CN103150599A - 一种电能质量数据监测与管理***模型 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电能质量数据监测与管理模型，涉及电能质量数据监测装置和电能质量监测***结构领域。该模型所采用的监测装置包括对原始数据的采集和对数据的处理及分析技术，监测***结构采用终端用户层——服务器——数据层三层结构体系。所述监测装置的标准根据IEEE1159.3和IEC61850，给出了测量过程的详细要求、测量的精度、性能要求和通信网络与***的标准；所述监测装置的数据处理及分析技术选用特定电能质量指标参数进行计算，再用电能质量监测装置按照规定时间和规定格式上传；所述规定格式为PQDIF、XML-PQDIF格式。该模型采用三层结构体系，后期投入成本低，方便快捷，简单可靠。本发明适用于智能电网框架下的电能质量监测与管理。

Description

一种电能质量数据监测与管理***模型

技术领域

本发明涉及电能质量数据监测***结构和电能质量管理领域，依据IEEE规定的电能质量标准IEEE1159.3提出了一种新型的网络化管理电能质量数据监测与管理***模型。

背景技术

电能质量监测***成为保证电网安全可靠运行的一个重要工具，我国电力***供电部门对电能质量的监测正在从专门测量和定期或者不定期监测向网络化监测过渡。目前，市场上大多数电能质量在线监测***都是C/S结构，该模式下每一台监测的计算机都必须安装客户端应用软件，从数据的安全性、一致性、实时性、溯源性和服务响应速度等方面考虑，对于今后大范围内的监测有一定的局限性。浙江省电力局曾提出建立浏览方式的电能质量监测***，或者把电能质量监测融入到原有的SCADA***的构想。

针对监测***中电能质量数据的标准化，国内外都制定了电能质量标准供电力部门和用电客户决策分析。EPRI开发了电能质量数据转换格式PQDIF，成功解决了数据多源性、数据共享性，为程序员提供了统一的数据模式和数据访问接口，为实现电能质量管理和分析***提供了平台。然而其结构为二进制文件，底层代码实现困难，采用函数调用方法执行速度慢，而且通道定义和序列值实例分离、繁复的标识都给查询和修改文件带来诸多不便。

随着监测点的不断增加，尤其是对各种暂态过程，如脉冲、电压骤升、电压骤降等，需要采用高速数据采集***以反映信号的完整特性，采样频率的提高对存储容量提出了一定的要求。因此对电能质量数据进行监测需要多门学科、多种技术结合才能满足更高的要求。

发明内容

针对上述内容中存在的缺陷，本发明目的在于提出一种电能质量数据监测与管理***模型，旨在解决电网中的电能质量问题，确保能够优质供电，满足智能电网框架下电能质量监测与管理要求。

本发明的技术方案是，提供一种基于B/S结构体系模型，分别为数据层、服务器层、用户层纵向深入的三层。

所述数据层用来管理***所需数据，包括电能质量数据库和数据格式转换。

所述数据层数据库分为测量实时数据库、历史数据库、参数数据库，数据库中的数据来源为各个电能质量监测装置，包括变电站、电厂和其他用电用户；所述数据格式转换，其特征在于：电能质量数据库中每个数据库由多个相关信息的数据表组成，将这些数据表进行规定的格式转换便于数据上传。所述电能质量数据库上传数据时是基于XML-PQDIF格式的数据，其特征为：电能质量转换格式PQDIF通过标记元素结构将数据的物理属性和逻辑属性分离，具有良好的扩展性，达到数据共享的目的；引入可标记扩展语言XML-PQDIF数据能够与Internet上数据进行交换，具有很强的开放性；采用无损压缩中的LZW压缩算法代替PQView中自带的压缩ZLIB算法和PKZIP算法，压缩效率更高，节省存储空间及传输时间。补充说明的是PQView是美国电科院与美国电力士公司于九十年代初期开发的目前世界上一个成熟的、全面的电能质量专用的数据库管理、分析与数据应用软件，它是PQDIF、XML-PQDIF格式转换的实施工具，可将多种数据格式进行转换，如*.txt，*.xls，*.dat，*.csv等。

