学术︱宁夏电网电能质量在线监测系统开发
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国网宁夏电力公司电力科学研究院的研究人员沙伟燕，在2015年第9期《电气技术》杂志上撰文，针对目前电能质量数据管理分散、更新滞后、共享度不高的问题，提出了电能质量在线监测系统开发，通过对电能质量在线监测系统整体架构、业务架构、技术架构的分析，以及对应用效益的分析。表明电能质量在线监测系统能够更好的服务于全面质量监督管理和资产全寿命周期管理工作的开展，加快电网各级各项安全风险评估、预警和预防控制技术的建设。
随着电网特性逐步由就地局部特性转变为广域全局特性，互联电网运行特性呈现出强相关、非线性、复杂化的大系统特点。因此，在我国电网发展的大环境下，迫切需要建立电网横向集成、纵向贯通的一体化电能质量在线风险评估系统，加强电网安全风险的分析评估能力。
通过电能质量在线监测系统的开发，集成在线运行数据和相关风险源信息，搭建电网公司总体风险分析平台，建立全方位的电网安全风险评价体系，对电网进行在线风险评价和管控，为电网运行安全水平和服务水平的提升提供支持。
1 电能质量在线监测系统的建设背景
目前可靠性指标虽已经完成统一的信息系统管理，但其指标分析的基础数据目前主要采用人工录入方式，指标统计采用事后评价模式，部分省（市）公司采取可靠性信息系统与生产管理系统集成方式进行自动数据采集，但整体暂不具备在线监测能力。
现有的各类风险应用系统大多是针对不同业务要求单独进行设计，缺少统一设计，系统的整体性差、结构不合理、安全防护能力弱、横向集成和纵向贯通困难。现有的电网安全风险评估技术没有统一标准。必须在自动化、数字化、信息化等方面进行理论创新和技术创新，提高风险分析的标准化和规范化工作水平。
电能质量在线监测系统是一个集中、统一的，对电能质量各项指标和电网设备运行数据进行在线数据集成、报送、监测与分析的全过程闭环管理和电网安全风险的在线分析系统。能够解决数据管理分散、更新滞后、共享度不高的问题，为开展电能质量的在线监督为提供技术支撑手段，在线评估电网运行潜在安全风险，为质量监督管理提供决策支持，提升电能质量与安全运行水平。
2 电能质量在线监测系统的结构及功能
2.1 系统整体架构
电能质量在线监测系统总体架构如图1所示：
图1 电能质量在线监测系统整体架构
电能质量在线监测系统主要包含三个模块，即主站集成模块、主站监测模块、主站分析模块。其中集成模块部署在省（市）公司复用资产全生命周期评估决策系统软硬件环境，监测和分析模块部署在总部，用于实现电能质量在线监测和指标分析。此外在总部同时实现相关指标共享给运营监控中心，由总部运营监控中心通过两级数据中心将指标下发给省市公司运营监控中心共享。
电能质量在线监测系统主站集成模块横向数据集成按照集成规范要求，通过ESB、SG-CIM、E文件等多种形式，将电网频率、电网电压、供电电压、输变电系统可靠性，高、中、低压用户供电可靠性及相关基础数据横向采集，实现各类指标相关数据的自动集成。
电能质量在线监测主站集成模块纵向数据交换主要利用总部、省（市）两级数据中心，通过DXP、ESB等方式，实现公司总部和省（市）公司数据的自动纵向交换，同时实现计算分析结果在两级运营监控中心和相关业务部门之间的共享。
2.2 业务架构
电能质量在线监测主要涵盖的业务有数据管理、质量评价、质量分析、协调管控、可靠性改造、质量目标管理、综合管理等七大项业务，其业务架构如图2。
图2 电能质量在线监测系统业务架构
电能质量在线监测系统业务架构各业务功能：
1）数据管理是基于电网资产质量监督管理系统和资产全寿命评估决策系统建设完成的资产数据集成业务，对基础台账和运行数据进行提升管理，新增质量事件管理。
2）质量评价主要针对电网电压指标、电网频率指标、输变电系统可靠性指标、用户供电可靠性指标、质量关键指标的在线评价，同时进行基于拓扑的电网安全风险指标在线评价、基于潮流的电网安全风险指标在线评价，设备可靠性建模评价、以及基于预想故障状态的电网安全风险在线评价。
逐步建立全方位的电能质量、风险评价管理业务，涵盖在线指标模型定义、在线指标计算模型定义、在线预警规则定义、分析模型定义、分析规则定义，用于提供实现在线计算各种业务指标提供统一模型配置基础，达到可随时增加新的指标计算的需求，并提供在线动态预警的规则定义，动态进行分析模型的构建及分析规则的定义，以实现分析展现的动态定制。
3）质量分析主要是综合各类资产质量监督管理完成的指标评估分析和电网安全风险离线分析功能，实现电能质量指标在线分析、电网安全风险在线分析、质量事件分析、质量关键指标分析业务。
4）协调管控对质量评价、质量分析发现的质量问题以及潜在质量问题，通过质量事故警示、质量通报、专项督查、质量事件调查功能，完成协调管控，建立从质量目标、质量评价、质量分析到协调管控的闭环质量监督管理过程。
通过对现有可靠性管理功能，进行可靠性业务的提升改造，主要包括可靠性台帐管理改造、可靠性运行管理改造、可靠性设施与回路事件自动关联改造、三级流程审批改造以及设备综合管理等业务。
