郭宏燕　龔東武　萬(wàn)煜新　王龍閣　陳曉民

（許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌　461000）

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變電設(shè)備狀態(tài)接入控制器的Web系統(tǒng)

郭宏燕龔東武萬(wàn)煜新王龍閣陳曉民

（許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌461000）

摘要為了解決變電站內(nèi)多套在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息標(biāo)準(zhǔn)化程度低、無(wú)法遠(yuǎn)程管理的問(wèn)題，本文提出了一種變電設(shè)備狀態(tài)接入控制器Web系統(tǒng)解決方案，給出了該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基于J2EE平臺(tái)和AJAX相關(guān)技術(shù)，開發(fā)了具有跨平臺(tái)特性的Web服務(wù)器控件，并對(duì)系統(tǒng)模型、用戶管理、趨勢(shì)曲線、故障診斷等功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)闡述和分析。通過(guò)測(cè)試與應(yīng)用，證明了該系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)；狀態(tài)接入控制器；J2EE；AJAX；Web

隨著智能電網(wǎng)蓬勃發(fā)展，各種變電設(shè)備不斷增加，為了準(zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性故障或缺陷，迫切需要采用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)及時(shí)獲取設(shè)備狀態(tài)信息。然而由于在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史原因，狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同狀態(tài)監(jiān)測(cè)類型和廠家自成一體，形成從前端到后臺(tái)的條線型部署格局。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法集成，僅能在站內(nèi)查看，難以在主站層對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)籌分析診斷，綜合應(yīng)用問(wèn)題突出。

狀態(tài)接入控制器（Condition Information Acquisition Controller，CAC）[1]是智能變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置[2-3]，是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中承上啟下的重要一環(huán)。在變電站中引入CAC，統(tǒng)一了信息模型和通信規(guī)約，有利于站內(nèi)數(shù)據(jù)資源整合以及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化信息的上傳下達(dá)，有效解決了目前變電站內(nèi)監(jiān)測(cè)裝置類型多、廠家多、功能重復(fù)、數(shù)據(jù)無(wú)法共享等問(wèn)題，其Web系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程管理和故障診斷，為設(shè)備智能化、信息化提供了技術(shù)支撐。

1　變電設(shè)備狀態(tài)接入控制器Web系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1是智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為網(wǎng)省側(cè)主站系統(tǒng)和站內(nèi)部分。將狀態(tài)接入網(wǎng)關(guān)機(jī)（Condition Information Acquisition Gateway，CAG）部署在網(wǎng)省側(cè)主站系統(tǒng)，接收CAC發(fā)送到主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。站內(nèi)部分，采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，分為過(guò)程層、間隔層和站控層[2]。CAC安裝在站控層，以變電站為監(jiān)測(cè)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)整個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制及變電設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的匯集存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。綜合監(jiān)測(cè)單元（Comprehensive Monitoring Unit，CMU）部署在間隔層，接收并處理狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與CAC的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信[4]。CAC布置在電力安全Ⅱ區(qū)，PMS設(shè)備管理客戶端布置于電力公司局域網(wǎng)，屬電力安全Ⅲ區(qū)，為了強(qiáng)化安全區(qū)之間的隔離，使各安全區(qū)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)得到有效的保護(hù)，CAC的Web服務(wù)器與電力公司局域網(wǎng)之間采用硬件防火墻進(jìn)行隔離，從物理上保證了系統(tǒng)的安全。將Web服務(wù)器引入現(xiàn)場(chǎng)CAC裝置中進(jìn)行Web發(fā)布，結(jié)合了Web技術(shù)的開放性、標(biāo)準(zhǔn)性、獨(dú)立性和嵌入式技術(shù)的高可靠性，為高效線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息化、智能化提供了一種良好的解決方案。

圖1　基于狀態(tài)接入控制器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

1.2系統(tǒng)軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)采用目前業(yè)界主流的Java開發(fā)體系Struts+Spring+Hibernate實(shí)現(xiàn)B/S瘦客戶機(jī)模式。從圖2可以看出，系統(tǒng)架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層構(gòu)成。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層借助開源框架Hibernate對(duì)JDBC進(jìn)行輕量級(jí)的對(duì)象封裝；業(yè)務(wù)邏輯層使用Spring實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)組件的組裝關(guān)聯(lián)與管理，通過(guò)IoC、AOP的應(yīng)用最大限度地降低業(yè)務(wù)組件之間的耦合度；表示層使用Struts框架把Servlet、JSP、自定義標(biāo)簽和信息資源整合到一起，系統(tǒng)開發(fā)時(shí)不用再自己編碼實(shí)現(xiàn)全套MVC模式，極大的節(jié)省了時(shí)間。

