灾备技术在宁波电网调度自动化系统中的应用与开发

周伟锋，闵 涛，王首顶

（国网电力科学研究院，南京 210003）

灾备技术在宁波电网调度自动化系统中的应用与开发

周伟锋，闵 涛，王首顶

（国网电力科学研究院，南京 210003）

0 引言

在当今社会，恐怖事件、自然灾害（地震、火灾、洪水等）、各种人为因素以及关键设备的故障都有可能导致企业信息系统的瘫痪，毁灭关键业务数据。因此，如何保持计算机信息系统的高可用性面临着严峻的挑战。

电网调度自动化系统对电力系统的安全稳定运行起着不可或缺的作用，负责监视和控制电力系统的发电、输电、变电和配电设备的安全运行。该系统通过对所辖电力系统运行信息的实时采集、处理和分析，结合历史运行数据来作出优化合理的判断和控制决策。

文献[1]探讨了建设电网调度自动化灾难备用系统的重要性，以及利用变电站的集中监控系统（简称集控系统）来建设地区SCADA/EMS系统灾难备用系统的可行性，为电力企业利用现有系统建立电网实时监控灾难备用系统进行了有益的探索和尝试。

结合宁波调控一体化系统建设的实际情况，提出了地区调度SCADA/EMS与某套集控系统相互备用，以及地区调度SCADA/EMS系统作为各县调、其他集控系统多点备用 （一套系统备用多套系统）的灾难备用方案。

1 系统方案设计

1.1 宁波调控一体化系统

宁波调控一体化系统包括宁波地调SCADA/EMS系统（以下简称地调SCADA/EMS系统）和500kV集中监控系统（以下简称500kV集控）、220kV集中监控系统（以下简称220kV集控）、象山县调度自动化系统（以下简称象山县调）、宁海县调度自动化系统（以下简称宁海县调）。5套系统均采用南瑞研制的OPEN-3000系统，该系统遵循了能量管理系统应用程序接口标准 （EMS-API）——IEC61970标准[2]，设计了遵循CIM的系统内部数据模型定义，实现了CIS标准接口，同时采用了先进的CORBA组件技术，达到系统的标准化、构件化，使系统具有很好的开放性，为实现系统间标准化互联打下了基础[3]。

1.2 系统方案总体设计

系统方案示意图如图1所示。在正常情况下，5套系统各司其职，500kV集控负责监控500kV厂站，220kV集控负责监控220kV厂站，象山县调和宁海县调各自监控其所辖厂站，地调SCADA/EMS系统负责调度管理宁波电网的安全稳定运行。同时，地调SCADA/EMS系统对500kV集控、象山县调、宁海县调起到异地灾难后备的作用，当它们中的某套系统瘫痪时，地调SCADA/EMS系统能快速接管相应的功能。地调SCADA/EMS系统与220kV集控异地相互备用，当其中的某套系统瘫痪时，另外1套系统可以在不影响原有功能的同时，担负起故障系统的作用，从而大大提高该地区电网调度自动化系统在灾难面前的可靠性。

图1 系统方案示意图

2 备用功能特点

2.1 备用结构图

以宁波地调SCADA/EMS系统和220kV集控系统互备为例，系统备用结构如图2所示。

首先，地调SCADA/EMS系统和220kV集控系统均为独立完整的SCADA系统，具备数据库、SCADA服务器、前置服务器、前置通信模块、主交换机、前置交换机等所有功能部件，一般情况下各自独立运行。

图2 系统备用结构图

其次，地调SCADA/EMS系统主网与220kV集控主网通过光纤互联，2套系统在物理上是相互连通的。地调SCADA/EMS系统通过网络通道、专线通道与所辖厂站通讯；220kV集控通过网络通道、专线通道采集与地调SCADA/EMS系统一致的厂站信息。

2.2 多级互备

地调SCADA/EMS系统和220kV集控2套系统运行时的互为备用可以分为以下3个级别。

1）通道级的互备：当地调SCADA/EMS系统由于某厂站的主备通道均发生故障而收不到数据时，220kV集控的前置子系统能够向地调SCADA/EMS系统的前置子系统发送该厂站的完整信息；反之亦然；

2）前置级的互备：当地调SCADA/EMS系统的前置子系统发生故障时（如前置交换机故障导致数据采集网断网），地调SCADA/EMS系统能够通过220kV集控前置子系统得到所管辖的所有厂站数据；反之亦然；

3）系统级的互备：当由于重大灾难（如地震）造成其中1套系统整体瘫痪时，另1套系统应当可以独立担当起对当地电网的监控和管理任务。

2.3 统一维护

利用OPEN-3000的复制功能，再结合2套系统间实时数据互备功能，可实现图、模、库统一维护。该模式下，2套系统的静态数据（图形、模型、参数）自动同步、完全一致，方案实现相对比较简单可靠、工作量较小，但有一定的局限性，仅适用于1套调度带1套集控的备用模式，并且要求2套系统均为OPEN-3000系统。

上述方案并不适用于宁波调控一体化系统，主要存在以下问题。

1）宁波调控一体化电网模型拼接存在异构系统间的数据导入、导出及拼接过程，地调和县调需要交换属于各自管辖范围内的厂站模型等数据；

2）将来可能会有其他型号的县调并入调控一体化系统；

3）地调SCADA/EMS、集控、县调管辖范围不一致，数据规模、硬件配置差异较大，不适合利用OPEN-3000的复制功能实现数据统一维护。

考虑到地调SCADA/EMS系统、各集控系统、各县调系统对于模型的关注程度是一致的，拼接范围主要包括模型、图形、设备参数等，并且要求实现量测参数的同步，故采用基于标准CIM扩展的以厂站为单元的导入导出方案来解决厂站数据维护需求。

