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

引言
    隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，電能質(zhì)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(zhì)量問題不斷增多。此外，暫態(tài)電能質(zhì)量問題也明顯突出，如電壓跌落、驟升、短時斷電等現(xiàn)象經(jīng)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(zhì)量，才能為改善電能質(zhì)量、協(xié)調(diào)供用電雙方和規(guī)范供用電市場提供真實依據(jù)，以便采取有效地解決措施。
    傳統(tǒng)的監(jiān)測分析手段，存在諸多不足且已不能滿足當前系統(tǒng)需要，此外由于監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)時間、選擇廠家、開發(fā)語言、布署平臺等不相同，因此通訊協(xié)議和對外交換的數(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)測系統(tǒng)。由于Web服務(wù)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(xiàn)象。將Web服務(wù)與電能質(zhì)量監(jiān)測相結(jié)合，設(shè)計了一種基于Web服務(wù)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，對電能質(zhì)量的指標進行分析，上傳監(jiān)測結(jié)果到Web服務(wù)器，用戶可通過瀏覽器查看監(jiān)測結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，實現(xiàn)電能質(zhì)量信息的共享。

2 監(jiān)測系統(tǒng)
    檢測系統(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)測儀(Power Qualily Monitor，簡稱PQM)獲取監(jiān)測數(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)庫入口，一些實時數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)果通過Web服務(wù)發(fā)布到UDDI注冊中心，用戶用JSP的方式調(diào)用此服務(wù)。在用戶層中，用戶通過瀏覽器獲取所需的實時數(shù)據(jù)及監(jiān)測電能質(zhì)量指標信息，并通過調(diào)用服務(wù)器查看數(shù)據(jù)庫的歷史記錄。

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)測點的PQM是數(shù)據(jù)采集的硬件基礎(chǔ)。PQM性能、精度和可靠性對整個系統(tǒng)具有重要作用。由于該系統(tǒng)設(shè)計是在線實時電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，因此選用遠程在線電能質(zhì)量監(jiān)測儀。
    在線監(jiān)測儀器適用于公共供電點電能質(zhì)量的連續(xù)監(jiān)測和多點監(jiān)測組成區(qū)域電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)，按照電能質(zhì)量國家標準，利用電能質(zhì)量在線監(jiān)測設(shè)備在線監(jiān)測電力系統(tǒng)電網(wǎng)，連續(xù)收集、記錄和存儲電力系統(tǒng)電網(wǎng)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(wù)器完成數(shù)據(jù)傳輸。首先，系統(tǒng)通過監(jiān)測儀采樣獲得所需的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通過Socket方式實時上傳到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量十分龐大，要求帶寬高。
    此外，現(xiàn)場監(jiān)測儀監(jiān)測得到如實時電壓、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Socket方式實時上傳到Web服務(wù)入口和數(shù)據(jù)庫入口。根據(jù)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(zhì)量指標數(shù)據(jù)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(yù)處理值存儲。電壓、電流等數(shù)據(jù)以lmin作為一個統(tǒng)計單元，將其預(yù)處理值的平均值代表被監(jiān)測系統(tǒng)及時的實際運行電壓，所以這些數(shù)據(jù)每1min上傳一次。因此，不同監(jiān)測結(jié)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(zhì)量指標數(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)庫服務(wù)器、Web應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器。
    數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，用于存儲每天定時采集各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，以及存儲管理電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)中各個站點監(jiān)測儀上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計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)測儀不僅上傳實時的電壓、電流等數(shù)據(jù)，而且還上傳電壓偏差等電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除了實時顯示，還必須要存入數(shù)據(jù)庫，以備統(tǒng)計分析。對于波形數(shù)據(jù)，在沒有超標的情況下，形成3s統(tǒng)計數(shù)據(jù)后波形數(shù)據(jù)可以刪除。當數(shù)據(jù)超過限值時，保留超標時前3s的波形數(shù)據(jù)，供故障分析使用。由于數(shù)據(jù)庫分為實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，前者用于保存最近從現(xiàn)場監(jiān)測儀上傳的原始數(shù)據(jù)信息以及必要的相關(guān)計算數(shù)據(jù)；后者又分為原始數(shù)據(jù)和計算所得數(shù)據(jù)。當測量時間達到1min后，實時數(shù)據(jù)庫形成的分鐘數(shù)據(jù)傳送至歷史數(shù)據(jù)庫。在分鐘數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上形成的小時數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)等都存儲于歷史數(shù)據(jù)庫。
    Web應(yīng)用服務(wù)器是整個系統(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。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，站點信息以及指標的測量時間等。把該解包功能封裝成Web服務(wù)，為部門調(diào)用提供標準接口。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注冊中心注冊。UDDI注冊中心不僅提供了發(fā)布Web服務(wù)的頁面，而且還提供了一個UDDI ClientAPI包，實現(xiàn)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(diào)用Web服務(wù)，獲取所需的實時數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量指標。
    為了用戶更方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程實時查看，該電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)采用Web技術(shù)，建立Web服務(wù)器。Web服務(wù)器負責處理客戶機HTTP請求、下載電能質(zhì)量功能組件參數(shù)、加載數(shù)據(jù)等任務(wù)，提供遠程頁面瀏覽服務(wù)。用戶可在任意地點、任意時間瀏覽網(wǎng)頁，訪問Web服務(wù)器發(fā)布的基于Web形式的實時數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、報表展示、曲線展示．查看指定日期的電能質(zhì)量，隨時下載Word、Excel和文本等報表統(tǒng)計資料。
3．3 用戶層
    使用MVC模式制作監(jiān)測系統(tǒng)的用戶界面，通過JSP語言調(diào)用已發(fā)布的服務(wù)，在瀏覽器中呈現(xiàn)給用戶，用戶即可查看。按照規(guī)定的間隔實時刷新頁面，這樣就達到數(shù)據(jù)查看的實時性。該監(jiān)測系統(tǒng)由在線實時數(shù)據(jù)、PQ事件實時監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量報表輸出組成。
    (1)在線實時數(shù)據(jù)用戶查看實時電壓、電流、頻率和功率，實時掌握監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。
    (2)PQ事件實時監(jiān)測 顯示電能質(zhì)量指標的實時狀況。用戶查看電壓偏差、電網(wǎng)諧波、電壓波動和閃變、三相允許不平衡度、頻率偏差和暫時過電壓和瞬時過電壓等電能質(zhì)量指標的實時數(shù)據(jù)。
    (3)歷史數(shù)據(jù)查詢 用戶查看數(shù)據(jù)庫中存儲的歷史數(shù)據(jù)、歷史PQ事件，并能重新分析歷史數(shù)據(jù)，查看分析結(jié)果。
    (4)統(tǒng)計數(shù)據(jù) 顯示統(tǒng)計的電壓、頻率、功率變化曲線，以及電能質(zhì)量事件的統(tǒng)計結(jié)果。
    (5)電能質(zhì)量報表輸出 用戶查看并下載電能質(zhì)量的年報表、月報表和日報表。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)
4．1 電能質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸
    由于處理遠程終端采集的實時數(shù)據(jù)，所以涉及電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的收發(fā)。該系統(tǒng)在TCE／IP協(xié)議的基礎(chǔ)上利用Socket傳輸，服務(wù)器端負責數(shù)據(jù)存儲、維護、管理以及打包、傳遞。用Java語句建立服務(wù)器端的Socket：