所述服务器层包括数据库服务器和Web服务器。

所述数据库服务器提供数据库数据处理的能力、数据库统计分析的能力以及数据库管理能力等。采用SQL语言中的数据操纵语言DML来查询处理数据库中的数据部分；数据库统计分析的对象特指测量实时数据库和历史数据库中的数据，用作后期分析计算工作；数据库管理能力特指对所有数据库的管理以及运行维护。

所述Web服务器对数据库的访问是通过中介根据Web服务器提出的请求对数据库进行操作，把结果以超文本的形式输出，然后由Web服务器将此页面返回到Web浏览器；所述中介技术为Web服务器端所采用的脚本编程ASP技术，通过ASP访问Web数据库，存取***文件，最终生成动态页面，简单易用。

用户层特指终端用户，包括终端电能质量监测中心站点和特殊电力用户。

所述终端用户提供Web服务器接口，用于从电能质量监测装置中提取数据，同时可输出规定标准的格式文件。所述格式文件为PQD格式、XML-PQDIF格式。终端用户可以通过Web浏览器进行电能质量监测与管理；所述终端用户中的特殊电力用户根据其负荷的特点区别为敏感性和污染性用户，为后期分析和管理做准备。

具体技术方案如下：

一种电能质量数据监测与管理***模型包括数据层，服务器层，用户层，所述的数据层用于采集电能质量数据，将电能质量数据经处理后输出；所述的服务器层用于从数据层中获取和处理电能质量数据同时将电能质量数据处理的结果向用户层提供动态页面；所述的用户层是对电能质量的监测与管理终端，用于根据服务器层对电能质量数据处理的结果监测与管理电能质量。

所述的数据层包括电能质量监测装置和电能质量数据库，电能质量监测装置用于采集电能质量数据，对采集到的电能质量数据进行数据格式转换，将结果传输至电能质量数据库中并对电能质量进行监测分类，电能质量数据库中的数据分为三类，即测量实时数据库、历史数据库、参数数据库，电能质量数据库中的数据经过转换上传至服务器层；所述的服务器层包括数据库服务器和WEB服务器，所述的数据库服务器用来调用电能质量数据库中测量实时数据库和历史数据库的数据，并统计被调用的数据的计算结果，同时管理及维护电能质量数据库的数据，同时提供与Web服务器的通信接口，供外部扩展程序调用；所述的Web服务器用于存取数据库服务器内的文件，把结果以超文本的形式输出，提供给用户层查阅；所述的用户层包括电能质量监测中心终端站点及特殊电力用户。

电能质量监测装置用于从变电站、电厂和其它用电用户中采集电能质量数据，通过LZW压缩对采集到的电能质量数据进行数据格式转换，将结果依据IEC规定的通信标准IEC61850进行通信传输，传输至电能质量数据库中依据IEEE1159.3标准对电能质量进行监测分类，将电能质量数据库中的数据分为三类，即测量实时数据库、历史数据库、参数数据库，电能质量数据库中的数据经过ＰＱＤＩＦ转换和ＬＺＷ压缩后按照XML-PQDIF格式作为输出的文件格式将数据上传至服务器层；所述的服务器层包括数据库服务器和WEB服务器，所述的数据库服务器用来调用电能质量数据库中测量实时数据库和历史数据库的数据，并统计经计算的被调用数据的结果，同时采用自动备份技术管理及维护电能质量数据库的数据，同时提供与Web服务器的通信接口，供外部扩展程序调用，所述的Web服务器以ASP技术为中介，根据Web服务器提出的请求访问数据库服务器，存取数据库服务器中的文件，把结果以超文本的形式输出，最终生成动态页面返回到Web浏览器，提供给终端用户查阅。

