基于Web服務(wù)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

　　引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，電能質(zhì)量已成為一項(xiàng)重要的研究課題。隨著非線性負(fù)荷不斷增加，導(dǎo)致各種電能量質(zhì)量問(wèn)題不斷增多。此外，暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題也明顯突出，如電壓跌落、驟升、短時(shí)斷電等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，給用戶帶來(lái)極大損失。只有及時(shí)有效地監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量，才能為改善電能質(zhì)量、協(xié)調(diào)供用電雙方和規(guī)范供用電市場(chǎng)提供真實(shí)依據(jù)，以便采取有效地解決措施。

　　傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)分析手段，存在諸多不足且已不能滿足當(dāng)前系統(tǒng)需要，此外由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間、選擇廠家、開發(fā)語(yǔ)言、布署平臺(tái)等不相同，因此通訊協(xié)議和對(duì)外交換的數(shù)據(jù)格式可能存在巨大差異;各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余，數(shù)據(jù)流通效率低，形成“信息孤島”。因此就有必要建立網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于Web服務(wù)具有語(yǔ)言獨(dú)立、跨平臺(tái)、跨地域、信息傳輸快捷和良好的封裝性等特點(diǎn)，可有效消除“信息孤島”現(xiàn)象。將Web服務(wù)與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于Web服務(wù)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電能質(zhì)量的指標(biāo)進(jìn)行分析，上傳監(jiān)測(cè)結(jié)果到Web服務(wù)器，用戶可通過(guò)瀏覽器查看監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量信息的共享。

　　2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　檢測(cè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)器層和用戶層，如圖1所示。數(shù)據(jù)層中，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀(Power Qualily Monitor，簡(jiǎn)稱PQM)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量的信息，通信服務(wù)器把這些信息傳到服務(wù)器層中的Web服務(wù)入口和數(shù)據(jù)庫(kù)入口，一些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)Web服務(wù)發(fā)布到UDDI注冊(cè)中心，用戶用JSP的方式調(diào)用此服務(wù)。在用戶層中，用戶通過(guò)瀏覽器獲取所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量指標(biāo)信息，并通過(guò)調(diào)用服務(wù)器查看數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史記錄。

　　3 系統(tǒng)功能

　　3.1 數(shù)據(jù)層

　　數(shù)據(jù)層主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。

　　安裝在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PQM是數(shù)據(jù)采集的硬件基礎(chǔ)。PQM性能、精度和可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要作用。由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在線實(shí)時(shí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此選用遠(yuǎn)程在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀。

　　在線監(jiān)測(cè)儀器適用于公共供電點(diǎn)電能質(zhì)量的連續(xù)監(jiān)測(cè)和多點(diǎn)監(jiān)測(cè)組成區(qū)域電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)，按照電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，利用電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)電網(wǎng)，連續(xù)收集、記錄和存儲(chǔ)電力系統(tǒng)電網(wǎng)的頻率偏差、電壓偏差、電壓波動(dòng)以及閃變、諧波、三相不平衡等穩(wěn)態(tài)信息，電壓跌落、電壓驟升和電壓中斷等暫態(tài)信息，具有和上一層通信相同的功能。

　　通信服務(wù)器完成數(shù)據(jù)傳輸。首先，系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)儀采樣獲得所需的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)儀，然后按照給定規(guī)約(如IEC101規(guī)約)把帶有時(shí)間標(biāo)簽的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)Socket方式實(shí)時(shí)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)入口。由于每個(gè)周期都需采樣，且必須滿足奈奎斯特定理，所以這些數(shù)據(jù)量十分龐大，要求帶寬高。