5）质量目标管理主要是完成电能质量目标、工程建设质量目标、运行质量目标和服务质量目标的指标体系编制、发布，以及各单位关键指标建议目标值填报、汇总、审查，从而形成完整的质量目标体系。
6）综合管理将除核心业务之外的所有综合性、辅助性业务进行统一管理，包括文件签阅、质量工作计划、专业人员管理、系统应用监控和运维服务管理。
2.3 技术架构
技术架构为了支撑业务、应用、数据，从业务需求出发，依据对电能质量在线监测系统的业务架构、应用架构、数据架构的分析与设计，进行了系统技术组件的划分，如图3所示：
图3 电能质量在线监测管理系统技术架构
电能质量在线监测系统建设与设计的总体思路充分利用电网资产质量监督系统和资产全寿命评估决策系统的已有软、硬件资源开展工作，为了延续上述两个系统的技术路线，电能质量在线监测系统将基于PI3000平台研发，技术组件包括业务技术组件、公共管理组件和应用服务组件三个部分。
其中业务组件包含基础数据在线采集与管理层、模型层、电能质量指标评价与分析层和统一监测与展现层，各个层次包含多个技术组件。
公共管理组件包括身份认证、统一待办和信息发布功能。应用服务组件则提供系统基础模块如：工作流引擎、权限管理、任务调度、模型服务、文件服务、日志管理、安全管理、建模工具、报表报告服务、图形展现工具、数据备份恢复组建以及数据访问服务。
每个层次需符合一些基本依赖关系和接口契约，包括：自上而下依赖原则，松散交互原则，接口交互原则。这些原则保证了整个系统的灵活性、扩展性和可测性。根据每个层次不同特性和功能职责。
统一监测与展现层与电能质量指标评价与分析层间通过WebService服务调用，基于XML完成服务的调用与数据交互；电能质量指标评价与分析层与模型层间通过内部方法调用，基于紧耦合的方式完成方法调用与数据交互；基础数据在线采集与管理层基于WebSerivce和ETL工具两种方法完成各个业务系统数据采集，以统一的接口向模型层提供数据。
3 效益分析
3.1 管理效益
电能质量在线监测系统开发结合智能电网建设，开展公司总部、省、地（市）的电能质量在线监测应用，通过多种技术手段对调度技术支持系统、配网自动化等系统相关指标数据和业务数据进行有效集成，以达到电能质量数据在线自动采集、传输和监测范围全面覆盖的目标，拓展专业管理的广度和深度。
通过系统建设将促进电网运行精细化管理进一步提升，不断提高电网安全、优质，保障电网安全稳定，有效开展电网运行的分析防控、持续改进和提升电网安全水平和优质服务水平，同时也是对公司基础管理水平的重大改进。
电能质量在线监测系统可将可靠性指标在线监测与历史评价结果相结合，完成可靠性指标的在线同期对比分析和在线趋势分析，为可靠性管理工作决策提供有效的分析手段，更加深入的指导运维检修工作的开展，提高了故障恢复的响应速度和风险预防能力。
电能质量在线监测系统开发，对电网质量关键基础数据和指标数据的进行全面集成，不但为电网异常分析处理提供了数据基础，而且提供了统一的分析展现平台。
3.2 经济效益方面
通过电能质量在线监测系统的开发，尤其是电网安全风险的预警与管控，将减少重大事件的发生机率，提高电力企业的服务质量。通过关键用户及主要设施的实时在线电网频率、电压和可靠性指标监测，对电网生产运行的关键点实施重点管理，可减少重大及可能造成较大经济损失、较大不良社会影响的事件的发生，提高电力企业的整体服务水平。
3.3 社会效益方面
电能质量在线监测系统的开发，将完成电能质量数据在线自动采集、传输和监测范围的全覆盖。有效融合电能质量数据与电网模型，开展电网安全风险分析和控制，为电网运行安全水平和服务水平的提升提供支持。
同时，项目的顺利实施也可为确保电网安全运行，为社会发展提供安全、可靠、可持续的电力供应，为促进能源和电力工业发展，服务经济建设和构建社会主义和谐社会做出重要贡献。
4 结论
（1）在全面质量管理工作的总体要求下，电能质量在线监测系统将彻底改变电能质量监督管理分散的现状，对电网频率、中枢点电压、供电电压、输变电系统可靠性、用户供电可靠性数据的集中在线采集、监测与管理，为进一步提高电能
质量，保障运行安全，提升服务水平提供支撑。
（2）电能质量在线监测系统的开发，集成在线运行数据和相关风险源信息，搭建电网公司总体风险分析平台，建立全方位的电网安全风险评价体系，对电网进行在线风险评价和管控，为电网运行安全水平和服务水平的提升提供支持。
（3）电能质量在线监测系统的开发，形成涵盖资产质量管理、电能质量在线监测、可靠性管理、电网安全风险分析、资产全寿命周期评估决策各类应用综合业务工作台，并支持后继业务功能的扩展，同时加强了对各业务系统之间的数据共享与业务融合，达到从资产质量、电能质量、电网安全风险三个方面对规划设计、采购建设、运行检修、技改报废全寿命过程的质量评价、分析以及过程监督。
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