基于WEB的電能質量監(jiān)測裝置智慧運維管理

陳國平，孟金棒，馬蓮，唐興勇，岑寶儀

(1.國網(wǎng)宿州供電公司，安徽宿州，234003;2.深圳市中電電力技術股份有限公司，廣東深圳,518000）

0 引言

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司諧波管理規(guī)定》及電能質量相關標準和規(guī)范，國網(wǎng)公司及各省公司已逐步建成電網(wǎng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)，并定期開展電能質量評估、監(jiān)測、分析、預警等過程管理工作。電網(wǎng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)（諧波系統(tǒng)）主要圍繞220kV及以上主要母線和風電、光伏等新能源發(fā)電廠站、電氣化鐵路等干擾源負荷開展在線監(jiān)測。諧波系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來源安裝在各變電站的電能質量在線監(jiān)測裝置（以下簡稱裝置），國網(wǎng)公司對其在線率、數(shù)據(jù)完整率有明確的高要求，同時其數(shù)據(jù)準確性亦直接影響公司的過程管理工作。

裝置的運維往往需要安排專人至裝置現(xiàn)場排查處理。變電站分布廣泛且進入申請流程繁瑣，使得裝置的運維工作耗時耗力，遇到批量裝置異常時，更是顯得效率低下。針對這問題，部分廠家提供了專用的管理客戶端，但此類客戶端主要是面向廠家內部研發(fā)人員，人機交互界面不夠友好，操作使用相對繁瑣，且配置參數(shù)繁多，導致出現(xiàn)錯誤配置較難后被發(fā)現(xiàn)，后期運維工作存在諸多不便。

針對以上問題，本文從運維人員的角度出發(fā)，梳理裝置運維內容，提出基于WEB功能的裝置管理方法，即在裝置上配備WEB功能以實現(xiàn)遠程運維，在系統(tǒng)主站服務器端或其他與裝置通信的設備通過瀏覽器登錄裝置WEB便可獲取電能質量指標實時數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、核查信息、更改配置等，操作簡便，可減少人力物力的投入，保證數(shù)據(jù)完整率、準確性。

另近年來網(wǎng)絡安全形勢日益嚴峻，而電網(wǎng)是現(xiàn)代社會的關鍵性基礎設施，作為電網(wǎng)數(shù)采集的電能裝置的信息安全問題不容忽視[1-2]。故在裝置WEB的設計上，還要要考慮到信息安全保護。為了讓運維人員及時、完整的掌握終端和監(jiān)測數(shù)據(jù)關鍵信息設計了基于郵件推送裝置事件的功能。

1 裝置的運維內容梳理

裝置的運維目標是保證其數(shù)據(jù)完整、準確。影響這些指標的常見因素包括：主站與裝置的通信鏈路故障、裝置硬件故障、配置錯誤。主站與裝置的通信鏈路、裝置硬件都較容易診斷，直接表現(xiàn)為裝置掉線或網(wǎng)絡通，但無上傳數(shù)據(jù)傳，除防火墻策略問題外，一般通過維護人員至現(xiàn)場進行模塊更換解決。而裝置內部設置錯誤最難定位，需結合裝置內部設置與采集的數(shù)據(jù)進行分析。目前實際運維過程中，運維人員由于缺乏對電能裝置運維的便捷工具，導致在這類問題的排查上耗費大量時間。

總的來說，運維人員主要通過關心以下3大類數(shù)據(jù)或參數(shù)，對裝置進行運維管理工作。

(1)裝置的采集數(shù)據(jù)

涉及電能質量穩(wěn)態(tài)實時數(shù)據(jù)、電能質量穩(wěn)態(tài)定時記錄、電能質量暫態(tài)事件記錄及波形。

(2)裝置基本設置

涉及接線參數(shù)、額定參數(shù)、通信參數(shù)、時間設置、裝置版本。其中，裝置版本設置包括硬件版本、固件版本、規(guī)約模型版本。

(3)裝置采集設置

涉及電能質量監(jiān)測設置和監(jiān)測記錄設置。電能質量事件監(jiān)測設置參數(shù)包括暫態(tài)電壓、瞬態(tài)過電壓、快速電壓變動、沖擊電流、突變量、閃變監(jiān)測設置參數(shù)和電壓偏差上下限、頻率偏差上下限、長時閃變限值參數(shù)。監(jiān)測記錄設置包括波形記錄參數(shù)、統(tǒng)計定時記錄參數(shù)、最值記錄參數(shù)、PQDIF記錄參數(shù)。