所述的电能质量数据监测与管理***模型是基于B/S结构体系模型，所述的测量实时数据库、历史数据库、参数数据库中的数据各由两个以上的信息数据表组成，将这些数据表进行PQDIF格式转换，转换时通过标记元素结构将数据的物理属性和逻辑属性分离，同时采用无损压缩中的LZW压缩算法压缩，转换成XML-PQDIF格式；XML-PQDIF格式文件中采用tag定义元素，可按用户要求自定义标签；PQDIF物理层中的三种类型的元素，Collection可以看作一个没有属性的XML标记，Scalar和Vector两种标记嵌套在了Collection标记中；使用XML Schema定义XML的节点；所述的测量实时数据库包括实时数据和暂态事件数据，所述的历史数据库是经统计后形成的，包括原始数据和计算所得数据，参数数据库保存的是变电站、电厂、其他用电用户的参数、限值、干扰源档案的数据信息。

所述数据库服务器用于处理数据库数据、统计分析数据库数据、管理数据库以及提供与Web服务器的通信接口，供外部扩展程序调用；数据库统计分析的对象是测量实时数据库和历史数据库中的数据，采用SQL语言中的数据操纵语言DML来查询处理实时数据库和历史数据库中的数据，并将计算后的数据写入统计表中；管理数据库是对所有数据库的管理以及运行维护；

监测终端即用户层，包括终端电能质量监测中心站点和特殊电力用户。特殊电力用户根据其负荷的特点目前可特指为敏感性(如IT行业)和污染性用户（如电气化铁路、钢铁厂等）；

对所述的终端电能质量监测中心站点用户进行归类，为后期分析和管理做准备。

有益效果：电能质量数据监测与管理***结构简单，使监测过程中的数据更具有交换性和共享性，采用Web数据库提高了访问电能质量数据库的速度。智能电网框架下电能质量监测与管理***能够使供应侧和需求侧的响应更及时，调节范围大，电网电能质量更高。

附图说明

图1是本发明电能质量数据监测与管理***模型；

图2是本发明中数据层中数据流程图；

图3是本发明中监测数据转换为XML-PQDIF格式文件演示图；

图4是本发明中调用电压数据的流程图；

图5是本发明中Web服务器访问数据库结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中提供一种基于B/S结构体系模型，模型中主要包括电能质量监测装置、电能质量数据库、数据库服务器、Web服务器、电能质量监测中心终端站点及特殊电力用户。

如图2所示，所述电能质量监测装置从变电所、电厂和其他用电用户采集电能质量数据，将数据上传至测量实时数据库，监测装置中监测的标准根据IEEE规定的电能质量标准IEEE1159.3和IEC规定的通信标准IEC61850；同时，监测装置中还有参数数据库。本***模型中数据可以分为三类测量实时数据库、历史数据库、参数数据库：测量实时数据库是从监测装置中上传的测量实时数据，其中测量实时数据中包括实时数据和暂态事件数据；历史数据库是经统计后形成的历史数据，历史数据分为原始数据和计算所得数据，如超标前5S的波形、时间数据、计算所得数据等；参数数据库是装置、通道参数数据和干扰源数据，参数数据库中保存的是监测点参数、限值、干扰源档案等这些数据信息，这些数据信息相当重要，干扰源信息包括干扰设备的容量、型式、参数、接线，对它供电***的情况、相关补偿装置的情况以及干扰源的重要历史数据等，因此该数据库访问受到权限限制。

所述数据层中的数据格式转换，如图3所示，具体方法是电能质量数据库中每个数据库由多个相关信息的数据表组成，将这些数据表进行规定的格式转换便于数据上传。格式转换的特点是：一、电能质量转换格式PQDIF通过标记元素结构将数据的物理属性和逻辑属性分离，具有良好的扩展性，达到数据共享的目的。每个PQDIF文件都是以一个容器记录层（Container）开始，它包括所有的数据源记录，每个数据源记录又包括监测器设置记录和观测记录。PQDIF中记录的内部结构包括记录头和记录体。记录头用唯一的标识符GUID标记，还包括含有指定记录的标记、大小和与下一个记录的绝对链接。记录体由一组包含数据的元素组成，有三种类型的元素：向量数组(Vector)、等级值(Scalar)和集合(Collection)。为了能够定义每一个特别的元素，每个元素都用一个Tag标记。二、引入可标记扩展语言XML-PQDIF数据能够与Internet上数据进行交换，具有很强的开放性。XML也是基于标签的层次化的语言，其可扩展性比PQDIF更优越，并且用Schema定义XML的节点。例如：从逻辑层的角度分析，PQDIF使用的tag来标记每条记录，表示方式与XML标记语言吻合；从物理层角度分析，XML中一个元素的表示方式为：

