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第25卷第6期2008年12月文章編號:100Z一2322(2008)06—0086—04現代電力V01.25DeC.No.62008ModemE1ectricPower文獻標識碼:A中圖分類號:TP316基于麒麟操作系統(tǒng)的Web電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現吳克河,張飛(華北電力大學計算機科學技術學院,北京102206)DesignandImplementationofWebonPowerQualitySupervisoryInformationSystemBasedKylinOperatingSystem102206,China)WuKehe.ZhangFei(SchoolofComputerScienceandTechnology,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing摘要:設計并實現了電能質量監(jiān)控系統(tǒng)——PQSIS。該系統(tǒng)運行于國產麒麟操作系統(tǒng)上,實現了麒麟操作系統(tǒng)在電力系統(tǒng)方面的應用推廣,保證了該系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。電能質量監(jiān)控系統(tǒng)是基于J2EE架構平臺設計的,實現了自著新型電力負荷迅速發(fā)展以及人們對電能質量要求的不斷提高,國內外對電能質量問題逐漸受到電力公司和電力用戶的普遍重視。目前國內電能質量的監(jiān)測分析多數采用電能質量分析儀或諧波分析儀等,這些專用測量儀器一般是在同一地點進行相關電量的測試,實現對某些電能質量指標的測量,這種傳統(tǒng)的用戶/監(jiān)測儀(或分析儀)模式,存在較多不足有待改進。例如對于某一監(jiān)測點監(jiān)測數據不能實現多用戶共享,而且對于單一用戶每次使用監(jiān)測分析軟件時都必需先與監(jiān)測儀通信以獲得監(jiān)測數據等等,尚不具備對電能質量的綜合測量、分析、判斷和控制功能,對電能質量的在線監(jiān)測也沒有得到應用,因而不能及時發(fā)現電能質量的異?,F象。因此,如何改善這種狀況,更好地監(jiān)測并改善電力系統(tǒng)的電能質量[1],建立電能質量的遠程、綜合、集中監(jiān)測與分析系統(tǒng),成為電力公司和電力用戶急需解決的問題。電能質量監(jiān)控系統(tǒng)(PQSIS:PowerQualitySupervisoryInformation動的數據采集、存儲、實時數據分析顯示、電能質量評估、指標越限報警、報表生成和打印等功能,給電網的電能質量監(jiān)測工作提供了一個堅實的軟硬件平臺。目前該系統(tǒng)已成功運行于某電網數據監(jiān)測系統(tǒng)中,并取得了很好的效益。關鍵詞:電能質量;用戶/監(jiān)測儀模式;電能質量監(jiān)控系統(tǒng);J2EE架構;麒麟操作系統(tǒng)Abstract:Thepowerqualitysupervisoryinformationsystem(POSIS)isdesignedandrealized.ThesystemisdesignedpromotionunittorunonasKylinoperatingsystem,andthespreadofKylinoperatingsysteminthepowersystemisreal-ized,thesecurityandstabilitybasedtionsonareareguaranted.ThesystemisaJ2EEframeworkplatform,andasseriesoffunc—realized。suchautomaticdatacollectionandstor—ageofpowerqualityparameters,real—timedataanalysisandqualityassessment,earlywarningoftargetgenerationandprinting,whichprovideashow,powerlimit,reportsolidhardwareandsoftwareplatformtorypowerqualitysuperviso-aSystem)是對現場電能設work.Thesystemhasbeensuccessfullyemployedingriddatasupervisorysystem,andshowsfine備和電能質量參數進行實時監(jiān)測、管理、分析與評價的綜合應用平臺,是提高電力企業(yè)整體信息化水平和綜合管理、決策效率的關鍵。