2 電能裝置的WEB功能設計

2.1 電能裝置WEB業(yè)務功能設計

針對運維人員的工作需求，裝置的WEB應實現(xiàn)電能裝置的數(shù)據(jù)查詢、分析功能以及裝置各項參數(shù)查詢、整定、修改的管理功能，幫助運維及管理人員迅速全面了解裝置的運行情況，并為異常數(shù)據(jù)的快速查明及處理提供方便。裝置的WEB采用3級菜單架構，如圖1所示。

圖1 電能裝置的3級菜單架構

2.1.1 參數(shù)維護

參數(shù)維護是對監(jiān)測對象信息、通信信息及裝置信息的管理。

參數(shù)運維包括基本參數(shù)運維、通信運維、電能質量運維、時鐘運維等。

基本參數(shù)運維可設置包括接線方式、合成電流、電流鉗選型、電流方向、額定電壓/電流、PT/CT 的設定等參數(shù)。如下圖2所示。

圖2 基本參數(shù)運維界面

通信運維可查詢和修改以太網(wǎng)口通信參數(shù)、 RS-485口通信參數(shù)，界面如下圖3所示。

圖3 通信運維界面

電能質量運維展示和設置暫態(tài)和瞬態(tài)相關參數(shù)的設定，可設置和調整電壓暫降、電壓暫升及電壓中斷觸及瞬態(tài)事件觸發(fā)條件及錄波參數(shù)。

圖4 電能質量運維界面1

時鐘運維是展示和修改時鐘和校時等參數(shù)的界面，具體如下圖5所示。

圖5 時鐘運維界面

2.1.2 數(shù)據(jù)查詢

對電能裝置的采集數(shù)據(jù)進行全面展示和分析提供，包括電能質量實時數(shù)據(jù)、穩(wěn)態(tài)定時記錄、暫態(tài)事件及波形查詢和電能質量指標數(shù)據(jù)分析。

電能質量實時數(shù)據(jù)可通過矢量圖、實時數(shù)據(jù)表、模擬表盤等方式展示，下圖是矢量圖和模擬表盤的界面。

穩(wěn)態(tài)定時記錄是指分鐘間隔的電能質量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，具體提供包括諧波、間諧波、電壓偏差、不平衡度、閃變、電壓波動，電能質量指標數(shù)據(jù)分析是使用合理率和評估報告形式實現(xiàn)。

穩(wěn)態(tài)定時記錄以諧波為例，提供了諧波頻譜和諧波統(tǒng)計表展示定時記錄，界面如下圖7。

圖6 電能質量實時數(shù)據(jù)界面(矢量圖)

圖7 穩(wěn)態(tài)定時記錄界面(諧波頻譜)

電能質量指標數(shù)據(jù)分析則以評估報告為例，在遵循電能質量國標對指標計算后作出評估，可實現(xiàn)總體評估和分項評估。

圖8 電能質量指標數(shù)據(jù)分析界面(分項評估)

暫態(tài)事件及波形查詢對暫態(tài)事件描述和波形的展示，其中事件描述提供暫態(tài)發(fā)生時基本信息及定位分析

暫態(tài)事件觸發(fā)的波形也能在web中查詢，具體如下圖9所示。

圖9 暫態(tài)事件界面(波形)

2.1.3 裝置設置

提供裝置各項參數(shù)設置的查詢、整定與修改維護功能。

裝置信息查詢展示裝置型號、序列號、MAC地址、版本信息（硬件版本、固件版本、規(guī)約模型版本），具體如下圖10。

圖10 裝置信息查詢界面

裝置基本設置、電能質量監(jiān)測設置和電能質量監(jiān)測設置可實現(xiàn)對裝置的參數(shù)設置的快速查改。界面與2.1.1中類似，本部分不再贅述。

