災備技術在寧波電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)中的應用與開發(fā)

周偉鋒，閔 濤，王首頂

（國網(wǎng)電力科學研究院，南京 210003）

災備技術在寧波電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)中的應用與開發(fā)

周偉鋒，閔 濤，王首頂

（國網(wǎng)電力科學研究院，南京 210003）

0 引言

在當今社會，恐怖事件、自然災害（地震、火災、洪水等）、各種人為因素以及關鍵設備的故障都有可能導致企業(yè)信息系統(tǒng)的癱瘓，毀滅關鍵業(yè)務數(shù)據(jù)。因此，如何保持計算機信息系統(tǒng)的高可用性面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著不可或缺的作用，負責監(jiān)視和控制電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電和配電設備的安全運行。該系統(tǒng)通過對所轄電力系統(tǒng)運行信息的實時采集、處理和分析，結合歷史運行數(shù)據(jù)來作出優(yōu)化合理的判斷和控制決策。

文獻[1]探討了建設電網(wǎng)調度自動化災難備用系統(tǒng)的重要性，以及利用變電站的集中監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱集控系統(tǒng)）來建設地區(qū)SCADA/EMS系統(tǒng)災難備用系統(tǒng)的可行性，為電力企業(yè)利用現(xiàn)有系統(tǒng)建立電網(wǎng)實時監(jiān)控災難備用系統(tǒng)進行了有益的探索和嘗試。

結合寧波調控一體化系統(tǒng)建設的實際情況，提出了地區(qū)調度SCADA/EMS與某套集控系統(tǒng)相互備用，以及地區(qū)調度SCADA/EMS系統(tǒng)作為各縣調、其他集控系統(tǒng)多點備用 （一套系統(tǒng)備用多套系統(tǒng)）的災難備用方案。

1 系統(tǒng)方案設計

1.1 寧波調控一體化系統(tǒng)

寧波調控一體化系統(tǒng)包括寧波地調SCADA/EMS系統(tǒng)（以下簡稱地調SCADA/EMS系統(tǒng)）和500kV集中監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱500kV集控）、220kV集中監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱220kV集控）、象山縣調度自動化系統(tǒng)（以下簡稱象山縣調）、寧海縣調度自動化系統(tǒng)（以下簡稱寧?？h調）。5套系統(tǒng)均采用南瑞研制的OPEN-3000系統(tǒng)，該系統(tǒng)遵循了能量管理系統(tǒng)應用程序接口標準 （EMS-API）——IEC61970標準[2]，設計了遵循CIM的系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)模型定義，實現(xiàn)了CIS標準接口，同時采用了先進的CORBA組件技術，達到系統(tǒng)的標準化、構件化，使系統(tǒng)具有很好的開放性，為實現(xiàn)系統(tǒng)間標準化互聯(lián)打下了基礎[3]。

1.2 系統(tǒng)方案總體設計

系統(tǒng)方案示意圖如圖1所示。在正常情況下，5套系統(tǒng)各司其職，500kV集控負責監(jiān)控500kV廠站，220kV集控負責監(jiān)控220kV廠站，象山縣調和寧?？h調各自監(jiān)控其所轄廠站，地調SCADA/EMS系統(tǒng)負責調度管理寧波電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。同時，地調SCADA/EMS系統(tǒng)對500kV集控、象山縣調、寧?？h調起到異地災難后備的作用，當它們中的某套系統(tǒng)癱瘓時，地調SCADA/EMS系統(tǒng)能快速接管相應的功能。地調SCADA/EMS系統(tǒng)與220kV集控異地相互備用，當其中的某套系統(tǒng)癱瘓時，另外1套系統(tǒng)可以在不影響原有功能的同時，擔負起故障系統(tǒng)的作用，從而大大提高該地區(qū)電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)在災難面前的可靠性。