<xsd:complexType element name="tag1">

  <xsd:sequence>

    <xsd:element name="tag2" type="v1"></xsd:element>

  </xsd:sequence>

</xsd:complexType>

其中，“tag1”、“tag2”为元素标签名，并且用复杂类型声明将“tag2”定义为“tag1”的子对象，“v1”为属性值，元素对象和属性均为可扩展。三、采用无损压缩中的LZW压缩算法代替PQView中自带的压缩ZLIB算法和PKZIP算法，压缩效率更高，节省存储空间及传输时间。LZW算法是基于字典的压缩算法，LZW字典维护成一个多叉树，树的结点结构为：

Struct dictionary {

  Int code_value;

  Int parent_code;

  Char character;

  }Dict[TABLE_SIZE];

结构中采用散列数组来维护字典的指针，达到快速查找子结点的目的；另外，加大字典的容量可以提高压缩率。

所述服务器层为连接数据层和用户层的中间层，包括数据库服务器和Web服务器。

数据库服务器提供数据库数据处理的能力、数据库统计分析的能力以及数据库管理能力等。它一方面从电能质量数据库中调用数据，采用SQL语言中的数据操纵语言DML来查询处理电能质量数据库中的数据部分，根据电能质量数据库中的数据计算出基波和各次谐波的功率因素、有功功率、无功功率等参数，并将计算后的数据写入统计数据表中，如图4所示为查询电压数据的流程图；数据库统计分析的对象特指测量实时数据库和历史数据库中的数据，包括对所有数据进行最大值、最小值、有效值、平均值、95%概率值的统计分析及计算；数据库管理能力特指采用自动备份技术对所有数据库的管理以及运行维护，包括数据库服务器的运行维护、数据备份、数据优化和事故处理等功能。另一方面，数据库服务器提供与Web服务器的通信接口，供中间件外部扩展程序调用。

图5是Web服务器访问数据库结构图。如图5所示，ASP技术作为中介，根据Web服务器提出的请求访问数据库服务器，存取数据库服务器中的文件，把结果以超文本的形式输出，最终生成动态页面返回到Web浏览器，提供给用户层查阅。ASP吸收了许多流行的技术，如IIS、ActiveX、ODBC等，其默认的脚本编写语言为Vbscript，但是用户可以根据需要进行选择，目前所有流行的脚本语言都可以编写ASP应用程序，前提是用户安装了相应的脚本引擎。Web服务器以Web浏览器为人机界面，用户层可通过浏览器浏览网页，访问Web服务器发布的基于Web形式的数据查询、数据分析、图形显示等信息。

用户层特指终端用户，包括终端电能质量监测中心站点和特殊电力用户。

用户层提供Web服务器接口，通过Web浏览器进行电能质量的监测与管理；特殊电力用户根据其负荷的特点区别为敏感性和污染性用户，为后期分析和管理做准备。

Claims (8)

1.一种电能质量数据监测与管理***模型，其特征在于：包括数据层，服务器层，用户层，所述的数据层用于采集电能质量数据，将电能质量数据经处理后输出；所述的服务器层用于从数据层中获取和处理电能质量数据同时将电能质量数据处理的结果向用户层提供动态页面；所述的用户层是对电能质量的监测与管理终端，用于根据服务器层对电能质量数据处理的结果监测与管理电能质量。

