实时数据库软件在田湾河水电厂数据交换系统中的应用

申泉涌 王容 何月

【摘 要】实时数据库最重要的特性就是实时性，它包括事务实时性和数据实时性。安全日志能够将数据总线上发生的所有数据访问的信息记录下来，提供安全验证和数据权限控制能力，能够灵活控制应用系统的数据访问范围。本文就田湾河水电厂的实时数据库软件的应用进行简述。对数据交换系统的设计目标、数据交换系统的设计原则及集控、远控中心数据交换系统技术要求进行了详细的探讨。

【关键词】数据交换系统 设计目标 设计原则 管理

田湾河水电厂数据交换系统放置于非实时控制区II区，拟完成与II区相关系统的总站系统的数据整合、处理；完成与实时控制区I区计算机监控系统的数据交换、处理；与管理信息大区电力生产信息管理系统的数据交换、处理，另外在生产管理区III区直接接入了广域网络，广域网络的传输通道采用四川省电力公司电力数据通信网络，安全III区的网络通过本区边界的一台防火墙设备直接与上下级的生产管理区进行网络连接。

1 数据交换系统的设计目标

（1）建立基于CIM的数据交换机制。使四川田湾河流域成都远控中心安全I区和II区内的各类应用系统间能够互联、互操作，实现数据的共享和企业全局的元数据仓库，数据交换系统的建设必须遵循标准化原则。基于IEC61970/61968标准开发出集成总线平台，并参照IEC61970/61968CIM模型，采用标准IEC61970GID接口。

（2）建立总线型数据集成交换平台。数据交换系统是实现“数字化电厂、信息化企业”长远目标的必由之路，是落实集约化、集中式管理的有效手段。为了建立田湾河数据交换平台，需制定整体的集成模型和策略，采用统一的元数据模型与接口标准，形成统一的数据视图与功能视图。相对于点对点的集成方式而言，企业级应用集成平台采用总线型技术。

（3）建立可伸缩的数据交换架构，充分保护投资。数据交换系统的建设应体现总体规划、分布实施的思想，设计时应考虑到满足以后中游电站接入时的扩充或通用的需求，以充分保证田湾河开发有限责任公司的投资保护需求。

2 数据交换系统的设计原则

（1）本系统应根据“统一规划、分步实施”的原则分阶段进行建设，首先搭建系统的基本框架，实现发电信息监视；在此基础上，实现调度运行管理等管理功能；最后根据公司实际情况，开发其他高级应用分析功能。在系统的每个建设阶段需要充分考虑系统的扩展和开放性。

（2）采用成熟的技术，以保证系统可靠、安全、稳定地运行；同时也要尽量提高技术的先进性，确保系统能够平滑升级和扩充。

（3）在网络结构、硬件和软件的配置上应遵循开放性的原则，以达到系统的可扩充性、可维护性；在选型上应选用符合模块化设计、遵循国际标准的产品。

（4）尽量减少软硬件之间的依赖程度以及软件之间的耦合程度，以提高系统的开放性、兼容性、可维护性。

3 集控、远控中心数据交换系统技术要求

（1）安全区域II中的交换数据库服务器系统采用二台小型机与现有的设备（FC交换机和一台磁盘阵列）组成，二台服务器集群以主、备方式运行，数据库采用大型关系型数据库企业版。配置一台PC服务器作为交换平台服务器。

（2）安全II区的网络分为前置网络与核心网络。安全II区与安全I区之间设置一台防火墙，保证两个区域之间数据访问的安全。安全II区与安全III区之间设置有正反项隔离器，保证两个区域数据交换的安全性。安全II区的网络中设有网络入侵检测设备及管理工作站用以防范网络攻击。安全II区的网络备有防病毒的安全措施。

（3）安全区域II中配置一台通信服务器支持正向隔离设备的数据传输；安全区域III中配置一台同样的服务器与安全区域II的通信服务器对称，提供同样的数据传递与安全保证服务工作。

（4）在安全区域III中配置二台小型机服务器组成一个集群，构成安全II区数据库服务器的镜像服务器。在生产管理区（安全III区）设置1台数据服务的WEB发布服务器，对外提供数据服务。另外为了便于数据交换平台的管理和应用历史数据查询，设置一台生产管理工作站（兼数据备份服务器）。该工作站同时配置管理应用软件和数据备份应用软件。安全III区网络的下级电站的视频安全监控系统的数据流，可以通过安全策略直接穿过防火墙，进入集控、远控中心安全III区的监管系统。

