智能变电站继保故障录波大数据

智能变电站继保故障录波大数据 陶友杰 陈卫 陈德树陶友杰 陈卫 陈德树 华中科技大学电气与电子工程学院 Email taoyoujiehust 摘摘 要 要 智能变电站因其运行特点 对继保故障录波数据实时运行分析要求较高 智能变电站的高速 大带宽的组网技术能实现不同区网的继保故障录波数据全部入库数据云端进行分类索引共享 一种实 现方法是基于 Struts 结构的 WEB 模式服务器端故障录波分析软件 在线运行下的智能变电站故障录 波数据全部自动上传 同时在出现故障时 根据云端数据进行自动纵横比较 快速分析出结果 及时 处理故障 关键词 关键词 实时运行分析 数据库云端 WEB 数据共享 Big Data of Relay Fault Recording in Intelligent Substation TAO Youjie CHEN Wei CHEN Deshu Huazhong University of Science database cloud WEB data sharing 1 引言引言 智能变电站组网技术决定了大部分电力系统运 行数据能够实现实时上传和统计 这对于电力系统 的运行将会起到决定性的作用 传统的保护功能和 参数整定都会因为大数据的共享能够更快速的实现 同时 电力系统故障继电保护特点地域性特别强 其故障录波历史数据具有非常丰富的实际参考价值 而传统的继保故障录波分析软件重点偏向于单次分 析结果 原始数据会伴随着故障分析的结束而失去 价值 大部分数据会伴随分析的结束而丢失 实际 上故障录波数据作为故障分析和调度自动化的依据 具有非常重要的意义 这些原始的录波数据丢失对 电网本身是巨大的损失 也不利于电网的智能化发 展 智能变电站通讯技术的完善以及智能电网在电 力系统的推广促进了继保故障录波技术的快速发展 基于 Struts 结构的 WEB 的故障录波分析软件利用当 前完善的组网技术 旨在设计一款电力行业通用的 完全符合 IEC 标准的故障录波分析软件 它通过访 问服务器端的软件 即可通过移动设备或者 PC 实时 进行故障录波分析 同时 服务器端会自动把原始 数据存在客户的个人数据库中 根据客户的要求可 按照不同的类别进行分类处理 实现电力系统故障 录波数据的网络化共享 根据 IEC 标准 故障录波 统一采取了 COMTRADE 格式 这使大数据存储实 现了可能 分类保存的历史数据能够根据用户的基 本属性给出常见故障的提示 用户个人上传的所有 数据记录和原始数据都开放给用户 供其查阅 同 时整个服务器端的全部数据也会根据用户的权限让 用户可见 2 基于网络服务器端的继保故障录波软件基于网络服务器端的继保故障录波软件 2 1 软件框架结构软件框架结构 常见的如 windows linux 安卓 UCOS 等 都 可能成为用户使用故障分析软件的硬件平台 具有 强的兼容性和扩张性成了这种软件的首要特点 Web 作为当下最流行的开发技术 主要包括客户端技术 和服务端技术大类 Web 客户端的主要任务是展现 信息内容 MVC Model View Controller 是 WEB 的一种常见对设计模式 它强制性地把应用程序对 输入 处理和输出分开 即模型 视图 控制器三 个模块 在 JAVA 应用中 早期设计是数据和表示 层交织到一起 耦合度比较高 层次比较混乱 有 经验的设计人员会通过层序进行分离 但还是不能 完全分开 有些地方还必须得交织到一起 MVC 的出 现非常良好的解决了这一问题 不同的应用可以共 享同一个模块 而且模块只在底层进行设计初始化 MVC 模式执行过程大致如图 1 图图 1 MVC 框架图框架图 框架是软件设计的基础 针对 MVC 设计模式 Struts 技术提供了一种很不错的选择 它的最初设计 目的是基于 MVC 的 WEB 框架 其实质就是在 JSP Model2 的上实现了一个 