基于调度数据网络技术的调度控制系统地区互备通信模式研究

霍雪松，裴培

（江苏省电力公司，江苏南京 210024）

基于调度数据网络技术的调度控制系统地区互备通信模式研究

霍雪松，裴培

（江苏省电力公司，江苏南京 210024）

随着公司“大运行”体系逐步深化，四个“一体化”建设深入开展，对智能电网调度控制系统的稳定运行和备用系统都提出了更高的要求。为保障电力监控系统的安全稳定运行，提升互备电网的运行协同能力和整体驾驭能力，研究利用现有调度数据网双平面基础设备，通过GRE等技术实现智能电网控制系统通过调度数据网络同时采集本地区和互备地区的厂站信息，实现应用级的系统互备。结果表明，通过部署区域互备系统能够提供可靠的地区系统前置网络、互备系统后台交互网络、系统远程工作站交互网络，能够满足日益发展的集约化与一体化要求。

电力调度数据网；区域调度；组网方式；GRE

电力调度数据网是为电力调度生产服务的专用数据网络，是调度中心之间及调度中心与厂站之间计算机监控系统实现实时数据通信的基础设施。江苏电力调度数据网包括骨干网和接入网两部分，其中，骨干网包括数据网第一、第二平面；接入网包括省调接入网和地调接入网[1-2]。网络覆盖了江苏电网所有直调电厂、35 kV及以上电压等级变电站。调度数据网络为调度自动化系统、变电站集中监控系统、电能量自动采集系统、继电保护信息远传系统等应用业务提供了有力的支持[3-5]。

随着公司“大运行”体系建设的和谐运转，电网运行管理模式发生了深刻变化[6-8]。调度机构承担了调度监控业务一体化运行的工作，对调度自动化系统的安全稳定运行提出了更高要求[9]。为进一步加强调度自动化系统的业务支撑能力，江苏电网在地区智能电网调度控制系统建设过程中，利用地区间的系统实现相互备用，提高区域内系统高可用性，在自然灾害、通讯网络、关键设备故障等突发事件发生时，保证调度自动化系统不间断运行，为电网调控指挥提供高可靠支撑[11-12]。

本文针对智能电网调度控制系统地区互备需求，提出了优化调度数据网络结构，分析基于调度数据网络技术的互备系统之间通信模式。

1 控制系统地区互备网络通信需求

智能电网调度控制系统地区互备，是指互为备用的2个地区智能电网控制系统通过调度数据网络同时采集本地区和互备地区的厂站信息，实现应用级的系统互备。

调度数据网络在控制系统地区互备实现上发挥了重要作用，具体来说主要有以下几个方面：

1）提供可靠的地区系统前置采集网络。正常运行时，A、B地区系统均能实时采集两地区所有厂站信息。特殊情况下，如A地区系统或骨干网络失效时，B地区系统能够完成A地区所有厂站的数据采集。

2）提供可靠的地区系统后台交互网络。系统正常运行时，系统间需要进行数据维护信息、检修置牌信息等数据交互。

3）提供可靠的系统远程工作站交互网络。适应地县一体化系统要求，为县公司远程工作站提供网络平台。

2 调度数据网络结构优化

调度控制系统主站前置通信网关机接入调度数据网骨干网，地调厂站接入调度数据网接入网。目前，地区的接入网仅与地区的骨干网跨域互联，调度数据网网络现状图如图1所示。

图1 电力调度数据网拓扑结构示意图Fig.1 Topology diagram of the power scheduling data network

地调接入网A与地调骨干网B缺少备份链路，故在某些情况下，地调B无法采集地调A厂站的数据，故不能满足区域互备系统的采集要求。

为提高采集可靠性，地调A接入网新增500 kV变电站核心节点与地调B骨干网互联，地调B接入网新增500 kV变电站核心节点与地调A骨干网互联；500 kV变电站核心节点作为地调接入网与骨干网之间的第二网络出口，优化后的调度数据网络可较好满足区域互备系统的前置采集要求。网络示意图如图2所示。

图2 电力调度数据网拓扑结构优化示意图Fig.2 Optimized topology diagram of the power scheduling data network