（5）原有（I区、II区、III区）的水电调度控制与相关应用系统和硬件平台应保持不变，并且连接逻辑关系保持不变。

（6）支持建立异构的分布式应用环境下的数据集成访问平台，能够屏蔽数据存储的异构性和不同数据库操作的异构性，形成统一的虚拟数据视图。

（7）提供增量数据复制方式：支持实时复制和定时复制两种模式。可以在复制过程中实现字段的合并，拆分等，可以记录数据的变化流水，以便跟踪数据的变化。支持不通过复制，直接用联邦的方式将数据逻辑的整合到统一平台

4 实时数据库软件在数据交换系统中的应用

数据交换系统是一个分布在内交换平台和外交换平台的分布式架构的系统，实时数据库软件在数据交换系统的应用中具有以下功能：

（1）基于CIM的数据模型管理。 CIM模型定义了水电领域相关资源对象，它包括基础数据类型、枚举类型、自定义类型的定义、类型属性的定义，并且能正确描述定义类型间的继承关系、包含关系、关联关系等信息。使数据表达标准化、一致化，为系统间进行数据交换和共享奠定基础。为了在不同信息系统之间共享数据，需要建立统一的数据模型即CIM模型来解决异构系统间数据表达语义不一致的问题。

（2）数据接入管理。在数据交换系统中，数据的采集和整合工作主要是通过安全II区的集成数据总线来完成的。接入的系统包括I区的计算机监测系统、II区、III区、故障和继电保护的信息管理系统、电量采集系统、发电计划制定系统、PMU系统、水情自动测报系统和消防监控系统。正在进行III区的生产管理信息系统建设，提供了完整数据交换格式，接入系统的数据包括图形SVG数据、关系型数据、实时数据、文本文件、消息/数据包等。

（3）统一接口访问。高速数据访问接口HSDA可以通过高速的数据访问接口的提供，来实现SCADA系统中的电流、电压、开关状态、负荷等负控系统中的电量数据等实时访问。通用数据访问接口GDA可以实现对多种数据查询业务以及数据更新业务，即可以对电网模型数据进行简单查询、复合查询、关联查询或过滤查询等。事件访问接口GES可以提供对设备以及电网运行故障告警等事件信息数据进行实时访问服务。时间序列数据访问接口TSDA为了能够对数据量大的历史数据进行批量访问，它将提供按时间序列访问数据的一组接口。

（4）内交换平台数据中心。通过对数据集成的方式，I区的计算机监测与控制系统和II区的各个总站系统可以将UDP消息数据、实时数据、图形数据、结构数据等所有类型的数据按照主题的方式进行整理、合并、关联、管理、维护。在本数据交换系统平台中，通过集成数据总线获取来自安全I区和安全II区的设备、电网等主数据，采用基于CIM 模型标准实现标准化和统一集中管理，并且开放统一的访问接口，通过集成数据总线为外部系统提供数据服务。

（5）外交换平台数据中心。外交换平台数据中心位于安全III区，主要是在对来自于安全II区的数据进行同步的同时，还能整理合并III区的应用系统数据，并且还会提供标准的数据访问接口IEC61970CIS，III区的集成数据总线能够给III区的EAM、ERP、MIS等应用系统提供相关数据服务。

（6）数据的整合分发。1）数据联邦。数据总线可以提供联邦式的数据集成模式，由于总线能够提供数据封装能力，所以会接入各种结构化和非结构化的数据，还能对最终用户隐藏接入系统的物理位置，从而使多个分布式应用系统看起来就像一个应用数据的供应者。应用系统从总线获取数据时不用关心数据来自的来源，也不用了解该系统的连接协议等信息，接入总线的系统相对数据应用系统是保持透明的。2）数据路由。数据总线对接入系统所能共享的数据类型、接口服务和属性等信息进行有效的管理，能够向总线提出数据访问请求，设置数据分发规定将该请求分发给满足条件的数据提供者，从而降低对不相关系统的访问压力，使数据的访问效率得以提高。3）数据合并。能够合并来自多个系统的繁杂的数据，去除重复数据，保证数据的统一。要求数据集成总线能明确指定一个正确的数据源，并能设置合并规则对来自多个数据源的数据进行合并。

（7）数据镜像同步。可以支持以“快照”和“增量”的方式进行的数据镜像，将安全II区的内交换平台主数据、图形数据、实时数据、非结构化数据镜像同步到安全III区的外交换平台数据中心，以达到服务于III区的数据信息系统。

5 结语

目前，田湾河水电厂的数据交换系统已经运行，实时数据库的应用实现了对整个水电厂运行数据的统计要求，对水电厂的运行状况进行了实时监测与控制，为提高水电厂的发电量奠定了坚实的基础，从中发挥了不可替代的作用。

参考文献：

[1]蔡波.实时数据库软件在水电厂数据交换平台系统中的应用[J].水电自动化与大坝监测，2014.

[2]张崭.基于组态软件的电力系统实时数据库设计与实现[J].中国科学院大学，2014.