基于WEB的电能质量监测装置智慧运维管理

陈国平，孟金棒，马莲，唐兴勇，岑宝仪

(1.国网宿州供电公司，安徽宿州，234003;2.深圳市中电电力技术股份有限公司，广东深圳,518000）

0 引言

根据《国家电网公司谐波管理规定》及电能质量相关标准和规范，国网公司及各省公司已逐步建成电网谐波监测系统，并定期开展电能质量评估、监测、分析、预警等过程管理工作。电网谐波监测系统（谐波系统）主要围绕220kV及以上主要母线和风电、光伏等新能源发电厂站、电气化铁路等干扰源负荷开展在线监测。谐波系统的监测数据主要来源安装在各变电站的电能质量在线监测装置（以下简称装置），国网公司对其在线率、数据完整率有明确的高要求，同时其数据准确性亦直接影响公司的过程管理工作。

装置的运维往往需要安排专人至装置现场排查处理。变电站分布广泛且进入申请流程繁琐，使得装置的运维工作耗时耗力，遇到批量装置异常时，更是显得效率低下。针对这问题，部分厂家提供了专用的管理客户端，但此类客户端主要是面向厂家内部研发人员，人机交互界面不够友好，操作使用相对繁琐，且配置参数繁多，导致出现错误配置较难后被发现，后期运维工作存在诸多不便。

针对以上问题，本文从运维人员的角度出发，梳理装置运维内容，提出基于WEB功能的装置管理方法，即在装置上配备WEB功能以实现远程运维，在系统主站服务器端或其他与装置通信的设备通过浏览器登录装置WEB便可获取电能质量指标实时数据、暂态录波数据、核查信息、更改配置等，操作简便，可减少人力物力的投入，保证数据完整率、准确性。

另近年来网络安全形势日益严峻，而电网是现代社会的关键性基础设施，作为电网数采集的电能装置的信息安全问题不容忽视[1-2]。故在装置WEB的设计上，还要要考虑到信息安全保护。为了让运维人员及时、完整的掌握终端和监测数据关键信息设计了基于邮件推送装置事件的功能。

1 装置的运维内容梳理

装置的运维目标是保证其数据完整、准确。影响这些指标的常见因素包括：主站与装置的通信链路故障、装置硬件故障、配置错误。主站与装置的通信链路、装置硬件都较容易诊断，直接表现为装置掉线或网络通，但无上传数据传，除防火墙策略问题外，一般通过维护人员至现场进行模块更换解决。而装置内部设置错误最难定位，需结合装置内部设置与采集的数据进行分析。目前实际运维过程中，运维人员由于缺乏对电能装置运维的便捷工具，导致在这类问题的排查上耗费大量时间。

总的来说，运维人员主要通过关心以下3大类数据或参数，对装置进行运维管理工作。

(1)装置的采集数据

涉及电能质量稳态实时数据、电能质量稳态定时记录、电能质量暂态事件记录及波形。

(2)装置基本设置

涉及接线参数、额定参数、通信参数、时间设置、装置版本。其中，装置版本设置包括硬件版本、固件版本、规约模型版本。

(3)装置采集设置

涉及电能质量监测设置和监测记录设置。电能质量事件监测设置参数包括暂态电压、瞬态过电压、快速电压变动、冲击电流、突变量、闪变监测设置参数和电压偏差上下限、频率偏差上下限、长时闪变限值参数。监测记录设置包括波形记录参数、统计定时记录参数、最值记录参数、PQDIF记录参数。

2 电能装置的WEB功能设计

2.1 电能装置WEB业务功能设计

针对运维人员的工作需求，装置的WEB应实现电能装置的数据查询、分析功能以及装置各项参数查询、整定、修改的管理功能，帮助运维及管理人员迅速全面了解装置的运行情况，并为异常数据的快速查明及处理提供方便。装置的WEB采用3级菜单架构，如图1所示。