数据维护遵循如下原则。

1）每一个厂站只在1套系统维护；

2）导入的最小单位为一个厂站；

3）500 kV集控负责维护500kV厂站；各县调负责维护所辖厂站；地调SCADA/EMS系统负责维护220kV厂站及其他厂站；220kV集控不进行厂站维护；

4）从500kV集控系统可按厂站手动导出模型、图形、参数至地调系统；各县调系统与地调SCADA/EMS系统可按厂站手动互导；

5）地调SCADA/EMS系统的模型、图形、参数自动复制至220kV集控系统，两套系统模型、图形、参数完全一致。

各套系统间维护数据流如图3所示。

图3 系统间维护数据流向图

3 关键技术设计

3.1 数据通信链路的建立

数据通信链路通过2套系统间互连的光纤通道，建立一个网络方式的双向数据通道。该通道负责将一侧系统的数据发送到另一侧系统中。

为保证数据的可靠传输，通信链路中采用以下若干措施[4-6]:

1）可靠传输。数据的传输采用TCP方式，每个报文都有可靠的应答机制，保证每个报文都能够正确传到目的地。

2）严格按照报文先到先发的顺序处理报文，保证报文严格按照时序处理。

3）报文编号。每个报文都在生成的时候由系统自动产生一个唯一的编号，该编号将由该报文产生一直保存到该报文成功发送后丢弃，以便追踪报文的生命周期。

4）日志记录。在报文的整个传输过程中，都由相关进程记录完整的日志，日志中记录报文的编号和若干重要信息，以便跟踪报文的传输过程。

5）主备机切换。通信链路的建立应考虑到主备机的切换，保证在主备机切换的过程中，不会丢失数据。

6）单机运行模式。当系统中只有一台服务器时，通信链路仍然能够正常建立，而不关心当前备机处于什么状态。

7）报文堵塞门槛。通信进程对报文的等待队列设有最大值，当网络出现故障时，通信链路不出现无限制的保存报文，从而导致机器出现磁盘被占满的现象。

8）监管进程。用于协调和监管通讯进程的运行，并有相关的管理工具，以方便调试和管理。

3.2 数据共享

正常情况下2前置子系统分别采集上行数据。每台前置机上运行一个server（数据服务）进程，一个client（数据客户）进程。client（数据客户）进程将本系统的厂站工况定期发给对端前置系统，server（数据服务）进程负责接收处理对端的工况、数据报文。当有一端系统厂站退出而另一端系统正常时，正常端的server（数据服务）进程经判断比较2套系统的工况状态，再将本系统的该厂站的变化数据、全数据发送给异常端的前置系统，并保证两套系统的该厂站的变化遥信，SOE事件时间严格一致。异常端的该厂站工况变为共享投入状态，画面数据显示正常。待异常端的该厂站接收到RTU数据工况正常投入后，正常端收到原异常端的工况投入报文则停止发送数据报文，只定期互传工况信息。

3.3 传输路径

2 方系统通过双网互传数据，当现运行网段故障时，2方系统会自动判断切换到另一网段，并保证切换期间发生的遥信变化报文不丢失。若两个网段都不通，则持续切换网段，并且给出报警，启动报文的暂存机制等措施，直到某一网段可以连通为止。

3.4 共享标志

2 方系统的厂站是否需要数据互传功能由前置厂站信息库中的共享标志决定。细化到每一个厂站，由用户自行灵活选择所须互备的厂站。共享标志支持在线动态修改，立即生效。

3.5 数据同步

系统参数的自动同步：利用OPEN-3000系统支撑平台提供的数据同步机制，凡宁波地调系统侧进行的任何画面、数据库等系统参数的修改，均能自动同步到220kV集控系统中，并通过校验确保系统参数的一致性。

4 结论

随着时代的发展和技术的进步，容灾备份的技术和需求都在不断发展。在电网调度自动化领域，容灾备份的重要性和作用也越来越被重视。宁波电网调控一体化系统工程的开发与实施，将大大提高宁波电网运行的可靠性，特别是遭遇重大灾难时，自动化系统依然能保证对电网运行的正常调度和监控。通过不断实践以及灾备技术的逐渐完善，电网调度自动化系统将向更高层次发展。

[1]丁锋，朱红，冷俊，等.地区电网调度SCADA备用系统的建设[J].电力系统自动化，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，吴文传，张伯明，等.基于IEC61970的CIS服务与SVG的研究和实践[J].电力系统自动化，2005，29（22）：60－63.

[4]王为国，代伟，万磊，等.调度自动化系统数据共享模式的探讨[J].电力系统自动化，2005，29（4）：88－91.

[5]李亚平，姚建国，黄海峰，等.SVG技术再电网调度自动化系统中的应用[J].电力系统自动化，2005，29（23）：80－82.

[6]刘崇茹，孙宏斌，张伯明，等.基于CIM XML电网模型的互操作研究[J].电力系统自动化，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

针对电网的安全运行对电网调度自动化系统可靠性的高要求，介绍了宁波电网调控一体化系统的方案设计，提出了宁波电网调度自动化系统和220kV集控系统相互备用，以及宁波电网调度自动化系统对500kV集控系统、宁海县调系统、象山县调系统多点备用的灾备方案。宁波调控一体化系统的实施推动了灾备技术在电网调度自动化领域的应用和发展。

调度自动化系统；灾难备用；调控一体化；多级备用；统一维护

1674-3814（2010）01-0036-04

TM734

A

2009-06-22。

周伟锋（1983—），男，硕士研究生，主要从事电网调度自动化和电力通信的研究；

闵 涛（1963—），男，研究员，主要从事电力系统自动化方面的研究；

王首顶（1964—），男，研究员，主要从事电力系统自动化方面的研究。

（编辑 秦 奋）