波等指标［４］。ＰＱＳＩＳ系统提供实时数据监测和监测站点管理一体化的平台，通过在Ｗｅｂ页面上，以表格、线图等形式，对电力设备运行状态、监测数据进行实时显示来实现，采用Ａｊａｘ技术［５］，实现自动刷新，以展示最近时刻的监测数据。数据分析功能是电能质量监测管理系统的核心内容，向用户提供Ｗｅｂ形式的数据查询、分析服务，可使用户对监测点的谐波、三相不平衡度、电压偏差、波动闪变、频率偏差、功率、暂态事件等监控数据进行查询、分析和统计。查询及分析结果可存为Ｗｏｒｄ、Ｅｘｃｅｌ或文本格式文件。数据分析功能采用的分析模型是通过对历史数据的分析和研究，探索其发展变化规律，对电能质量参数做出预先估计和推测。它是电力系统可靠、经济运行的基础，是电力市场技术支持系统的重要组成部分［６］。对历史数据的分析包括同一日期不同电力设备、不同日期同一电力设备的电能质量参数的比较，通过各个方面的比较为历史数据库提供更准确的分析模型，为电能质量参数的预测提供更可靠的依据，为电力公司评价电能质量提供数据支持和参考。１．４报警事件报警事件是指根据数据库服务器中提供的故障模型，利用查询条件（各个电能质量参数）对监测数据进行分析，以判断设备运行是否会出现故障。如果经判断有可能出现故障，则发出故障警报，以便及时对故障进行诊断，也可以查询设置时间段内的所有故障信息。，１．５报表生成和打印在Ｗｅｂ应用程序中集成灵活的报表功能，是ＰＱＳＩＳ系统的一大优势。为ＰＱＳＩＳ系统中各种状态监测、电能质量参数图表生成报表，系统可以设计和管理多种报表样式，并提供ＨＴＭＬ格式的报表呈现，以便在浏览器上快速便捷地查看和打印报表，同时可以根据生成的报表进行统计分析。２系统结构设计电能质量监测系统有软件和硬件组成。硬件采用美国电力士公司的电能质量分析仪，该仪器是一个高速数字处理、高精度、多功能的高端电能质量监测产品；软件系统采用目前较为流行的Ｊ２ＥＥ架构，实现了Ｂ／Ｓ结构的Ｗｅｂ电能质量检测系统。８８现代电力２００８焦２．１硬件及操作系统平台硬件采用美国电力士公司的电能质量分析仪。该装置是安装于变电站中监测用的现场装置，对用电线路不间断地监测，并将监测数据存储和发送至其远端数据服务器，能够实现电压、电流、功率、谐波、闪变等电力参数的测量。电网数据对安全性有较高的要求，电能质量监测软件是运行在国产麒麟操作系统上的，并且自适应于麒麟操作系统，这为系统的安全性提供了保证。这也是电能质量监测软件的创新点，同时实现了麒麟操作系统在电力系统方面的应用。２．２软件结构设计电能质量监测软件平台采用的是Ｊ２ＥＥ架构，采用目前较为合理且流行的三层体系结构［７］，即分为客户层、业务逻辑层和数据层，如图２所示，不同的层次实现不同的功能需求。这种三层结构将以往的ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ从物理上分为两层，它们各自的任务很明确：Ｗｅｂ由ＪａｖａＳｅｒｖｌｅｔ，ＪＳＰ等组成，它履行等待用户的请求，对任务进行分析，对涉及属于业务逻辑层的任务，将其交给应用服务器处理并等待结果，而后形成相应的ＨＴＭＬ文本返回给Ｃｌｉｅｎｔ；而应用服务器（逻辑层）要处理会话层的任务，在这里它要包括所有逻辑组件运行所需的环境，而且还要能有效地运行这些组件与数据层协作并返回结果；数据层是系统核心所在，这里保存着所有的数据，是整个系统的数据库运行的场所。客户层业务逻辑层数据层／１卜＼／１卜、、冬ｅⅣｉｃｅ模式＞＜ＤＡｏ模式ｊＪＳＰ、＼厂——］／ＥＪＢ＼———∥ｆＣＩＳｅｒｖｌｅｔ固图２软件架构图数据层采用Ｏｒａｃｌｅｌｏｇ数据库，主要存储测点信息数据、监测指标参数及上下限参数、电能质量指标实时数据、历史数据及必要的辅助数据表。提供业务逻辑层和客户层所需要的原始数据，也保存它们提交的或处理过的数据，原始数据由数据采集存储模块解析ＰＱＤＩＦ文件提供。业务逻辑层将用于访问和使用系统的流程控制逻辑和实现业务规则进行封装，有利于系统的重用性和可扩展性。在这一层，由ＥＪＢ组件实现系统业务逻辑，是系统的核心部分［８］。运行在业务层的万方数据ＥＪＢ从客户层接收数据，从数据库检索数据，并对数据进行处理，再将数据发送给客户。由ＥＪＢ容器来提供诸如事务、生命期、状态管理、多线程及资源存贮池等复杂的系统服务。从而开发人员只需关注业务逻辑，不必用编程逻辑实现复杂的基础服务。根据电能质量检测系统的需求，本系统已经用ＥＪＢ组件技术封装实现的功能模块主要包括：①用户管理模块：对使用本系统的用户进行增加、删除、修改、授权等操作。②监测点管理模块：对本系统使用的监测点进行增加、删除、修改等操作。③数据采集存储模块：解析ＰＱＤＩＦ文件生成实时数据并利用Ｊａｖａ多线程技术定时将实时数据汇总成历史数据存储在数据库中。④数据显示分析模块：根据用户指定的参数信息（电能质量参数监测指标，选定日期）生成统计报表和各种曲线图。⑤报警模块：对报警数据进行查询，显示所有符合条件的历史信息、报警类型、报警原因、报警发生时间等。客户层主要有ＪＳＰ页面组成，是系统提供给用户交互的界面。用户可以在客户层查看业务逻辑层所有模块完成的功能，并能通过输入或选择参数和业务逻辑层进行交互。例如：用户可以在实时数据监测模块中选择不同的站点和不同的监测指标，点击提交按钮，业务逻辑层会根据用户所选参数生成相应的图形数据返回给客户层，显示在当前页面上。３系统实现３．１配置环境在开发配置环境方面，本系统采用了ＳＵＮ公司的Ｊ２ＥＥ开发平台，以ＴＯＭＣＡＴ和ＪＢＯＳＳ分别作为ＷＥＢ服务器和应用程序服务器，开发工具为Ｅｃｌｉｐｓｅ３．