基于Web服務的電能質量監(jiān)測系統的研究

　　引言

　　隨著經濟發(fā)展和社會進步，電能質量已成為一項重要的研究課題。隨著非線性負荷不斷增加，導致各種電能量質量問題不斷增多。此外，暫態(tài)電能質量問題也明顯突出，如電壓跌落、驟升、短時斷電等現象經常發(fā)生，給用戶帶來極大損失。只有及時有效地監(jiān)測電能質量，才能為改善電能質量、協調供用電雙方和規(guī)范供用電市場提供真實依據，以便采取有效地解決措施。

　　傳統的監(jiān)測分析手段，存在諸多不足且已不能滿足當前系統需要，此外由于監(jiān)測系統建設時間、選擇廠家、開發(fā)語言、布署平臺等不相同，因此通訊協議和對外交換的數據格式可能存在巨大差異;各子系統數據冗余，數據流通效率低，形成“信息孤島”。因此就有必要建立網絡化監(jiān)測系統。由于Web服務具有語言獨立、跨平臺、跨地域、信息傳輸快捷和良好的封裝性等特點，可有效消除“信息孤島”現象。將Web服務與電能質量監(jiān)測相結合，設計了一種基于Web服務的電能質量監(jiān)測系統，對電能質量的指標進行分析，上傳監(jiān)測結果到Web服務器，用戶可通過瀏覽器查看監(jiān)測結果，及時發(fā)現電能質量問題，實現電能質量信息的共享。

　　2 監(jiān)測系統

　　檢測系統分為數據層、服務器層和用戶層，如圖1所示。數據層中，電能質量監(jiān)測儀(Power Qualily Monitor，簡稱PQM)獲取監(jiān)測數據和電能質量的信息，通信服務器把這些信息傳到服務器層中的Web服務入口和數據庫入口，一些實時數據和監(jiān)測結果通過Web服務發(fā)布到UDDI注冊中心，用戶用JSP的方式調用此服務。在用戶層中，用戶通過瀏覽器獲取所需的實時數據及監(jiān)測電能質量指標信息，并通過調用服務器查看數據庫的歷史記錄。

　　3 系統功能

　　3.1 數據層

　　數據層主要包括數據采集和數據傳輸。

　　安裝在監(jiān)測點的PQM是數據采集的硬件基礎。PQM性能、精度和可靠性對整個系統具有重要作用。由于該系統設計是在線實時電能質量監(jiān)測系統，因此選用遠程在線電能質量監(jiān)測儀。

　　在線監(jiān)測儀器適用于公共供電點電能質量的連續(xù)監(jiān)測和多點監(jiān)測組成區(qū)域電能質量監(jiān)測網，按照電能質量國家標準，利用電能質量在線監(jiān)測設備在線監(jiān)測電力系統電網，連續(xù)收集、記錄和存儲電力系統電網的頻率偏差、電壓偏差、電壓波動以及閃變、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。

　　通信服務器完成數據傳輸。首先，系統通過監(jiān)測儀采樣獲得所需的監(jiān)測數據，以數據文件形式存儲于監(jiān)測儀，然后按照給定規(guī)約(如IEC101規(guī)約)把帶有時間標簽的采樣數據通過Socket方式實時上傳到數據庫入口。由于每個周期都需采樣，且必須滿足奈奎斯特定理，所以這些數據量十分龐大，要求帶寬高。

　　此外，現場監(jiān)測儀監(jiān)測得到如實時電壓、頻率、電流、功率等參數，以及電壓偏差、頻率偏差、電壓凹陷等電能質量指標數據，將這些數據按照自定義的規(guī)約打包，遵循TCP/IP協議，通過Socket方式實時上傳到Web服務入口和數據庫入口。根據國家標準，電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、諧波監(jiān)測等電能質量指標數據一個基本記錄周期為3s，所以通信程序每隔3s上傳一次這些指標。底層監(jiān)測儀采樣被監(jiān)測電壓電流等的有效值，并作為預處理值存儲。電壓、電流等數據以lmin作為一個統計單元，將其預處理值的平均值代表被監(jiān)測系統及時的實際運行電壓，所以這些數據每1min上傳一次。因此，不同監(jiān)測結果其上傳時間間隔也不同。為了節(jié)省帶寬，只傳輸超標時的電能質量指標數據即可，這樣減少了傳輸的數據量。

　　3.2 服務器層

　　服務器層包括數據庫服務器、Web應用服務器和Web服務器。

　　數據庫服務器是電能質量監(jiān)測系統的核心部分，用于存儲每天定時采集各監(jiān)測點的數據，以及存儲管理電能質量在線監(jiān)測系統中各個站點監(jiān)測儀上傳的監(jiān)測數據、數據庫統計分析程序處理后的數據，系統配置信息，并為系統中的Web服務器、本地顯示等模塊提供數據檢索支持。

　　由于電能質量監(jiān)測儀不僅上傳實時的電壓、電流等數據，而且還上傳電壓偏差等電能質量指標數據，這些數據除了實時顯示，還必須要存入數據庫，以備統計分析。對于波形數據，在沒有超標的情況下，形成3s統計數據后波形數據可以刪除。當數據超過限值時，保留超標時前3s的波形數據，供故障分析使用。由于數據庫分為實時數據庫和歷史數據庫，前者用于保存最近從現場監(jiān)測儀上傳的原始數據信息以及必要的相關計算數據;后者又分為原始數據和計算所得數據。當測量時間達到1min后，實時數據庫形成的分鐘數據傳送至歷史數據庫。在分鐘數據的基礎上形成的小時數據、月數據等都存儲于歷史數據庫。

　　Web應用服務器是整個系統的核心，采用Weblogic8.1作為Web應用服務器，開發(fā)工具選用Jbuilder9作為開發(fā)平臺。由于Socket發(fā)送的電能質量數據按規(guī)約打包，所以接收端要對這些數據解包，提取電能質量的有用信息，如三相電壓，電壓偏差量，站點信息以及指標的測量時間等。把該解包功能封裝成Web服務，為部門調用提供標準接口。將已經封裝好的Web服務布署到Web應用服務器BEA Weblogic8.1上，并在BEA的UDDI注冊中心注冊。UDDI注冊中心不僅提供了發(fā)布Web服務的頁面，而且還提供了一個UDDI ClientAPI包，實現對UDDI注冊中心的動態(tài)發(fā)布和查詢。用戶通過瀏覽器利用JSP方式，調用Web服務，獲取所需的實時數據和電能質量指標。

　　為了用戶更方便實現數據的遠程實時查看，該電能質量監(jiān)測系統采用Web技術，建立Web服務器。Web服務器負責處理客戶機HTTP請求、下載電能質量功能組件參數、加載數據等任務，提供遠程頁面瀏覽服務。用戶可在任意地點、任意時間瀏覽網頁，訪問Web服務器發(fā)布的基于Web形式的實時數據查詢、數據分析、報表展示、曲線展示.查看指定日期的電能質量，隨時下載Word、Excel和文本等報表統計資料。