MVC 框架 Struts 结构的最大的特点是完全把服务器端和后 台控制处理进行了有效的隔离 仅仅通过 Javascript 这种动态语言实现数据的传送 其整个过程如图 2 图图 2 Struts 执行图执行图 总结为用户发送请求 服务器通过请求类型进 进行筛选分类 选择合适的模型进行计算 在数据 库中进行分析对比 快速给出用户需要的数据分析 结果 而且由于其模型属于独立结构 请求和响应 可以同时进行 2 2 软件数据格式软件数据格式 通用的软件平台需要相同的协议标准 ComTrade 格式是标准电力系统暂态数据交换通用格 式 ComTrade 格式的数据文件 记录了电力系统或 电力系统模型采集到的暂态波形和事故数据 除了 使用专用的硬件仪器 故障录波仪 对数据文件进 行分析外 使用软件将 ComTrade 格式的数据文件以 波形的方式显示 分析也是一种较常见的分析方式 ComTrade 包括四个部分 标题文件 xxxx HDR 配置文件 xxxx CFG 数据文件 xxxx DAT 和 信息文件 xxxx INF ComTrade 定义的所有文件 都在 IEEE 标准电力系统暂态数据交换通用格式 Std C37 111 199l 或 Std C37 111 1999 版本中进行了诠释 国际通过的 ComTrade 格式给基于 WEB 的录波 分析软件提供了理论上绝对的可能性 只需通过在 算法上区分其格式及包含的信息 对单次录波数据 的分析操作 就计算结果来说 和传统的分析软件 或者设备具有一样的效果 只要服务器的响应速度 以及计算容量能够满足用户最大时刻的访问量 这 种分析软件是可以保证稳定运行的 这种格式也能 够实现软件智能保存全部的数据到数据库云端 2 3 软件特点软件特点 基于 WEB 的故障录波分析软件首先要满足网络 软件的基本要求 如提供实时响应 错误机制 应 急机制 遵守网络协议 遵守软件协议等 同时针 对其用户特点 该软件设置了用户权限一项 主要 是保证数据安全性 权限级别可按照要求分为几等 如权限一级为管理员 其权限主要为对软件所有资 源可见 同时对权限级别低的用户进行管理 但是 不能对数据库源数据进行操作 权限二级为固定用 户 其享有使用软件 查看指定范围数据等权限 权限三级为临时客户 仅仅拥有使用软件的权限 所以 可根据需要申请响应的用户权限 达到最优 的使用效果 要有良好的网络支撑 考虑到对分析结果的快 速响应 准确等需求 必须要保证数据传输过程流 畅稳定 数据接收过程准确无误 如果同一时刻用 户量较大 还会有资源稀缺 等待时间长问题 良 好的网络能确保大部分问题不会出现 也能在资源 紧张的时候得到服务器第一时间的响应 如果上传 的数据安全要求较高 可以通过备注或者上传设置 区域进行安全设置 服务器可以通过用户要求对数 据进行特别的处理 确保数据安全 3 继保故障录波大数据处理继保故障录波大数据处理 3 1 原始数据保存分类管理原始数据保存分类管理 每一次用户或者游客通过移动平台或者固定平 台接入之后 上传的数据全部自动上传到云端 并 且根据用户登记地点或者游客上网地点进行分类 可以设置的索引标签根据用户特点进行分析 比如 用户等级所属电网 地区编号等 索引标签也可设 置为数据特点 如上传数据录波时间 数据量大小 等 这样方便后期的查找引用 数据库是该软件系统的核心 其关键技术就是 要适应网络软件常见的高并发访问 必须保证在大 量用户使用的时候的稳定性 因为电网本身的一些 特殊性 所以该软件系统继承了电网系统运行的一 些特点 比如绝密性 自动性 人机结合紧密 区 分高峰低谷期等 这些属性都要在该软件数据库上 体现 数据库需要根据日常运行中点击最多的数据进 行自动分类排行 因为电网区域性特点很强 电网 本身一些常见的问题出现概率频繁 所以提供的类 似搜索排行榜能够让用户快速找到想要的数据 这 也是提出电网故障录波数据网络化的重要因素 