    而建立客戶端Socket時需要指定欲連接服務(wù)器端的主機名稱(或IP地址)及通信端口；

    當服務(wù)器端檢測到客戶端的連接請求時，則接收此請求并建立客戶端Socket，該Socket將作為客戶端連接及后續(xù)處理發(fā)送接收數(shù)據(jù)的依據(jù)，將打包數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，客戶端接收服務(wù)器端返回的執(zhí)行結(jié)果或錯誤信息，解包數(shù)據(jù)，并以特定格式顯示，從而完成服務(wù)器端與客戶端的Socket通信。
4．2 Web服務(wù)的制作
    在客戶端解包發(fā)送來的數(shù)據(jù)，提取有用的電能質(zhì)量信息數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)的拆包功能封裝成Web服務(wù)，為部門的調(diào)用提供標準的接口。采用Weblogic8．1，以電壓偏差為例，制作好Web服務(wù)。把這些制作好的服務(wù)到UDDI注冊中心注冊。調(diào)度、維護等部門用戶通過JSP方式，調(diào)用Web服務(wù)，獲取所需的實時電能質(zhì)量信息。
4．3 Web服務(wù)的調(diào)用
    采用JSP調(diào)用制作好的服務(wù)，用戶就可方便地查看實時數(shù)據(jù)。JSP調(diào)用Web服務(wù)的主要語句：

    由于電能質(zhì)量指標每隔3s上傳一次，所以該語句設(shè)置的刷新間隔也為3s。調(diào)用成功的Web服務(wù)如圖2所示。

5 結(jié)語
    將Web服務(wù)與電能質(zhì)量監(jiān)測相結(jié)合，設(shè)計了一種電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，利用Web服務(wù)構(gòu)建與開發(fā)語言、平臺無關(guān)的電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有資源，節(jié)省開支并及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量遠程、實時、直觀地監(jiān)測和分析。由于Web服務(wù)技術(shù)使用基于XML的SOAP協(xié)議表示數(shù)據(jù)和調(diào)用請求，用HTTP傳遞XML格式數(shù)據(jù)，不會遭防火墻關(guān)閉，保證通信暢通，因此在實際應(yīng)用中將Web服務(wù)和電能質(zhì)量監(jiān)測相結(jié)合能及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，從而實現(xiàn)信息共享，滿足網(wǎng)絡(luò)化電能質(zhì)量監(jiān)測需求。