２，以Ｏｒａｃｌｅ公司的Ｏｒａｃｌｅｌｏｇ作为数据层的数据库服务器，而数据库驱动接口采用微软的ＪＤＢＣ驱动程序。３．２功能简介本文设计实现的ＰＱＳＩＳ系统已经成功运行于某电网公司的电力质量监测中，系统实现了如下功能：①界面友好：可根据用户需求定制个性化界面，使用户使用更方便快捷。②可对电能质量的各项指标进行统计、处理、显示和存储。③对监测的数据具有数据库管理功能，从而实现了长期数据的存储与处理、分析大规模数据、对不同类别的数据进行分区管理、快捷的数据查询等。第６期吴克河等：基于麒麟操作系统的Ｗｅｂ电能质量监测系统的设计与实现８９④历史数据的再现，对历史数据进行分析、统计、对比等，为电能质量各项指标评估提供依据。⑤可自动生成所需的图形和报表，其中包括电能质量谐波量和非谐波量各项指标的图形显示等。３．３运行显示３．３．１电能质量指标图电能质量指标中的同一站点不同日期的短闪变比较如图３所示。图３同一站点不同日期的短闪变比较图３．３．２实时数据监测图实时数据监测图如图４所示。图４实时数据监测图４结束语针对电网中各项电能质量指标进行动态监测和分析是解决电能质量问题的前提，其起步工作在于建立广泛的电能质量监控信息网络［９］。高度智能化在监控单元的应用，能够使我们掌握全网的电能质量水平与状况，进而采用统计规律依照国家标准进行在线评估，找出电网中影响电能质量的原因，采万方数据取相应的措施。本文设计实现的基于Ｊ２ＥＥ多层分布式结构的ＰＱＳＩＳ系统，具有很强的安全性、灵活性、跨平台移植性、可扩展性和可维护性，为电力企业信息化、市场化、智能化提供了坚实的基础［１０｜。目前已经成功运行于某电网监测系统中，获得该省科技进步一等奖，为该电网电力质量发展做出了很大的贡献。参考文献［１］林海雪．现代电能质量的基本问题［Ｊ］．电网技术，２００１，２５（１０）：５—１２．［２］林海雪等．电压电流频率和电能质量国家标准应用手册Ｉｓ］．北京：中国电力出版社，２０００．［３］飞思科技产品研发中心编著．ｊｓＰ应用程序开发详解［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００２．［４］ＪｏｈｎＳｔｏｎｅａｎｄＡｌａｎＣｏｌｌｉｎｓｏｎ．ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ．ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２００１，１５（２）：５８—６４．七５］ＭｉｃｈａｅｌＭａｈｅｍｏｆｆ著．Ａｊａｘ设计模式ＥＭ］．杨仁和译．二｛Ｂ京：电子工业出版社．２００５．［６］ＹＡＮＧＺｈｅｎｇ－ｌｉｎ，ＳＯＮＧＹａｎ－ｍｉｎ，ＳＨＥＮＬｉ—ｈｕａ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＪ２ＥＥａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｎｐｏｗｅｒｍａｒｋｅｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＥＪ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗ—ｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００４，２８（８）：３５—３９．［７］ＸｕＹａｎ－ｗｅｉ，ＤｕＳｈｕ－ｍｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａ—ｔｉｏｎｏｆＰＱＳＩＳｂａｓｅｄｉｎＪ２ＥＥｆｒａｍｅｗｏｒｋＩ－Ｊ］．Ｅｌｅｃ—ｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００６，１２（２）：７６—７９．，［８］ＡｎｇｅｌａＹｏｃｈｅｍ．Ｊ２ＥＥＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＢＥＡＷｅｂＬｏｇｉｃＳｅｒｖｅｒ［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００５．［９］杨进，肖湘宁．电能质量监测技术发展新趋势一网络化、信息化、标准化［Ｊ］．电力自动化设备，２００４，２４（１１）：８２—８６．［１０］ＭｃＥａｃｈｅｍＡ．．Ｒｏｌｅｓｉｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｉｎｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：Ｐａｓｔ，ＰｒｅｓｅｎｔａｎｄＦｕｔｕｒｅ［Ａ］．ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙＳｕｍｍｅｒＭｅｅｔｉｎｇ［ｃ］．ＢｒｉｔｉｓｈＣｏｌｕｍｂｉａ．２００１（２）：１１０３一】】０５．收稿日期：２００８～０５—２６作者简介：吴克河（１９６３－－），男，教授，主要从事计算机网络安全研究工作；张飞（１９８３～），男，硕士研究生，主要从事计算机网络安全工作。（责任编辑：林海文）基于麒麟操作系统的Web电能质量监测系统的设计与实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，