圖1 系統(tǒng)方案示意圖

2 備用功能特點

2.1 備用結構圖

以寧波地調SCADA/EMS系統(tǒng)和220kV集控系統(tǒng)互備為例，系統(tǒng)備用結構如圖2所示。

首先，地調SCADA/EMS系統(tǒng)和220kV集控系統(tǒng)均為獨立完整的SCADA系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)庫、SCADA服務器、前置服務器、前置通信模塊、主交換機、前置交換機等所有功能部件，一般情況下各自獨立運行。

圖2 系統(tǒng)備用結構圖

其次，地調SCADA/EMS系統(tǒng)主網(wǎng)與220kV集控主網(wǎng)通過光纖互聯(lián)，2套系統(tǒng)在物理上是相互連通的。地調SCADA/EMS系統(tǒng)通過網(wǎng)絡通道、專線通道與所轄廠站通訊；220kV集控通過網(wǎng)絡通道、專線通道采集與地調SCADA/EMS系統(tǒng)一致的廠站信息。

2.2 多級互備

地調SCADA/EMS系統(tǒng)和220kV集控2套系統(tǒng)運行時的互為備用可以分為以下3個級別。

1）通道級的互備：當?shù)卣{SCADA/EMS系統(tǒng)由于某廠站的主備通道均發(fā)生故障而收不到數(shù)據(jù)時，220kV集控的前置子系統(tǒng)能夠向地調SCADA/EMS系統(tǒng)的前置子系統(tǒng)發(fā)送該廠站的完整信息；反之亦然；

2）前置級的互備：當?shù)卣{SCADA/EMS系統(tǒng)的前置子系統(tǒng)發(fā)生故障時（如前置交換機故障導致數(shù)據(jù)采集網(wǎng)斷網(wǎng)），地調SCADA/EMS系統(tǒng)能夠通過220kV集控前置子系統(tǒng)得到所管轄的所有廠站數(shù)據(jù)；反之亦然；

3）系統(tǒng)級的互備：當由于重大災難（如地震）造成其中1套系統(tǒng)整體癱瘓時，另1套系統(tǒng)應當可以獨立擔當起對當?shù)仉娋W(wǎng)的監(jiān)控和管理任務。

2.3 統(tǒng)一維護

利用OPEN-3000的復制功能，再結合2套系統(tǒng)間實時數(shù)據(jù)互備功能，可實現(xiàn)圖、模、庫統(tǒng)一維護。該模式下，2套系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)（圖形、模型、參數(shù)）自動同步、完全一致，方案實現(xiàn)相對比較簡單可靠、工作量較小，但有一定的局限性，僅適用于1套調度帶1套集控的備用模式，并且要求2套系統(tǒng)均為OPEN-3000系統(tǒng)。

上述方案并不適用于寧波調控一體化系統(tǒng)，主要存在以下問題。

1）寧波調控一體化電網(wǎng)模型拼接存在異構系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)導入、導出及拼接過程，地調和縣調需要交換屬于各自管轄范圍內的廠站模型等數(shù)據(jù)；

2）將來可能會有其他型號的縣調并入調控一體化系統(tǒng)；

3）地調SCADA/EMS、集控、縣調管轄范圍不一致，數(shù)據(jù)規(guī)模、硬件配置差異較大，不適合利用OPEN-3000的復制功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一維護。

考慮到地調SCADA/EMS系統(tǒng)、各集控系統(tǒng)、各縣調系統(tǒng)對于模型的關注程度是一致的，拼接范圍主要包括模型、圖形、設備參數(shù)等，并且要求實現(xiàn)量測參數(shù)的同步，故采用基于標準CIM擴展的以廠站為單元的導入導出方案來解決廠站數(shù)據(jù)維護需求。

數(shù)據(jù)維護遵循如下原則。

1）每一個廠站只在1套系統(tǒng)維護；

2）導入的最小單位為一個廠站；

3）500 kV集控負責維護500kV廠站；各縣調負責維護所轄廠站；地調SCADA/EMS系統(tǒng)負責維護220kV廠站及其他廠站；220kV集控不進行廠站維護；

