商用數(shù)據(jù)庫技術(shù)及電力系統(tǒng)應(yīng)用研究

國網(wǎng)新疆電力有限公司 汪凱威 劉 冉 黃 輝 於湘濤 陳 潔

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)管理的自動(dòng)化水平成為各方面關(guān)注的焦點(diǎn)，如果能夠提升其自動(dòng)化水平，并且使得電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)不斷提高，那么大大發(fā)揮商用數(shù)據(jù)庫的作用，并且實(shí)現(xiàn)對于電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化監(jiān)控，就可以使人們及時(shí)了解電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷狀態(tài)，從而能夠預(yù)測調(diào)度潮流，進(jìn)行安全分析，實(shí)現(xiàn)電壓功能的優(yōu)化等等。電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)可以完善電力生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)一體化的過程，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)需要各類數(shù)據(jù)的匯總和計(jì)算，因此為了能夠提高電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算的可靠性和穩(wěn)定性，提升電力用戶的服務(wù)質(zhì)量和滿意度，因調(diào)用并架構(gòu)商用數(shù)據(jù)庫，從而能夠使得電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合更加具有實(shí)際應(yīng)用效果。

電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，成為結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)的現(xiàn)代應(yīng)用系統(tǒng)，其通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)之間的結(jié)合非常緊密，往往運(yùn)用大的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，利用自動(dòng)發(fā)電控制和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)類調(diào)度運(yùn)行的可掌控性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)靜態(tài)安全分析性等等。在實(shí)際使用環(huán)節(jié)內(nèi)，電網(wǎng)數(shù)據(jù)收集了大量電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，通過人與機(jī)器之間的連接，把控電網(wǎng)運(yùn)行的狀況，從而能夠集中而持久的顯示出新的監(jiān)控條件，完成經(jīng)濟(jì)調(diào)度和安全分析功能等。數(shù)據(jù)庫和相關(guān)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)中的獨(dú)立分支，在數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用和管理過程中逐漸發(fā)展起來，并成為電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要支撐。

1 商用數(shù)據(jù)庫在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的背景

1.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)需要商用數(shù)據(jù)庫

早在20世紀(jì)90年代，大型的商用數(shù)據(jù)庫如ORACLE、DB2、SQLSERVER等就開始不斷的興盛，在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)緩解了人們的生活工作壓力，制造廠商紛紛開始投入到商用數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和使用環(huán)節(jié)，應(yīng)用廠商體驗(yàn)到商用數(shù)據(jù)庫給系統(tǒng)開發(fā)帶來的便利，以及對用戶數(shù)據(jù)存儲提供持久性保證。商用數(shù)據(jù)庫開始不斷的在電力系統(tǒng)中起到優(yōu)勢效果，并且在電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控環(huán)境內(nèi)扮演了不可或缺的角色。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)常常需要結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的應(yīng)用，通過商用數(shù)據(jù)庫便捷訪問，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理的優(yōu)勢，因此人們逐漸意識到商用數(shù)據(jù)庫在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中的重要作用，希望能夠盡可能的減少人的工作負(fù)擔(dān)，充分利用商用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲、計(jì)算、和分析的能力，使得電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)化，精準(zhǔn)化。

1.2 商業(yè)數(shù)據(jù)庫在EMS系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力調(diào)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫一般而言分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，兩種數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)之內(nèi)的信息交換和數(shù)據(jù)儲存。在電力調(diào)度系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的需求，包含了海量存儲和即時(shí)響應(yīng)的要求。對于其實(shí)時(shí)性的要求，常常借助了專用的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。而商用數(shù)據(jù)庫用于歷史數(shù)據(jù)的儲存，有更好的可靠性和通用性。利用商用數(shù)據(jù)庫獨(dú)特的作用及特點(diǎn)，在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)揮其便捷查詢及數(shù)據(jù)存儲的優(yōu)勢，那么將會成倍的提升電力資源調(diào)動(dòng)及監(jiān)控的效率。

1.3 商用數(shù)據(jù)庫的實(shí)際作用

商用數(shù)據(jù)庫的作用非常具備優(yōu)勢，在EMS系統(tǒng)中利用商用數(shù)據(jù)庫的作用，實(shí)現(xiàn)了更大容量的存儲和更便捷的通用訪問，綜合而言，商用數(shù)據(jù)庫的實(shí)際作用可以分為以下幾個(gè)方面：