針對我國目前有關電能質量的國家標準[2],本文設計并實現的PQ—SIS,是基于J2EE分布式多層應用構架技術的web應用平臺,采用國產麒麟操作系統(tǒng)以增強信息安全性,麒麟操作系統(tǒng)是國家863標志性成果,采用國產麒麟操作系統(tǒng)打破了操作系統(tǒng)國外壟斷的局面,為我國的信息系統(tǒng)安全提供了可靠的保障,J2EE架構的異構性,可以保證服務器端運行麒麟powerper—formances.Keywords:powerquality;users/monitormode;powerqualitysupervisoryinformationsystem;J2EEframework;Kylinoperatingsystem0引言早期人們對電能質量的關注僅限于頻率偏差和電壓偏差兩個方面,自從20世紀80年代以來,隨萬方數據第6期吳克河等:基于麒麟操作系統(tǒng)的Web電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現87操作系統(tǒng),客戶端訪問使用微軟的Windows等操作系統(tǒng)。本項目從根本上為電網的電能質量監(jiān)測工作提供了一個可靠的軟硬件平臺。1系統(tǒng)功能設計電能質量監(jiān)測系統(tǒng)主要分為6個功能模塊:數據采集存儲、監(jiān)測點管理、電能質量實時數據顯示、報警事件、歷史數據分析和報表統(tǒng)計分析。系統(tǒng)主要從實時數據庫采集取得監(jiān)測數據(各電能質量參數),進而實現監(jiān)測數據在地理接線圖上的實時展示,各監(jiān)測點(諧波、非諧波)數據的報表統(tǒng)計、圖形分析以及報警分析。系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。隧懈廉恥閡實時數據ll實時數據Il統(tǒng)計分析Il報警事I生成報警提示ll圖形展示Il圖形查詢Il件查詢『l統(tǒng)計報表圖1系統(tǒng)功能模塊圖1.1數據采集存儲系統(tǒng)監(jiān)測數據分為實時數據和歷史數據兩部分,實時數據僅保存當日的數據,保存實時數據是為了提高實時顯示檢索的速度,同時也為數據分析和永久數據存儲提供了緩存機制,保存歷史數據是作為以后查詢數據的來源。數據的采集是通過安全可靠的數據采集接口,把分散在現場的各個電能質量參數信息自動采集到數據庫服務器上集中存儲。由PQSIS系統(tǒng)的數據庫服務器和Web服務器,提供對數據的實時記錄,并且使用先進的數據存儲策略動態(tài)地按時間段存儲歷史數據[3],提高歷史數據的檢索速度。1.2監(jiān)測點管理在PQSIS系統(tǒng)中,將電網監(jiān)測的所有的電氣設備、電力站點進行統(tǒng)一的管理,為用戶提供實時查看監(jiān)測點和更新電力設備提供快捷、準確的信息化服務。監(jiān)測點管理模塊可以實現監(jiān)測點的添加、修改、刪除等功能。1.3實時數據顯示和分析根據我國電能質量的國家標準,電能質量指標主要包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、萬方數據三相不平衡度和諧波等指標[4]。PQSIS系統(tǒng)提供實時數據監(jiān)測和監(jiān)測站點管理一體化的平臺,通過在Web頁面上,以表格、線圖等形式,對電力設備運行狀態(tài)、監(jiān)測數據進行實時顯示來實現,采用Ajax技術[5],實現自動刷新,以展示最近時刻的監(jiān)測數據。數據分析功能是電能質量監(jiān)測管理系統(tǒng)的核心內容,向用戶提供Web形式的數據查詢、分析服務,可使用戶對監(jiān)測點的諧波、三相不平衡度、電壓偏差、波動閃變、頻率偏差、功率、暫態(tài)事件等監(jiān)控數據進行查詢、分析和統(tǒng)計。查詢及分析結果可存為Word、Excel或文本格式文件。數據分析功能采用的分析模型是通過對歷史數據的分析和研究,探索其發(fā)展變化規(guī)律,對電能質量參數做出預先估計和推測。它是電力系統(tǒng)可靠、經濟運行的基礎,是電力市場技術支持系統(tǒng)的重要組成部分[6]。