基于PI数据库的中低压配电网运行管理

周仁才，金仁云，秦如意

（宁波电业局，浙江 宁波 315010）

0 引言

作为浙江省电力公司首批PI数据库试点单位，宁波电业局于2003年开始PI数据库在电力生产中的实时应用研究和探索，经过6年的PI数据库系统建设、实施和推广，已建成输配电海量数据采集、存储和应用的统一平台。2008年底又有选择性接入了调度监控SCADA系统、电能量采集（ERTU）系统的数据，开发了比较实用的图形应用（负荷监控、蓄电池监控、主变油色谱监测）和报表应用（负荷报表、电压报表）。

中低压配电网是电力系统的最底层，直接与用户用电情况相关联，其重要性不言而喻。但一直以来因中低压配电网情况复杂多样、监控技术落后等多种原因，造成了管理方式落后甚至管理真空等问题。近年来，随着营销系统、负荷控制系统、集中抄表系统、公用变压器监测系统、电压监测系统等各类信息管理系统的建立，逐步实现了中低压配电网的营销、生产管理信息化。但由于各信息系统的开发单位不同，后台数据库及存储方式也千差万别，给配电网管理特别是跨工作部门、跨管理专业、跨电压等级的工作造成了不便。鉴于此，宁波电业局在前期PI数据库应用的基础上，开始探索PI数据库在配电网管理中的应用。

1 PI数据库系统的优势

PI（Plant Information System）数据库的核心是数据归档管理，它采集并存贮与流程相关的成千上万点数据，采用的“旋转门”压缩技术可以节省大量的磁盘空间，同时能保证数据的精度和密度要求。PI数据库系统的主要应用工具PI DataLink和PI ProcessBook等模块完全与Windows兼容，具有极好的扩展性。宁波电业局自行开发的PIMDB建模软件和测点压缩技术实现了测点自动维护、历史数据补招等功能，解决了数据可靠性不高的难题，将测点利用率最大化。

为了确保PI数据库应用的先进性，2009年宁波电业局加大了AF 2.0模块（静态数据存储）和基于Web 2.0的图形应用开发研究力度。在AF模块中导入设备模型对象，建立设备模型和业务模型，开发基于PI数据库的Web图形组件及在线图形编辑器，解决了PI系统无法存储静态数据的难题。通过建立设备模型和业务模型，使PI系统在设备对象研究和统计分析功能方面更加强化。图形组件的开发使PI系统应用从C/S结构完全转变为B/S结构，监测界面更加流畅快捷，且实现客户端免安装功能。

与传统的关系型数据库相比，PI数据库在响应速度、可靠性、数据容量、应用性等方面都具有无可比拟的优势。

2 基于PI系统的实时应用平台系统架构

基于PI数据库系统的配电网管理实时应用平台系统架构如图1所示。

图1 配电网管理实时应用平台系统架构

系统最底层为数据源，通过数据采集接口将需要接入的服务器和系统数据解析为数据文件和模型文件存储到PI实时数据服务器；中间层为应用编程接口，是联系数据层和应用层的接口层，包括组件接口和业务逻辑接口。组件接口是基于应用层的图形组件、中间件，业务逻辑接口是基于应用层各业务模块的逻辑算法接口。最上层为应用层，包括该一体化运行平台的所有业务模块，如已开发的业务报表模块、业务报表管理模块、实时线损模块、供电可靠性分析模块、电压合格率分析模块等。用户可采用Web浏览方式使用该一体化平台。

3 数据源接入PI数据库的方式

3.1 省级及以上信息管理系统数据源接入

省级及以上信息管理系统数据源接入PI数据库时，必须严格保证系统主数据库的安全，同时不影响主服务器的正常运行。对于营销系统、负控系统这类省级及以上信息管理系统，采用缓存服务器间接接入的方式，即在主服务器的基础上增加一台备用服务器，备份服务器中的数据表结构、数据量与主服务器保持一致，并实时更新，PI系统向备份服务器读取数据。

3.1.1 数据接入流程及步骤

（1）省级及以上信息管理系统的主服务器提供两路数据（如图2中实线）：一路是通过省调和市调防火墙提供给每个市局用电营销部门进行查看的数据，另一路数据是采用数据同步技术，使主服务器与备份服务器中的数据保持一致。

（2）由省调统一给每个市局PI系统分配一个账号和密码，通过接口程序来读取备份服务器数据（图2中虚线）。读取频率根据数据密度要求确定，如负荷数据、电压合格率数据为每小时读取一次，电量数据每天凌晨3点读取一次。

（3）PI接口机读取到数据后完成数据接入到PI服务器的工作，并通过PI Web机向用户提供数据展现。

3.1.2 接入方式的优点

（1）因为系统主服务器只需要向备份服务器提供数据，而不是向每个市局提供数据，因此在最大程度上保证了主服务器的原有性能不受影响，市局用户在客户端访问负荷控制系统的速度也不会变慢。

（2）2008年宁波电业局省控技改项目“PI实时数据库系统基础系统功能增强”已经实现多台服务器之间的数据同步，可以满足主、备服务器的数据同步，节省开发成本。

图2 数据接入流程

（3）2006年，宁波电业局的电能量数据已接入PI系统，完成了访问Oracle数据库的接口设计，技术上比较成熟。本方案中市局接口机访问负荷控制系统的Oracle数据库完全可以采用本接口，以节省开发时间和成本，且访问数据库的接口性能比采用Web Service接口更加稳定。