圖2　軟件架構(gòu)圖

業(yè)務(wù)流程調(diào)用框架過(guò)程如下：

1）AJAX引擎把用戶瀏覽器HTTP 請(qǐng)求以異步方式發(fā)送給JSP，JSP頁(yè)面實(shí)現(xiàn)交互界面，負(fù)責(zé)傳遞請(qǐng)求和接受響應(yīng)，JSP將處理后的結(jié)果經(jīng)AJAX引擎以返回到客戶的瀏覽器中，在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下，對(duì)網(wǎng)頁(yè)的某部分進(jìn)行更新，大大提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度[5]。

2）表示層Struts，根據(jù)Struts Action接受到的ActionForm，委派相應(yīng)的Action。

3）業(yè)務(wù)邏輯層，管理服務(wù)組件的Spring IoC容器負(fù)責(zé)向Action 提供業(yè)務(wù)模型組件和該組件的協(xié)作對(duì)象數(shù)據(jù)處理（DAO）組件完成業(yè)務(wù)邏輯[6]，并提供事務(wù)處理、緩沖池等容器組件，提升系統(tǒng)性能，保證數(shù)據(jù)完整性。

4）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層依賴于Hibernate的對(duì)象化映射和數(shù)據(jù)庫(kù)交互以處理DAO組件請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，并返回處理結(jié)果。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)能夠?qū)Π儔浩鳎ㄓ蜕V、局放、鐵心、風(fēng)機(jī)、油泵）、容性設(shè)備（主變套管、電流互感器CT、電壓互感器CVT、耦合電容器OY）、氧化鋅避雷器 MOA、高壓斷路器、高壓組合電器GIS、蓄電池，隔離開關(guān)等主要變電設(shè)備類型的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及CAC及監(jiān)測(cè)裝置工況進(jìn)行展示，能夠以一定的存儲(chǔ)策略對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并具備遠(yuǎn)程管理功能。系統(tǒng)功能如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)操作系統(tǒng)采用Linux（red hat enterprise 5.4），業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL 5.0數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型部分用Java語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，表示層選用Struts 2框架，業(yè)務(wù)邏輯層選用Spring 3.2.3，數(shù)據(jù)庫(kù)操作部分選用Hibernate 3.0，動(dòng)態(tài)頁(yè)面設(shè)計(jì)選用JSP2.3。開發(fā)環(huán)境為NetBeans IDE 7.4。由于設(shè)計(jì)模塊繁多，本文只介紹部分功能模塊。

1）架構(gòu)搭建

系統(tǒng)架構(gòu)搭建過(guò)程如下：①在所建cacweb項(xiàng)目下導(dǎo)入Struts、Spring和Hibernate所需的包；②在src目錄下新建包c(diǎn)acdomain、cacdao、cacservice、cacaction、cacweb等包，并編制業(yè)務(wù)相關(guān)*.java文件；③在WEB-INF目錄下web.xml下配置；④在WEB-INF目錄下新建文件applicationContext.xml，進(jìn)行配置；⑤在src目錄下新建struts.xml文件，進(jìn)行配置；⑥在WEB-INF目錄下新建actionservlet.xml進(jìn)行配置；⑦在WEB-INF目錄下新建service.xml；⑧在WEB-INF目錄下建立transaction.xml文件；⑨在Web/JSP目錄下創(chuàng)建業(yè)務(wù)相關(guān)*.jsp文件。

2）系統(tǒng)模型模塊

該模塊對(duì)整個(gè)變電站中接入控制器的在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行管理，以設(shè)備樹的形式展示在線監(jiān)測(cè)相關(guān)的LD和LN。通過(guò)操作設(shè)備樹上的邏輯節(jié)點(diǎn)來(lái)查看監(jiān)測(cè)裝置上傳的遙測(cè)、遙信點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ID編號(hào)、名稱和參引信息。設(shè)備樹初始化流程圖如圖4所示。

