引言

隨著經濟發展和社會進步，電能質量已成為一項重要的研究課題。隨著非線性負荷不斷增加，導致各種電能量質量問題不斷增多。此外，暫態電能質量問題也明顯突出，如電壓跌落、驟升、短時斷電等現象經常發生，給用戶帶來極大損失。只有及時有效地監測電能質量，才能為改善電能質量、協調供用電雙方和規范供用電市場提供真實依據，以便采取有效地解決措施。
傳統的監測分析手段，存在諸多不足且已不能滿足當前系統需要，此外由于監測系統建設時間、選擇廠家、開發語言、布署平臺等不相同，因此通訊協議和對外交換的數據格式可能存在巨大差異；各子系統數據冗余，數據流通效率低，形成“信息孤島”。因此就有必要建立網絡化監測系統。由于Web服務具有語言獨立、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”現象。將Web服務與電能質量監測相結合，設計了一種基于Web服務的電能質量監測系統，對電能質量的指標進行分析，上傳監測結果到Web服務器，用戶可通過瀏覽器查看監測結果，及時發現電能質量問題，實現電能質量信息的共享。

2 監測系統

檢測系統分為數據層、服務器層和用戶層，如圖1所示。數據層中，電能質量監測儀(Power Qualily Monitor，簡稱PQM)獲取監測數據和電能質量的信息，通信服務器把這些信息傳到服務器層中的Web服務入口和數據庫入口，一些實時數據和監測結果通過Web服務發布到UDDI注冊中心，用戶用JSP的方式調用此服務。在用戶層中，用戶通過瀏覽器獲取所需的實時數據及監測電能質量指標信息，并通過調用服務器查看數據庫的歷史記錄。
 

3 系統功能

3．1 數據層

數據層主要包括數據采集和數據傳輸。

安裝在監測點的PQM是數據采集的硬件基礎。PQM性能、精度和可靠性對整個系統具有重要作用。由于該系統設計是在線實時電能質量監測系統，因此選用遠程在線電能質量監測儀。

在線監測儀器適用于公共供電點電能質量的連續監測和多點監測組成區域電能質量監測網，按照電能質量國家標準，利用電能質量在線監測設備在線監測電力系統電網，連續收集、記錄和存儲電力系統電網的頻率偏差、電壓偏差、電壓波動以及閃變、諧波、三相不平衡等穩態信息，電壓跌落、電壓驟升和電壓中斷等暫態信息，具有和上一層通信相同的功能。

通信服務器完成數據傳輸。首先，系統通過監測儀采樣獲得所需的監測數據，以數據文件形式存儲于監測儀，然后按照給定規約(如IEC101規約)把帶有時間標簽的采樣數據通過Socket方式實時上傳到數據庫入口。由于每個周期都需采樣，且必須滿足奈奎斯特定理，所以這些數據量十分龐大，要求帶寬高。

此外，現場監測儀監測得到如實時電壓、頻率、電流、功率等參數，以及電壓偏差、頻率偏差、電壓凹陷等電能質量指標數據，將這些數據按照自定義的規約打包，遵循TCP／IP協議，通過Socket方式實時上傳到Web服務入口和數據庫入口。根據國家標準，電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、諧波監測等電能質量指標數據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。底層監測儀采樣被監測電壓電流等的有效值，并作為預處理值存儲。電壓、電流等數據以lmin作為一個統計單元，將其預處理值的平均值代表被監測系統及時的實際運行電壓，所以這些數據每1min上傳一次。因此，不同監測結果其上傳時間間隔也不同。為了節省帶寬，只傳輸超標時的電能質量指標數據即可，這樣減少了傳輸的數據量。

3．2 服務器層

服務器層包括數據庫服務器、Web應用服務器和Web服務器。

數據庫服務器是電能質量監測系統的核心部分，用于存儲每天定時采集各監測點的數據，以及存儲管理電能質量在線監測系統中各個站點監測儀上傳的監測數據、數據庫統計分析程序處理后的數據，系統配置信息，并為系統中的Web服務器、本地顯示等模塊提供數據檢索支持。