裝置維護提供系統(tǒng)參數(shù)和通信參數(shù)導入導出、裝置固件和規(guī)約模型升級及裝置重啟功能。

2.2 電能裝置WEB信息安全功能

電力工業(yè)是支撐國民經(jīng)濟和社會發(fā)展基礎性產(chǎn)業(yè)，電網(wǎng)信息安全關系著國家信息安全，所以電能裝置WEB功能設計除考慮業(yè)務需求外，還需兼顧信息安全保護。裝置WEB應采用HTTPS訪問。相較HTTP，HTTPS利用SSL/TLS來加密數(shù)據(jù)包，保證了交換數(shù)據(jù)的隱私性和完整性。

為進一步加強信息安全，減少在運維工作中出現(xiàn)不安全的用戶認證和人員誤操作，裝置WEB還應具備客戶端數(shù)據(jù)證書驗證和用戶分權管理功能。在網(wǎng)頁訪問時，裝置提供自己的數(shù)字證書給瀏覽器認證的同時，要求客戶端提供數(shù)據(jù)證書，實現(xiàn)客戶端的認證。只有在瀏覽器內導入對應的數(shù)據(jù)證書后，才正常訪問裝置WEB。用戶分權管理功能，即實現(xiàn)按角色對用戶分配權限，保證用戶無法做出越權的操作。例如只有擁有裝置管理權限的管理員用戶，才能對裝置設置進行整定、修改，而普通用戶只能進行一般的裝置信息查詢。

2.3 電能質量事件郵件推動

支持SMTP協(xié)議并兼容ESMTP，支持密碼登陸郵箱。裝置日志和監(jiān)測事件可以用郵件進行發(fā)送，具體實現(xiàn)如下：

（1）事件過濾：用戶可設置哪些事件發(fā)生時需要通過郵件進行通知；

（2）SMTP郵件服務器地址（如果郵件服務器為smtp.163.com格式，請轉換為IP地址后再寫入）；

（3）SMTP服務器的端口號，默認為25；

（4）發(fā)送者郵箱地址，即裝置的郵箱賬戶；

（5）發(fā)送者郵箱賬戶密碼；

（6）接收者郵箱地址，即接收告警郵件的郵箱賬戶；接收者郵箱地址可以為多個，不同郵箱地址之間用分號隔開即可；

（7）設置 SMTP 相關參數(shù)后，同時需要設置裝置的以太網(wǎng)通信參數(shù)，包括：以太網(wǎng) IP；以太網(wǎng)掩碼；以太網(wǎng)網(wǎng)關。

完成以上設置后，將裝置連接到以太網(wǎng)絡上，然后對SMTP 郵件測試寄存器進行寫操作，則裝置會發(fā)一封測試郵件到接收者郵箱地址，如果收到，則表明 SMTP 設置正確，可以正常工作。

設置示例：

（1）SMTP郵箱服務器地址：220.181.12.17（smtp.163.com）；

（2）SMTP服務器端口號：25

（3）發(fā)送者郵箱地址：***@163.com

（4）發(fā)送者郵箱密碼：******

（5）接受者郵箱地址：***@163.com

（6）以太網(wǎng) IP：192.168.80.192

（7）以太網(wǎng)掩碼：255.255.255.0

（8）以太網(wǎng)網(wǎng)關：192.168.80.1

完成以上設置后，連接測試成功；當裝置監(jiān)測到暫態(tài)事件發(fā)生時，可向預設的郵箱發(fā)送告警郵件，通知相關人員及時處理。

3 結束語

本文針對電能質量在線監(jiān)測裝置的運維現(xiàn)狀，提出了基于WEB功能的電能在線監(jiān)測質量裝置管理。結合對電能裝置的運維經(jīng)驗，設計了WEB的業(yè)務功能。進一步根據(jù)信息安全要求，提出了裝置WEB的信息安全功能要求，保證在信息安全情況下，使電能裝置的運維提質增效。