图1 电能装置的3级菜单架构

2.1.1 参数维护

参数维护是对监测对象信息、通信信息及装置信息的管理。

参数运维包括基本参数运维、通信运维、电能质量运维、时钟运维等。

基本参数运维可设置包括接线方式、合成电流、电流钳选型、电流方向、额定电压/电流、PT/CT 的设定等参数。如下图2所示。

图2 基本参数运维界面

通信运维可查询和修改以太网口通信参数、 RS-485口通信参数，界面如下图3所示。

图3 通信运维界面

电能质量运维展示和设置暂态和瞬态相关参数的设定，可设置和调整电压暂降、电压暂升及电压中断触及瞬态事件触发条件及录波参数。

图4 电能质量运维界面1

时钟运维是展示和修改时钟和校时等参数的界面，具体如下图5所示。

图5 时钟运维界面

2.1.2 数据查询

对电能装置的采集数据进行全面展示和分析提供，包括电能质量实时数据、稳态定时记录、暂态事件及波形查询和电能质量指标数据分析。

电能质量实时数据可通过矢量图、实时数据表、模拟表盘等方式展示，下图是矢量图和模拟表盘的界面。

稳态定时记录是指分钟间隔的电能质量统计数据，具体提供包括谐波、间谐波、电压偏差、不平衡度、闪变、电压波动，电能质量指标数据分析是使用合理率和评估报告形式实现。

稳态定时记录以谐波为例，提供了谐波频谱和谐波统计表展示定时记录，界面如下图7。

图6 电能质量实时数据界面(矢量图)

图7 稳态定时记录界面(谐波频谱)

电能质量指标数据分析则以评估报告为例，在遵循电能质量国标对指标计算后作出评估，可实现总体评估和分项评估。

图8 电能质量指标数据分析界面(分项评估)

暂态事件及波形查询对暂态事件描述和波形的展示，其中事件描述提供暂态发生时基本信息及定位分析

暂态事件触发的波形也能在web中查询，具体如下图9所示。

图9 暂态事件界面(波形)

2.1.3 装置设置

提供装置各项参数设置的查询、整定与修改维护功能。

装置信息查询展示装置型号、序列号、MAC地址、版本信息（硬件版本、固件版本、规约模型版本），具体如下图10。

图10 装置信息查询界面

装置基本设置、电能质量监测设置和电能质量监测设置可实现对装置的参数设置的快速查改。界面与2.1.1中类似，本部分不再赘述。

装置维护提供系统参数和通信参数导入导出、装置固件和规约模型升级及装置重启功能。

2.2 电能装置WEB信息安全功能

电力工业是支撑国民经济和社会发展基础性产业，电网信息安全关系着国家信息安全，所以电能装置WEB功能设计除考虑业务需求外，还需兼顾信息安全保护。装置WEB应采用HTTPS访问。相较HTTP，HTTPS利用SSL/TLS来加密数据包，保证了交换数据的隐私性和完整性。

为进一步加强信息安全，减少在运维工作中出现不安全的用户认证和人员误操作，装置WEB还应具备客户端数据证书验证和用户分权管理功能。在网页访问时，装置提供自己的数字证书给浏览器认证的同时，要求客户端提供数据证书，实现客户端的认证。只有在浏览器内导入对应的数据证书后，才正常访问装置WEB。用户分权管理功能，即实现按角色对用户分配权限，保证用户无法做出越权的操作。例如只有拥有装置管理权限的管理员用户，才能对装置设置进行整定、修改，而普通用户只能进行一般的装置信息查询。

2.3 电能质量事件邮件推动

支持SMTP协议并兼容ESMTP，支持密码登陆邮箱。装置日志和监测事件可以用邮件进行发送，具体实现如下：

（1）事件过滤：用户可设置哪些事件发生时需要通过邮件进行通知；

（2）SMTP邮件服务器地址（如果邮件服务器为smtp.163.com格式，请转换为IP地址后再写入）；

（3）SMTP服务器的端口号，默认为25；

（4）发送者邮箱地址，即装置的邮箱账户；

（5）发送者邮箱账户密码；

（6）接收者邮箱地址，即接收告警邮件的邮箱账户；接收者邮箱地址可以为多个，不同邮箱地址之间用分号隔开即可；

（7）设置 SMTP 相关参数后，同时需要设置装置的以太网通信参数，包括：以太网 IP；以太网掩码；以太网网关。

完成以上设置后，将装置连接到以太网络上，然后对SMTP 邮件测试寄存器进行写操作，则装置会发一封测试邮件到接收者邮箱地址，如果收到，则表明 SMTP 设置正确，可以正常工作。

设置示例：

（1）SMTP邮箱服务器地址：220.181.12.17（smtp.163.com）；

（2）SMTP服务器端口号：25

（3）发送者邮箱地址：***@163.com

（4）发送者邮箱密码：******

（5）接受者邮箱地址：***@163.com

（6）以太网 IP：192.168.80.192

（7）以太网掩码：255.255.255.0

（8）以太网网关：192.168.80.1

完成以上设置后，连接测试成功；当装置监测到暂态事件发生时，可向预设的邮箱发送告警邮件，通知相关人员及时处理。

3 结束语

本文针对电能质量在线监测装置的运维现状，提出了基于WEB功能的电能在线监测质量装置管理。结合对电能装置的运维经验，设计了WEB的业务功能。进一步根据信息安全要求，提出了装置WEB的信息安全功能要求，保证在信息安全情况下，使电能装置的运维提质增效。