4）從500kV集控系統(tǒng)可按廠站手動導出模型、圖形、參數(shù)至地調系統(tǒng)；各縣調系統(tǒng)與地調SCADA/EMS系統(tǒng)可按廠站手動互導；

5）地調SCADA/EMS系統(tǒng)的模型、圖形、參數(shù)自動復制至220kV集控系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)模型、圖形、參數(shù)完全一致。

各套系統(tǒng)間維護數(shù)據(jù)流如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)間維護數(shù)據(jù)流向圖

3 關鍵技術設計

3.1 數(shù)據(jù)通信鏈路的建立

數(shù)據(jù)通信鏈路通過2套系統(tǒng)間互連的光纖通道，建立一個網(wǎng)絡方式的雙向數(shù)據(jù)通道。該通道負責將一側系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一側系統(tǒng)中。

為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，通信鏈路中采用以下若干措施[4-6]:

1）可靠傳輸。數(shù)據(jù)的傳輸采用TCP方式，每個報文都有可靠的應答機制，保證每個報文都能夠正確傳到目的地。

2）嚴格按照報文先到先發(fā)的順序處理報文，保證報文嚴格按照時序處理。

3）報文編號。每個報文都在生成的時候由系統(tǒng)自動產(chǎn)生一個唯一的編號，該編號將由該報文產(chǎn)生一直保存到該報文成功發(fā)送后丟棄，以便追蹤報文的生命周期。

4）日志記錄。在報文的整個傳輸過程中，都由相關進程記錄完整的日志，日志中記錄報文的編號和若干重要信息，以便跟蹤報文的傳輸過程。

5）主備機切換。通信鏈路的建立應考慮到主備機的切換，保證在主備機切換的過程中，不會丟失數(shù)據(jù)。

6）單機運行模式。當系統(tǒng)中只有一臺服務器時，通信鏈路仍然能夠正常建立，而不關心當前備機處于什么狀態(tài)。

7）報文堵塞門檻。通信進程對報文的等待隊列設有最大值，當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，通信鏈路不出現(xiàn)無限制的保存報文，從而導致機器出現(xiàn)磁盤被占滿的現(xiàn)象。

8）監(jiān)管進程。用于協(xié)調和監(jiān)管通訊進程的運行，并有相關的管理工具，以方便調試和管理。

3.2 數(shù)據(jù)共享

正常情況下2前置子系統(tǒng)分別采集上行數(shù)據(jù)。每臺前置機上運行一個server（數(shù)據(jù)服務）進程，一個client（數(shù)據(jù)客戶）進程。client（數(shù)據(jù)客戶）進程將本系統(tǒng)的廠站工況定期發(fā)給對端前置系統(tǒng)，server（數(shù)據(jù)服務）進程負責接收處理對端的工況、數(shù)據(jù)報文。當有一端系統(tǒng)廠站退出而另一端系統(tǒng)正常時，正常端的server（數(shù)據(jù)服務）進程經(jīng)判斷比較2套系統(tǒng)的工況狀態(tài)，再將本系統(tǒng)的該廠站的變化數(shù)據(jù)、全數(shù)據(jù)發(fā)送給異常端的前置系統(tǒng)，并保證兩套系統(tǒng)的該廠站的變化遙信，SOE事件時間嚴格一致。異常端的該廠站工況變?yōu)楣蚕硗度霠顟B(tài)，畫面數(shù)據(jù)顯示正常。待異常端的該廠站接收到RTU數(shù)據(jù)工況正常投入后，正常端收到原異常端的工況投入報文則停止發(fā)送數(shù)據(jù)報文，只定期互傳工況信息。

3.3 傳輸路徑

2 方系統(tǒng)通過雙網(wǎng)互傳數(shù)據(jù)，當現(xiàn)運行網(wǎng)段故障時，2方系統(tǒng)會自動判斷切換到另一網(wǎng)段，并保證切換期間發(fā)生的遙信變化報文不丟失。若兩個網(wǎng)段都不通，則持續(xù)切換網(wǎng)段，并且給出報警，啟動報文的暫存機制等措施，直到某一網(wǎng)段可以連通為止。