（4）由于是跨地区导入数据，有可能会发生网络中断、数据无法传输等情况。而访问备用服务器的好处就是能随时为PI系统提供完整的数据，保证了PI数据库系统中数据的完整性和准确性。

（5）PI数据库系统作为统一的数据平台中心，在完成本系统的接入后，不仅能扩大PI数据库的数据范围，更能为以后其他系统接入到PI系统奠定基础，实现PI数据库的长远发展。

3.2 地级及以下信息管理系统数据源接入

地级及以下信息管理系统数据源接入PI数据库时，在保证系统主数据库的安全和不影响主服务器正常服务的前提下，为节约成本，可采用直接接入的方式。只需开放后台数据库，提供登陆名和密码，同时提供数据存储的表结构，PI接口程序就可以直接访问数据库，读取实时和历史数据以及测点定义。为保证数据库安全，PI接口程序只有读数据的权限，无写入、删除权限。

这种接入方式的优点是投资小、数据链路简单、效率高，能在保证数据安全的前提下获得最大经济效应。

4 PI数据库在配电网管理中的应用

在数据源接入的基础上，进行PI数据库在配电网管理中的应用功能开发。主要的应用是对10kV和380 V分线线损、变电站和客户电压合格率、低压用户供电可靠性三大技术指标进行实时和历史统计分析，并在此基础上深入开展应用，实现配电网无功数据采集、配电变压器及低压补偿运行状态监控分析、配电变压器负荷测试等，满足各业务部门尤其是对中低压配电网的实时计算、在线监测、辅助分析的需要。

（1）10kV和380 V分线线损计算要素包括供、售电量及线路和变压器的供售对应关系。供电量由变电站出线关口表记录，由电能量采集终端按一定时间间隔采集并保存，定时将采集到的数据上传到电能量采集系统服务器，经过与PI服务器的接口，再上传至PI数据库中保存。售电量由公用变压器电量和专用变压器电量组成，分别由公用变压器监测服务器和现场管理服务器向各自的终端下达数据上传命令，再经过与PI服务器的接口上传至PI数据库中保存；线路与变压器的供售对应关系从营销系统服务器中取得。按照统一时间戳原则，经过线损计算模块处理，得出某一时间的线损值，从而实现10kV分线线损实时统计功能。同理，可将统计范围扩大到每个供电所所有的10kV和380 V线路以及全局。

（2）电压合格率统计包括A，B，C，D 4类，其中A类通过SCADA系统获得，B类通过ERTU及现场终端获得，C类通过现场终端获得，D类通过公用变压器监测仪和电压监测仪获得。各类终端数据通过各自的信息系统在PI数据库汇总分析，形成全局电压合格率统计报表。

（3）低压用户供电可靠性计算要素包括公用变压器停电小时数、低压用户和配电变压器台区的供售对应关系。公用变压器停电时间由公用变压器监测终端采集，两次上传后保存至PI数据库。低压用户和配电变压器台区的供售对应关系按照统一时间戳原则，经过低压用户供电可靠性计算模块处理，得出某一段时间的低压用户供电可靠率。同理，可将统计范围扩大到一条10kV线路下的所有低压线路（台区）。如果条件具备，还可以将统计范围扩大到一个供电所的所有低压线路（台区）和全局所有低压线路（台区）。

充分利用PI ProcessBook的图形接口，配电网无功监控、配电变压器及低压补偿运行状态监控分析等功能通过值图、棒图、趋势图等方式呈现数据，清晰直观。

5 应用实效

宁波电业局PI数据库在配电网管理中的应用建设开发工作从2009年开始，以镇海供电局为试点单位，选择了觉汇631、西山G304、紧固G415等6条10kV线路，涉及21台用户专用变压器和29台公用变压器，负荷控制装置31套，配电变压器监控系统12套，集中抄表装置19套，电压监测装置23套，低压用户1980户。在现场采集终端均调试正常的前提下，完成了营销系统、负荷控制系统、集中抄表系统、公用变压器监测系统、电压监测系统共5个信息系统与PI系统的数据接口，并将数据源接入PI数据库。开发了10kV和380 V分线线损、电压合格率、低压用户供电可靠性统计、配电变压器负荷测试、变电站10kV母线平衡统计、公用配电变压器及低压无功补偿装置运行状态监控等各类报表和图形12套。其中7套报表和图形实现了除试点线路外的全局范围应用，另外5套也具有良好的扩展性，很容易实现全局范围的应用。

通过PI数据库在配电网管理中的应用建设开发，将各个分散的数据源存储到统一的数据库中，改变了过去将这些分散的数据通过手工导出、汇总后才能应用的局面，基本实现了指标的实时统计和设备状况的在线监控，缩短了指标统计周期，提高了工作效率和计算精确度。

6 结语

目前，PI数据库在宁波电业局输变电调度、生产等领域的应用趋于成熟，在配电网管理中的应用也在逐步完善。借助PI数据库，整合了分散的数据，使跨平台、跨系统、跨数据库、跨专业的数据分析应用成为可能，对提高配电网集中化、自动化、精细化管理水平有着重要的意义。随着PI数据库作为输、配电网海量数据统一收集平台的搭建，将为宁波电网向智能化发展奠定坚实的基础。