3 2 用户根据权限等级使用数据云端数据用户根据权限等级使用数据云端数据 软件的使用区分用户和游客 用户还要区分多 个等级 既要保证用户的权益 也要保证数据库系 统中的数据绝对安全可靠 用户根据自己的等级 在可见的范围内使用数据库数据 数据库云端数据 必须根据用户的登录地点 登录次数及登录历史等 特点智能给出一些提示 类似于现在移动终端的软 件提醒 比如操作习惯 可能需要引用数据等 软 件智能性要在数据库管理和使用体验上体现 符合 电力系统智能化发展的大方向 用户自己根据个人习惯操作数据库 数据库设 置为人工操作和智能操作 人工操作为用户自己设 置定值 进行需要检测功能的分析计算 这样的操 作节省时间 通知目的性强 智能操作为登记客户 专有 游客无权访问 其操作特点是一键操作 点 击某个按键就能自动分析计算数据 这里面会进行 软件涉及到的所有功能计算 这种操作适用于一些 不太紧急的分析 同时如果用户本身不是很了解故 障录波分析功能本身的应用 也能提供一个合适的 平台 4 大数据的后台维护大数据的后台维护 当前网络的发达导致了软件必须具备绝对的可 扩展性和兼容性 这直接要求软件需要时刻根据用 户的反应实时进行完善 目前提出的是部分功能开 源 核心部分由软件运维人员完善 开源意味着需 要承担软件崩溃的风险 这就需要软件具有绝对的 抗干扰性和自我抵御能力 开源的部分可根据用户 权限等级提供更改平台 如果通过了规定测试 则 更新的功能能够直接写入软件 并更新软件版本 核心部分的更改涉及到软件稳定性 不轻易变更 但是需要周期性进行升级 以适应不同的需求 SN 平台的最主要功能就是提供用户之间的沟通 交流 方便用户能够吸取别人的经验快速得到分析 结果 并作出相关的决策 软件维护升级完善的灵 感主要来源于就是 SN 平台 软件的使用者有对软件 发展方向有绝对话语权 这符合所有系统的发展方 向 用户和游客在 SN 平台留下的观点和要求软件系 统都需要自动搜集分类保存 这也是数据库系统的 一部分 然后根据点击量排行 同时将结果送到数 据库后台 最终促进软件的发展 5 结束语结束语 电力系统数据网络化这是电网智能化发展的一 个趋势 特别是大数据的成熟以及电网互联等不可 抗拒因素 更是推动了电网系统数据网络化共享的 快速前进 电力系统因其地位的重要性 很多方面 需要特别的考虑 从某种程度上 这导致了电网在 推进网络化 大数据化难以在近期实现的原因 这 不符合未来电网的发展方向 本文提出的由故障录波数据作为切入点 实现 电力系统数据网络化共享是一个很好的尝试 继保 故障录波作为电力系统最不可或缺的一个功能 本 身不涉及电网的机密 同时其录波的平台 使用的 数据格式 都非常符合电网数据的网络化要求 基 于 WEB 故障录波软件就是为了实现电网数据网络化 共享的一个重要途径 未来的智能化电网是一个非 常庞大的系统 其产生的海量数据的作用将会更大 网络化共享会更快实现 致致 谢谢 感谢在论文撰写中导师陈卫老师给出的悉心指 点 许多建设性的意见让论文得以顺利完成 课题 组陈德树教授也时常关心 结合当前电力系统运行 特点给出了文章所述观点的合理性 提出了很多切 合实际的修改方法 还有课题组其他老师和实验室 师兄师姐 也都非常关心论文的进展 很多人都在 论文制作中提供了无私的帮助和指导 在此一并表 示感谢 参考文献参考文献 1 王曙霞 陈茂慧 面向电力大数据分布式云存储的性 能分析和优化 J 电气应用 2015 06 26 28 2 高丹丹 基于 NoSQL 的电力系统大数据管理 J 科 技创新导报 2014 22 13 56 59 3 李俊刚 丁辉等 故障录波装置中 IEC61850 标准的 研究和应用 J 电力系统保护与控制 2010 08 34 38 4 罗毅 分布式故障录波系统 J 电力系统自动化 2001 25 10 40 44 5 孙卫琴 精通 Struts 基于 MVC