2.根据权利要求1所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征是：所述的数据层包括电能质量监测装置和电能质量数据库，电能质量监测装置用于采集电能质量数据，对采集到的电能质量数据进行数据格式转换，将结果传输至电能质量数据库中并对电能质量进行监测分类，电能质量数据库中的数据分为三类，即测量实时数据库、历史数据库、参数数据库，电能质量数据库中的数据经过转换上传至服务器层；所述的服务器层包括数据库服务器和WEB服务器，所述的数据库服务器用来调用电能质量数据库中测量实时数据库和历史数据库的数据，并统计被调用的数据的计算结果，同时管理及维护电能质量数据库的数据，同时提供与Web服务器的通信接口，供外部扩展程序调用；所述的Web服务器用于存取数据库服务器内的文件，把结果以超文本的形式输出，提供给用户层查阅；所述的用户层包括电能质量监测中心终端站点及特殊电力用户。

3.根据权利要求２所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征是：电能质量监测装置用于从变电站、电厂和其它用电用户中采集电能质量数据，通过LZW压缩对采集到的电能质量数据进行数据格式转换，将结果依据IEC规定的通信标准IEC61850进行通信传输，传输至电能质量数据库中依据IEEE1159.3标准对电能质量进行监测分类，将电能质量数据库中的数据分为三类，即测量实时数据库、历史数据库、参数数据库，电能质量数据库中的数据经过ＰＱＤＩＦ转换和ＬＺＷ压缩后按照XML-PQDIF格式作为输出的文件格式将数据上传至服务器层；所述的服务器层包括数据库服务器和WEB服务器，所述的数据库服务器用来调用电能质量数据库中测量实时数据库和历史数据库的数据，并统计经计算的被调用数据的结果，同时采用自动备份技术管理及维护电能质量数据库的数据，同时提供与Web服务器的通信接口，供外部扩展程序调用，所述的Web服务器以ASP技术为中介，根据Web服务器提出的请求访问数据库服务器，存取数据库服务器中的文件，把结果以超文本的形式输出，最终生成动态页面返回到Web浏览器，提供给终端用户查阅。

4.根据权利要求３所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征是：所述的电能质量数据监测与管理***模型是基于B/S结构体系模型，所述的测量实时数据库、历史数据库、参数数据库中的数据各由两个以上的信息数据表组成，将这些数据表进行PQDIF格式转换，转换时通过标记元素结构将数据的物理属性和逻辑属性分离，同时采用无损压缩中的LZW压缩算法压缩，转换成XML-PQDIF格式；XML-PQDIF格式文件中采用tag定义元素，可按用户要求自定义标签；PQDIF物理层中的三种类型的元素，Collection可以看作一个没有属性的XML标记，Scalar和Vector两种标记嵌套在了Collection标记中；使用XML Schema定义XML的节点；所述的测量实时数据库包括实时数据和暂态事件数据，所述的历史数据库是经统计后形成的，包括原始数据和计算所得数据，参数数据库保存的是变电站、电厂、其他用电用户的参数、限值、干扰源档案的数据信息。

5.根据权利要求３所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征是：所述数据库服务器用于处理数据库数据、统计分析数据库数据、管理数据库以及提供与Web服务器的通信接口，供外部扩展程序调用；数据库统计分析的对象是测量实时数据库和历史数据库中的数据，采用SQL语言中的数据操纵语言DML来查询处理实时数据库和历史数据库中的数据，并将计算后的数据写入统计表中；管理数据库是对所有数据库的管理以及运行维护。

6.根据权利要求1中所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征在于：监测终端即用户层，包括终端电能质量监测中心站点和特殊电力用户，特殊电力用户根据其负荷的特点分为敏感性和污染性用户。

7.根据权利要求6中所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征在于：所述的敏感性用户是IT行业用户，污染性用户是电气化铁路、钢铁厂的用户。

8.根据权利要求1中所述的电能质量数据监测与管理***模型，其特征在于：对所述的终端电能质量监测中心站点用户进行归类，为后期分析和管理做准备。

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