由于電能質量監測儀不僅上傳實時的電壓、電流等數據，而且還上傳電壓偏差等電能質量指標數據，這些數據除了實時顯示，還必須要存入數據庫，以備統計分析。對于波形數據，在沒有超標的情況下，形成3s統計數據后波形數據可以刪除。當數據超過限值時，保留超標時前3s的波形數據，供故障分析使用。由于數據庫分為實時數據庫和歷史數據庫，前者用于保存最近從現場監測儀上傳的原始數據信息以及必要的相關計算數據；后者又分為原始數據和計算所得數據。當測量時間達到1min后，實時數據庫形成的分鐘數據傳送至歷史數據庫。在分鐘數據的基礎上形成的小時數據、月數據等都存儲于歷史數據庫。

Web應用服務器是整個系統的核心，采用Weblogic8．1作為Web應用服務器，開發工具選用Jbuilder9作為開發平臺。由于Socket發送的電能質量數據按規約打包，所以接收端要對這些數據解包，提取電能質量的有用信息，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，為部門調用提供標準接口。將已經封裝好的Web服務布署到Web應用服務器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布Web服務的頁面，而且還提供了一個UDDI ClientAPI包，實現對UDDI注冊中心的動態發布和查詢。用戶通過瀏覽器利用JSP方式，調用Web服務，獲取所需的實時數據和電能質量指標。

為了用戶更方便實現數據的遠程實時查看，該電能質量監測系統采用Web技術，建立Web服務器。Web服務器負責處理客戶機HTTP請求、下載電能質量功能組件參數、加載數據等任務，提供遠程頁面瀏覽服務。用戶可在任意地點、任意時間瀏覽網頁，訪問Web服務器發布的基于Web形式的實時數據查詢、數據分析、報表展示、曲線展示．查看指定日期的電能質量，隨時下載Word、Excel和文本等報表統計資料。

3．3 用戶層

使用MVC模式制作監測系統的用戶界面，通過JSP語言調用已發布的服務，在瀏覽器中呈現給用戶，用戶即可查看。按照規定的間隔實時刷新頁面，這樣就達到數據查看的實時性。該監測系統由在線實時數據、PQ事件實時監測、歷史數據查詢、統計數據和電能質量報表輸出組成。

(1)在線實時數據用戶查看實時電壓、電流、頻率和功率，實時掌握監測系統中的數據。
(2)PQ事件實時監測顯示電能質量指標的實時狀況。用戶查看電壓偏差、電網諧波、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量指標的實時數據。
(3)歷史數據查詢 用戶查看數據庫中存儲的歷史數據、歷史PQ事件，并能重新分析歷史數據，查看分析結果。
(4)統計數據 顯示統計的電壓、頻率、功率變化曲線，以及電能質量事件的統計結果。
(5)電能質量報表輸出 用戶查看并下載電能質量的年報表、月報表和日報表。

4 系統實現的關鍵技術

4．1 電能質量數據傳輸

由于處理遠程終端采集的實時數據，所以涉及電能質量數據的收發。該系統在TCE／IP協議的基礎上利用Socket傳輸，服務器端負責數據存儲、維護、管理以及打包、傳遞。用Java語句建立服務器端的Socket：
 

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

當服務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處理發送接收數據的依據，將打包數據發送到客戶端，客戶端接收服務器端返回的執行結果或錯誤信息，解包數據，并以特定格式顯示，從而完成服務器端與客戶端的Socket通信。

4．2 Web服務的制作

在客戶端解包發送來的數據，提取有用的電能質量信息數據，將這些數據的拆包功能封裝成Web服務，為部門的調用提供標準的接口。采用Weblogic8．1，以電壓偏差為例，制作好Web服務。把這些制作好的服務到UDDI注冊中心注冊。調度、維護等部門用戶通過JSP方式，調用Web服務，獲取所需的實時電能質量信息。

4．3 Web服務的調用

采用JSP調用制作好的服務，用戶就可方便地查看實時數據。JSP調用Web服務的主要語句：
 

由于電能質量指標每隔3s上傳一次，所以該語句設置的刷新間隔也為3s。調用成功的Web服務如圖2所示。
 

5 結語

將Web服務與電能質量監測相結合，設計了一種電能質量監測系統，利用Web服務構建與開發語言、平臺無關的電能質量實時監測系統，充分利用現有資源，節省開支并及時發現電能質量問題，從而實現電能質量遠程、實時、直觀地監測和分析。由于Web服務技術使用基于XML的SOAP協議表示數據和調用請求，用HTTP傳遞XML格式數據，不會遭防火墻關閉，保證通信暢通，因此在實際應用中將Web服務和電能質量監測相結合能及時發現電能質量問題，從而實現信息共享，滿足網絡化電能質量監測需求。