第一，儲存EMS系統(tǒng)中的各類參數(shù)數(shù)據(jù)，將這些參數(shù)數(shù)據(jù)打包之后，分類將支持系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)參數(shù)以及平臺應(yīng)用的遙測技術(shù)，通信技術(shù)，遠(yuǎn)距離控制和監(jiān)測通道技術(shù)的參數(shù)都作為打包的內(nèi)容，并且儲存之后進(jìn)行分類分析，EMS系統(tǒng)中為電力調(diào)度自動(dòng)化服務(wù)的各類數(shù)據(jù)存儲在商用數(shù)據(jù)庫中，從而能夠使得調(diào)度自動(dòng)化各類數(shù)據(jù)集中存儲，便于數(shù)據(jù)查詢使用及管理。

第二，儲存系統(tǒng)中大量的歷史數(shù)據(jù)和各類事項(xiàng)，也成為目前電力自動(dòng)化系統(tǒng)使用商用數(shù)據(jù)庫主要的目的之一，因?yàn)樯逃脭?shù)據(jù)庫中加入了更多的實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，從而能夠使得云計(jì)算的各類數(shù)據(jù)具有非常鮮見的優(yōu)勢，并且歷史數(shù)據(jù)和事項(xiàng)的快速調(diào)用，能夠滿足很多具體的操作需求，從而能夠使得電力調(diào)度和電力監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能變得更為完善。

第三，商用數(shù)據(jù)庫提供標(biāo)準(zhǔn)的SQL訪問語言，同時(shí)提供通用的數(shù)據(jù)庫訪問接口，為整個(gè)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)使用提供便利。同時(shí)使得應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)有通用性和移植便利性，各個(gè)應(yīng)用廠商通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)庫接口進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和訪問，從而能夠使得通訊和數(shù)據(jù)的調(diào)用速度更快，數(shù)據(jù)之間的分享更加具有實(shí)效性。從總體環(huán)節(jié)而言，商用數(shù)據(jù)庫內(nèi)包含了海量的數(shù)據(jù)，而對于數(shù)據(jù)庫的支持和并發(fā)功能也包含在商用數(shù)據(jù)庫的功能范圍之內(nèi)。

第四，商用數(shù)據(jù)庫還應(yīng)該具有自動(dòng)備份功能，以及快速的恢復(fù)大量的數(shù)據(jù)的功能，從而能夠提高電力訪問、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)運(yùn)行中難免會遇到各種系統(tǒng)故障，系統(tǒng)故障包括磁盤崩潰、電源故障、軟件錯(cuò)誤，甚至人為破壞。面對這些方面的問題，一旦發(fā)生，就可能會丟失數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。因此，數(shù)據(jù)庫備份和故障恢復(fù)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必不可少的組成部分，即使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)生故障，也可以保障數(shù)據(jù)的完整性和一致性。數(shù)據(jù)庫不許包含備份及恢復(fù)功能，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)面對極端災(zāi)難的處理能力。

2 商用數(shù)據(jù)庫在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)庫主機(jī)HA模式

目前主流的EMS系統(tǒng)之中，使用兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器加磁盤陣列的典型硬件配置。兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用基于操作系統(tǒng)技術(shù)的HA集群，該集群結(jié)合CLUSTER SOFT技術(shù)保證主備機(jī)冗余。當(dāng)主機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，集群將進(jìn)行自動(dòng)故障處理，自動(dòng)漂移到備用節(jié)點(diǎn)，由備機(jī)接管所有業(yè)務(wù)。在HA完成切機(jī)后數(shù)據(jù)庫通過故障處理，正常對外服務(wù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。采用HA集群模式的最大優(yōu)點(diǎn)是可以解決服務(wù)器內(nèi)的單點(diǎn)故障，避免服務(wù)器故障后的長時(shí)間停機(jī)。但是HA是基于OS層的集群功能，所以一般僅是針對單實(shí)例數(shù)據(jù)庫使用，同時(shí)無法做到針對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)冗余或者數(shù)據(jù)庫實(shí)例的冗余。但是數(shù)據(jù)庫HA模式對硬件要求簡單，不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持，具有非常簡單的可操作性，而且建設(shè)成本低，所以對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說在成本不高時(shí)也是首選集群解決方案。但是該模式對于主機(jī)資源的浪費(fèi)比較大，備機(jī)總是處于冷備狀態(tài)，容錯(cuò)能力差，無法充分利用硬件資源為系統(tǒng)提供服務(wù)。