3.4 共享標志

2 方系統(tǒng)的廠站是否需要數(shù)據(jù)互傳功能由前置廠站信息庫中的共享標志決定。細化到每一個廠站，由用戶自行靈活選擇所須互備的廠站。共享標志支持在線動態(tài)修改，立即生效。

3.5 數(shù)據(jù)同步

系統(tǒng)參數(shù)的自動同步：利用OPEN-3000系統(tǒng)支撐平臺提供的數(shù)據(jù)同步機制，凡寧波地調系統(tǒng)側進行的任何畫面、數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)參數(shù)的修改，均能自動同步到220kV集控系統(tǒng)中，并通過校驗確保系統(tǒng)參數(shù)的一致性。

4 結論

隨著時代的發(fā)展和技術的進步，容災備份的技術和需求都在不斷發(fā)展。在電網(wǎng)調度自動化領域，容災備份的重要性和作用也越來越被重視。寧波電網(wǎng)調控一體化系統(tǒng)工程的開發(fā)與實施，將大大提高寧波電網(wǎng)運行的可靠性，特別是遭遇重大災難時，自動化系統(tǒng)依然能保證對電網(wǎng)運行的正常調度和監(jiān)控。通過不斷實踐以及災備技術的逐漸完善，電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)將向更高層次發(fā)展。

[1]丁鋒，朱紅，冷俊，等.地區(qū)電網(wǎng)調度SCADA備用系統(tǒng)的建設[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（6）：105－107.

[2]IEC 61970Energy ManagementSystem Application Program Interface(EMS-API)Part 1:CCAPU Guidelines Preliminary Draft[S].1999.

[3]王志南，吳文傳，張伯明，等.基于IEC61970的CIS服務與SVG的研究和實踐[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（22）：60－63.

[4]王為國，代偉，萬磊，等.調度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享模式的探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（4）：88－91.

[5]李亞平，姚建國，黃海峰，等.SVG技術再電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)中的應用[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（23）：80－82.

[6]劉崇茹，孫宏斌，張伯明，等.基于CIM XML電網(wǎng)模型的互操作研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27（14）：45－48.

Application and Development of the Disaster Backup Technique in the Power Dispatching Automation System of Ningbo Grid

ZHOU Wei-feng，MIN Tao，WANG Shou-ding

（State Grid Electric Power Research Institute,Nanjing 210003,Jiangsu Province,China）

With contineous development of the power grid,reliability of the dispatching and controlautomation system can not be more important to the power grid.This paper presents the design of the integrated dispatchingand control syste min Ning bogrid(here in after refer redtoas“the system”)and itproposes that the system serveas the stand by facilities for the integrated control system of 220kV substations and vice versa, and the system can also serve as the stand by for the centralized control system of 500kV substations and the control automation systems in Ninghai county and Xiangshan county. Implementation of the integrated system helps improve development and application ofthe standby technology for disaster cases.

dispatching automation system；disaster backup;dispatching-controlling integrated system; multilevel backup;unified maintenance

針對電網(wǎng)的安全運行對電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)可靠性的高要求，介紹了寧波電網(wǎng)調控一體化系統(tǒng)的方案設計，提出了寧波電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)和220kV集控系統(tǒng)相互備用，以及寧波電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)對500kV集控系統(tǒng)、寧海縣調系統(tǒng)、象山縣調系統(tǒng)多點備用的災備方案。寧波調控一體化系統(tǒng)的實施推動了災備技術在電網(wǎng)調度自動化領域的應用和發(fā)展。

調度自動化系統(tǒng)；災難備用；調控一體化；多級備用；統(tǒng)一維護

1674-3814（2010）01-0036-04

TM734

A

2009-06-22。

周偉鋒（1983—），男，碩士研究生，主要從事電網(wǎng)調度自動化和電力通信的研究；

閔 濤（1963—），男，研究員，主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究；

王首頂（1964—），男，研究員，主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究。

（編輯 秦 奮）