圖4　設(shè)備樹初始化流程圖

3）用戶管理

為了保證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息安全，該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶的統(tǒng)一管理。提供用戶登錄界面，利用login.jsp獲取客戶端用戶的登錄信息并進(jìn)行登錄控制。對(duì)于管理員和一般權(quán)限用戶進(jìn)行明確分工與管理。管理員擁有用戶增、刪、改，用戶權(quán)限分配，以及信息瀏覽、數(shù)據(jù)管理等所有權(quán)限，一般用戶只能在管理員分配的權(quán)限范圍內(nèi)，進(jìn)行信息瀏覽和操作，只能對(duì)自身的密碼進(jìn)行修改。用戶管理界面能夠?qū)τ脩粜畔凑毡砀裥问椒猪?yè)顯示，以u(píng)sermanage.jsp為入口，依次調(diào)用User Manage Controller.java、Users Service.java、Users Dao.java、Users.java中相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互。數(shù)據(jù)流程如圖5所示。

圖5　用戶數(shù)據(jù)流程圖

4）歷史趨勢(shì)

該模塊提供了以曲線形式展示在線監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)的功能。系統(tǒng)以用戶選擇的設(shè)備樹上的邏輯節(jié)點(diǎn)、所選時(shí)間區(qū)間為查詢條件，以趨勢(shì)曲線的方式展示所選設(shè)備監(jiān)測(cè)參數(shù)的趨勢(shì)變化。通過(guò)圖例操作可以屏蔽和開放所選曲線的顯示，具有曲線放大、縮小、移動(dòng)和打印功能，曲線可保存為.png、.jpg格式圖片。該模塊采用DHTMLX對(duì)設(shè)備樹進(jìn)行設(shè)計(jì)、采用Highcharts對(duì)曲線進(jìn)行繪制，大大提高了系統(tǒng)的兼容性。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)界面如圖6所示。

圖6　趨勢(shì)曲線圖

5）故障診斷

本模塊針對(duì)變壓器油色譜進(jìn)行故障診斷[4]，對(duì)于CAC采集的變壓器油中溶解氣體各組分含量進(jìn)行分析，當(dāng)H2、C2H2和總烴其中之一參量超標(biāo)時(shí)，采用大衛(wèi)三角形法和立方圖法對(duì)于所選變壓器歷史庫(kù)中最新的色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷。兩種方法相互參照，綜合考量，對(duì)算法盲區(qū)進(jìn)行修正，將診斷結(jié)果以匯點(diǎn)和文字描述的方式展示出來(lái)。取一組現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)：H2：46.60×10?6，CH4：23.24×10?6，C2H2：54.09×10?6，C2H4：20.29×10?6，C2H6：4.37×10?6，大衛(wèi)三角形和立方圖診斷結(jié)果均為低能放電，由此認(rèn)定系統(tǒng)故障為低能放電。診斷界面如圖7和圖8所示。

圖7　大衛(wèi)三角形診斷

圖8　立方圖診斷

3　系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試選擇一個(gè)220kV變電站，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按最完備的監(jiān)測(cè)量考慮，監(jiān)測(cè)設(shè)備本體包括3臺(tái)240MVA變壓器、10個(gè)220kV GIS間隔、20個(gè)110kV GIS間隔、10面10kV開關(guān)柜及30只高壓避雷器[7]，共計(jì)1050個(gè)測(cè)點(diǎn)。歷史數(shù)據(jù)按5min存儲(chǔ)間隔，存儲(chǔ)一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行庫(kù)容量模擬。我們使用測(cè)試軟件LoadRunner對(duì)系統(tǒng)的壓力和負(fù)載能力進(jìn)行測(cè)試，模擬100個(gè)客戶端瀏覽器同時(shí)訪問(wèn)系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)速度在3s以內(nèi)，系統(tǒng)CPU使用率未超過(guò)30%、網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷率未超過(guò)20%，均滿足設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)論

基于變電設(shè)備狀態(tài)接入控制器，采用Struts+ Spring+Hibernate框架，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程Web發(fā)布和管理，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的測(cè)試和試運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。

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郭宏燕（1985-），女，河南省許昌市人，本科，主要從事變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品研發(fā)工作。

Web System of Condition Information Acquisition Controller for Substation Equipment

Guo HongyanGong DongwuWan YuxinWang LonggeChen Xiaomin (XJ Group Corporation, Xuchang, He’nan461000)

Abstract To solve the issues that multiple sets of online monitoring system in substation has low standard information degree and cannot be managed remotely, this paper proposes a web system solutions of condition information acquisition controller, presented the system structure of this scheme, based on J2EE and Ajax technology developed a lot cross platform component, elaborates and analyze the function module of system model, user management, trend curve, fault diagnosis,etc. The feasibility of the system is proved by testing and application.

Keywords：on-line monitoring;condition information acquisition controller; J2EE; AJAX; Web

作者簡(jiǎn)介