　　此外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)得到如實(shí)時(shí)電壓、頻率、電流、功率等參數(shù)，以及電壓偏差、頻率偏差、電壓凹陷等電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)按照自定義的規(guī)約打包，遵循TCP/IP協(xié)議，通過(guò)Socket方式實(shí)時(shí)上傳到Web服務(wù)入口和數(shù)據(jù)庫(kù)入口。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、諧波監(jiān)測(cè)等電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)一個(gè)基本記錄周期為3s，所以通信程序每隔3s上傳一次這些指標(biāo)。底層監(jiān)測(cè)儀采樣被監(jiān)測(cè)電壓電流等的有效值，并作為預(yù)處理值存儲(chǔ)。電壓、電流等數(shù)據(jù)以lmin作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元，將其預(yù)處理值的平均值代表被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)的實(shí)際運(yùn)行電壓，所以這些數(shù)據(jù)每1min上傳一次。因此，不同監(jiān)測(cè)結(jié)果其上傳時(shí)間間隔也不同。為了節(jié)省帶寬，只傳輸超標(biāo)時(shí)的電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)即可，這樣減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

　　3.2 服務(wù)器層

　　服務(wù)器層包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，用于存儲(chǔ)每天定時(shí)采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)管理電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)儀上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)分析程序處理后的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置信息，并為系統(tǒng)中的Web服務(wù)器、本地顯示等模塊提供數(shù)據(jù)檢索支持。

　　由于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀不僅上傳實(shí)時(shí)的電壓、電流等數(shù)據(jù)，而且還上傳電壓偏差等電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除了實(shí)時(shí)顯示，還必須要存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于波形數(shù)據(jù)，在沒(méi)有超標(biāo)的情況下，形成3s統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后波形數(shù)據(jù)可以刪除。當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)限值時(shí)，保留超標(biāo)時(shí)前3s的波形數(shù)據(jù)，供故障分析使用。由于數(shù)據(jù)庫(kù)分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，前者用于保存最近從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀上傳的原始數(shù)據(jù)信息以及必要的相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù);后者又分為原始數(shù)據(jù)和計(jì)算所得數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)量時(shí)間達(dá)到1min后，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)形成的分鐘數(shù)據(jù)傳送至歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。在分鐘數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上形成的小時(shí)數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)等都存儲(chǔ)于歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　Web應(yīng)用服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，采用Weblogic8.1作為Web應(yīng)用服務(wù)器，開發(fā)工具選用Jbuilder9作為開發(fā)平臺(tái)。由于Socket發(fā)送的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)按規(guī)約打包，所以接收端要對(duì)這些數(shù)據(jù)解包，提取電能質(zhì)量的有用信息，如三相電壓，電壓偏差量，站點(diǎn)信息以及指標(biāo)的測(cè)量時(shí)間等。把該解包功能封裝成Web服務(wù)，為部門調(diào)用提供標(biāo)準(zhǔn)接口。將已經(jīng)封裝好的Web服務(wù)布署到Web應(yīng)用服務(wù)器BEA Weblogic8.1上，并在BEA的UDDI注冊(cè)中心注冊(cè)。UDDI注冊(cè)中心不僅提供了發(fā)布Web服務(wù)的頁(yè)面，而且還提供了一個(gè)UDDI ClientAPI包，實(shí)現(xiàn)對(duì)UDDI注冊(cè)中心的動(dòng)態(tài)發(fā)布和查詢。用戶通過(guò)瀏覽器利用JSP方式，調(diào)用Web服務(wù)，獲取所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量指標(biāo)。

　　為了用戶更方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用Web技術(shù)，建立Web服務(wù)器。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)處理客戶機(jī)HTTP請(qǐng)求、下載電能質(zhì)量功能組件參數(shù)、加載數(shù)據(jù)等任務(wù)，提供遠(yuǎn)程頁(yè)面瀏覽服務(wù)。用戶可在任意地點(diǎn)、任意時(shí)間瀏覽網(wǎng)頁(yè)，訪問(wèn)Web服務(wù)器發(fā)布的基于Web形式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表展示、曲線展示.查看指定日期的電能質(zhì)量，隨時(shí)下載Word、Excel和文本等報(bào)表統(tǒng)計(jì)資料。