對歷史數據的分析包括同一日期不同電力設備、不同日期同一電力設備的電能質量參數的比較,通過各個方面的比較為歷史數據庫提供更準確的分析模型,為電能質量參數的預測提供更可靠的依據,為電力公司評價電能質量提供數據支持和參考。1.4報警事件報警事件是指根據數據庫服務器中提供的故障模型,利用查詢條件(各個電能質量參數)對監(jiān)測數據進行分析,以判斷設備運行是否會出現故障。如果經判斷有可能出現故障,則發(fā)出故障警報,以便及時對故障進行診斷,也可以查詢設置時間段內的所有故障信息。,1.5報表生成和打印在Web應用程序中集成靈活的報表功能,是PQSIS系統(tǒng)的一大優(yōu)勢。為PQSIS系統(tǒng)中各種狀態(tài)監(jiān)測、電能質量參數圖表生成報表,系統(tǒng)可以設計和管理多種報表樣式,并提供HTML格式的報表呈現,以便在瀏覽器上快速便捷地查看和打印報表,同時可以根據生成的報表進行統(tǒng)計分析。2系統(tǒng)結構設計電能質量監(jiān)測系統(tǒng)有軟件和硬件組成。硬件采用美國電力士公司的電能質量分析儀,該儀器是一個高速數字處理、高精度、多功能的高端電能質量監(jiān)測產品;軟件系統(tǒng)采用目前較為流行的J2EE架構,實現了B/S結構的Web電能質量檢測系統(tǒng)。88現代電力2008焦2.1硬件及操作系統(tǒng)平臺硬件采用美國電力士公司的電能質量分析儀。該裝置是安裝于變電站中監(jiān)測用的現場裝置,對用電線路不間斷地監(jiān)測,并將監(jiān)測數據存儲和發(fā)送至其遠端數據服務器,能夠實現電壓、電流、功率、諧波、閃變等電力參數的測量。電網數據對安全性有較高的要求,電能質量監(jiān)測軟件是運行在國產麒麟操作系統(tǒng)上的,并且自適應于麒麟操作系統(tǒng),這為系統(tǒng)的安全性提供了保證。這也是電能質量監(jiān)測軟件的創(chuàng)新點,同時實現了麒麟操作系統(tǒng)在電力系統(tǒng)方面的應用。2.2軟件結構設計電能質量監(jiān)測軟件平臺采用的是J2EE架構,采用目前較為合理且流行的三層體系結構[7],即分為客戶層、業(yè)務邏輯層和數據層,如圖2所示,不同的層次實現不同的功能需求。這種三層結構將以往的WebServer從物理上分為兩層,它們各自的任務很明確:Web由JavaServlet,JSP等組成,它履行等待用戶的請求,對任務進行分析,對涉及屬于業(yè)務邏輯層的任務,將其交給應用服務器處理并等待結果,而后形成相應的HTML文本返回給Client;而應用服務器(邏輯層)要處理會話層的任務,在這里它要包括所有邏輯組件運行所需的環(huán)境,而且還要能有效地運行這些組件與數據層協(xié)作并返回結果;數據層是系統(tǒng)核心所在,這里保存著所有的數據,是整個系統(tǒng)的數據庫運行的場所??蛻魧訕I(yè)務邏輯層數據層/1卜\/1卜、、冬eⅣice模式><DAo模式jJSP、\廠——]/EJB\———∥fCIServlet固圖2軟件架構圖數據層采用Oraclelog數據庫,主要存儲測點信息數據、監(jiān)測指標參數及上下限參數、電能質量指標實時數據、歷史數據及必要的輔助數據表。提供業(yè)務邏輯層和客戶層所需要的原始數據,也保存它們提交的或處理過的數據,原始數據由數據采集存儲模塊解析PQDIF文件提供。業(yè)務邏輯層將用于訪問和使用系統(tǒng)的流程控制邏輯和實現業(yè)務規(guī)則進行封裝,有利于系統(tǒng)的重用性和可擴展性。在這一層,由EJB組件實現系統(tǒng)業(yè)務邏輯,是系統(tǒng)的核心部分[8]。運行在業(yè)務層的萬方數據EJB從客戶層接收數據,從數據庫檢索數據,并對數據進行處理,再將數據發(fā)送給客戶。由EJB容器來提供諸如事務、生命期、狀態(tài)管理、多線程及資源存貯池等復雜的系統(tǒng)服務。從而開發(fā)人員只需關注業(yè)務邏輯,不必用編程邏輯實現復雜的基礎服務。根據電能質量檢測系統(tǒng)的需求,本系統(tǒng)已經用EJB組件技術封裝實現的功能模塊主要包括:①用戶管理模塊:對使用本系統(tǒng)的用戶進行增加、刪除、修改、授權等操作。②監(jiān)測點管理模塊:對本系統(tǒng)使用的監(jiān)測點進行增加、刪除、修改等操作。③數據采集存儲模塊:解析PQDIF文件生成實時數據并利用Java多線程技術定時將實時數據匯總成歷史數據存儲在數據庫中。④數據顯示分析模塊:根據用戶指定的參數信息(電能質量參數監(jiān)測指標,選定日期)生成統(tǒng)計報表和各種曲線圖。