2.2 ORECLE RAC模式

針對兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和一套磁盤陣列的硬件架構(gòu)模式，ORACLE提供了RAC集群模式。這種模式是通過兩個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例共同操作共享存儲，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載均衡。結(jié)合RAC實(shí)現(xiàn)充分的服務(wù)器調(diào)用和資源管理，控制并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的高可用性。RAC集群中兩節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)對外提供數(shù)據(jù)庫實(shí)例服務(wù)，所以針對高并發(fā)的事務(wù)處理型應(yīng)用訪問需求，如果能夠結(jié)合RAC技術(shù)，將可充分地利用服務(wù)器資源，使得多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并行工作，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的承載能力，即提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的并發(fā)訪問能力。在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，商用數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢是非常明顯的，其優(yōu)勢很大程度上就來源于部署RAC技術(shù)而提升系統(tǒng)的高性能、高可用性、易擴(kuò)展性和易管理的優(yōu)勢。由于RAC實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜，其對硬件及網(wǎng)絡(luò)要求高，使得設(shè)備之間和操作系統(tǒng)兼容性要求更高，所以整體建設(shè)成本也較高。目前在基礎(chǔ)軟硬件國產(chǎn)化替代過程中，涌現(xiàn)出多家國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫廠家，其中達(dá)夢數(shù)據(jù)庫作為國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫廠家的佼佼者，已經(jīng)在自主原創(chuàng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)了共享存儲集群功能，填補(bǔ)了國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在該集群領(lǐng)域中的空白。

2.3 達(dá)夢數(shù)據(jù)守護(hù)集群模式

達(dá)夢數(shù)據(jù)守護(hù)功能另一種數(shù)據(jù)庫集群模式。傳統(tǒng)的備份恢復(fù)技術(shù)，基于存儲的遠(yuǎn)程鏡像等方法可以滿足用戶對數(shù)據(jù)安全性的要求，但無法滿足高可用性的要求，從出現(xiàn)故障，到解決故障，重新提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)的時(shí)間往往較長。達(dá)夢數(shù)據(jù)守護(hù)集群是利用主數(shù)據(jù)庫REDO日志在備機(jī)重做來實(shí)現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫同步，為數(shù)據(jù)庫提供可靠性保證。通過數(shù)據(jù)守護(hù)實(shí)現(xiàn)對電力調(diào)用數(shù)據(jù)和各類監(jiān)視系統(tǒng)的保護(hù)，這是一種獨(dú)立的集群工具。聯(lián)機(jī)REDO日志存儲數(shù)據(jù)庫的事務(wù)日志，任何修改數(shù)據(jù)庫的修改操作都會產(chǎn)生重做日志。數(shù)據(jù)庫將事務(wù)日志按操作順序?qū)懭氲饺罩疚募畠?nèi)。數(shù)據(jù)庫存在多個(gè)在線日志，如果一個(gè)日志文件寫滿了之后，將會切換到另一個(gè)日志文件，逐漸覆蓋老的日志內(nèi)容，在開啟歸檔模式后，數(shù)據(jù)庫會通過系統(tǒng)的歸檔日志來保存時(shí)間更久的REDO日志。達(dá)夢通過MAL系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)主備數(shù)據(jù)庫之間的REDO日志傳輸。MAL 系統(tǒng)是基于 TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一種內(nèi)部通信機(jī)制，具有可靠、靈活、高效的特性。電力調(diào)度系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)信息，在寫入主數(shù)據(jù)庫后，通過MAL系統(tǒng)同步到備數(shù)據(jù)庫之中。同時(shí)，MAL系統(tǒng)能夠完成守護(hù)進(jìn)程與監(jiān)視器之間的消息傳遞，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和監(jiān)測目的，實(shí)現(xiàn)故障處理控制和角色轉(zhuǎn)換的訴求。另外，達(dá)夢數(shù)據(jù)守護(hù)集群支持手動(dòng)和自動(dòng)切換模式，能夠通過監(jiān)視器執(zhí)行Switchover命令實(shí)現(xiàn)主備手動(dòng)切換。通過使用數(shù)據(jù)守護(hù)集群，可以為電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供高可靠保證，并可實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)的數(shù)據(jù)庫版本升級，減短數(shù)據(jù)庫檢修操作時(shí)間。因此達(dá)夢數(shù)據(jù)守護(hù)集群滿足用戶關(guān)于系統(tǒng)可用性、數(shù)據(jù)安全性、性能等方面的綜合需求，有效降低總體投入，獲得超值的投資回報(bào)。

結(jié)論：綜上所述，在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，商用數(shù)據(jù)庫具有舉足輕重的地位，無論采用哪種方式，都必須要保證電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的高可用性和高穩(wěn)定性，在電力調(diào)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化EMS系統(tǒng)的建設(shè)之初，就應(yīng)該考慮到如何使用商用數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行內(nèi)部評估和設(shè)計(jì)之后，結(jié)合實(shí)際情況選擇適合實(shí)際需求的優(yōu)化方案，充分發(fā)揮商用數(shù)據(jù)庫自由的優(yōu)勢，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供穩(wěn)健的底層支持。商用數(shù)據(jù)庫的功能很多，且能夠完成各類比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)調(diào)用及資源共享活動(dòng)，這對于商用數(shù)據(jù)庫來說在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中將是很好的推廣和發(fā)展。