⑤報警模塊:對報警數據進行查詢,顯示所有符合條件的歷史信息、報警類型、報警原因、報警發(fā)生時間等??蛻魧又饕校剩樱许撁娼M成,是系統(tǒng)提供給用戶交互的界面。用戶可以在客戶層查看業(yè)務邏輯層所有模塊完成的功能,并能通過輸入或選擇參數和業(yè)務邏輯層進行交互。例如:用戶可以在實時數據監(jiān)測模塊中選擇不同的站點和不同的監(jiān)測指標,點擊提交按鈕,業(yè)務邏輯層會根據用戶所選參數生成相應的圖形數據返回給客戶層,顯示在當前頁面上。3系統(tǒng)實現3.1配置環(huán)境在開發(fā)配置環(huán)境方面,本系統(tǒng)采用了SUN公司的J2EE開發(fā)平臺,以TOMCAT和JBOSS分別作為WEB服務器和應用程序服務器,開發(fā)工具為Eclipse3.2,以Oracle公司的Oraclelog作為數據層的數據庫服務器,而數據庫驅動接口采用微軟的JDBC驅動程序。3.2功能簡介本文設計實現的PQSIS系統(tǒng)已經成功運行于某電網公司的電力質量監(jiān)測中,系統(tǒng)實現了如下功能:①界面友好:可根據用戶需求定制個性化界面,使用戶使用更方便快捷。②可對電能質量的各項指標進行統(tǒng)計、處理、顯示和存儲。③對監(jiān)測的數據具有數據庫管理功能,從而實現了長期數據的存儲與處理、分析大規(guī)模數據、對不同類別的數據進行分區(qū)管理、快捷的數據查詢等。第6期吳克河等:基于麒麟操作系統(tǒng)的Web電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現89④歷史數據的再現,對歷史數據進行分析、統(tǒng)計、對比等,為電能質量各項指標評估提供依據。⑤可自動生成所需的圖形和報表,其中包括電能質量諧波量和非諧波量各項指標的圖形顯示等。3.3運行顯示3.3.1電能質量指標圖電能質量指標中的同一站點不同日期的短閃變比較如圖3所示。圖3同一站點不同日期的短閃變比較圖3.3.2實時數據監(jiān)測圖實時數據監(jiān)測圖如圖4所示。圖4實時數據監(jiān)測圖4結束語針對電網中各項電能質量指標進行動態(tài)監(jiān)測和分析是解決電能質量問題的前提,其起步工作在于建立廣泛的電能質量監(jiān)控信息網絡[9]。高度智能化在監(jiān)控單元的應用,能夠使我們掌握全網的電能質量水平與狀況,進而采用統(tǒng)計規(guī)律依照國家標準進行在線評估,找出電網中影響電能質量的原因,采萬方數據取相應的措施。本文設計實現的基于J2EE多層分布式結構的PQSIS系統(tǒng),具有很強的安全性、靈活性、跨平臺移植性、可擴展性和可維護性,為電力企業(yè)信息化、市場化、智能化提供了堅實的基礎[10|。目前已經成功運行于某電網監(jiān)測系統(tǒng)中,獲得該省科技進步一等獎,為該電網電力質量發(fā)展做出了很大的貢獻。參考文獻[1]林海雪.現代電能質量的基本問題[J].電網技術,2001,25(10):5—12.[2]林海雪等.電壓電流頻率和電能質量國家標準應用手冊Is].北京:中國電力出版社,2000.[3]飛思科技產品研發(fā)中心編著.jsP應用程序開發(fā)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.[4]JohnStoneandAlanCollinson.PowerQuality.PowerEngineeringJournal,2001,15(2):58—64.七5]MichaelMahemoff著.Ajax設計模式EM].楊仁和譯.二{B京:電子工業(yè)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:電子工業(yè)出版社,2005.[9]楊進,肖湘寧.電能質量監(jiān)測技術發(fā)展新趨勢一網絡化、信息化、標準化[J].電力自動化設備,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作者簡介:吳克河(1963--),男,教授,主要從事計算機網絡安全研究工作;張飛(1983~),男,碩士研究生,主要從事計算機網絡安全工作。(責任編輯:林海文)基于麒麟操作系統(tǒng)的Web電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現作者:作者單位:刊名:英文刊名:年,
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