3 MSTP通信模式

智能电网调度控制系统互备地调系统之间通信，传统的做法是基于MSTP网络专线，目前地县一体化系统地调与县调之间的通信基于MSTP网络专线，主要存在以下不足：

1）网络结构较为复杂，为了使地县一体化网络网络具备冗余性，需要将网络建成较为复杂的冗余结构。

2）二次安防设备部署较为复杂，为了使地调与县调之间的网络通信更加安全，需要在地调与县调通信的边界链路上部署二次安全防护设备，地调与县调之间通信可能经过多个其他县调边界，导致了二次安全防护设备部署及策略配置也较为复杂。

3）使用了较多MSTP网络资源。针对基于MSTP网络专线的地县一体化网络存在的不足，本文提出了基于调度数据网络MPLS-VPN隧道代替MSTP网络专线的智能电网调度控制系统互备地调系统之间通信模式，相较于MSTP网络专线，基于调度数据网络的地调系统之间的通信模式有以下几个优点：①网络结构简单，仅需要将系统后台网络接入调度数据网络双平面，由调度数据网双平面提供冗余的网络通道。②二次安防设备部署简单，仅需要在系统后台网络与调度数据网之间部署二次安防防护设备。③节约了MSTP网络资源。因为地调系统中的私有IP地址无法在调度数据网中传递，需要采用NAT地址转换或者GRE隧道实现地调系统之间通信，调度数据网络双平面可以满足互备地调系统间通信的冗余性要求，采用BFD技术可以实现主、备链路的快速切换。

4 GRE技术

GRE协议是对某些网络层协议的数据报文进行封装，使这些被封装的数据报文能够在另一个网络层协议中传输。GRE采用了Tunnel技术，是VPN的第三层隧道协议。

Tunnel是一个虚拟的点对点的连接，提供了一条通路使封装的数据报文能够在这个通路上传输，并且在一个Tunnel的两端分别对数据报进行封装及解封装。

GRE协议的主要用途有2个：协议封装和私有地址封装。

5 BFD技术

为了保护关键应用，网络中会设计有一定的冗余备份链路，网络发生故障时就要求网络设备能够快速检测出故障并将流量切换至备份链路以加快网络收敛速度。目前有些链路（如POS）通过硬件检测机制来实现快速故障检测。但是某些链路（如以太网链路）不具备这样的检测机制。此时，应用就要依靠上层协议自身的机制来进行故障检测，上层协议的检测时间都在1 s以上，这样的故障检测时间对某些应用来说是不能容忍的。某些路由协议如OSPF、IS-IS虽然有Fast Hello功能来加快检测速度，但是检测时间也只能达到1 s的精度，而且Fast Hello功能只是针对本协议的，无法为其他协议提供快速故障检测。

BFD协议就是在这种背景下产生的，它提供了一个通用的标准化的与介质无关和与协议无关的快速故障检测机制，其优点如下：

1）对网络设备间任意类型的双向转发路径进行故障检测，包括直连物理链路、虚电路、隧道、MPLS LSP、多跳路由路径以及单向链路等。

2）可以为不同的上层应用服务，提供一致的快速故障检测时间。

3）提供小于1 s的检测时间，从而加快网络收敛速度，减少应用中断时间，提高网络的可靠性。

BFD在2台网络设备上建立会话，用来检测网络设备间的双向转发路径，为上层应用服务。BFD本身并没有邻居发现机制，而是靠被服务的上层应用通知其邻居信息以建立会话。会话建立后会周期性地快速发送BFD报文，如果在检测时间内没有收到BFD报文则认为该双向转发路径发生了故障，通知被服务的上层应用进行相应的处理。

6 应用实例

6.1 基于NAT地址转换的通信模式

地调核心交换机A接入调度数据网第一平面，核心交换机B接入调度数据网第二平面，利用加密装置对地调私网地址与调度数据网应用地址进行NAT地址转换，网络拓扑图如图3所示。

图3 基于NAT地址转换通信模式的电力调度数据网拓扑图Fig.3 Topology diagram of the power scheduling data network based on NAT communication mode

地调A与地调B两台核心交换运行VRRP冗余协议，确定核心交换机A为主转发交换机，调度数据网第一平面作为地调间数据主转发主平面，数据网第二平面作为地调间数据转发备平面。

如果加密装置配置NAT源地址转换，则地调系统之间采用调度数据网的地址相互通信，但地调系统之间数据流流经不同的数据网平面，则被转换为不同的地址，不满足应用的需要。如果加密装置配置NAT目的地址转换，则地调系统之间可采用系统内私网地址相互通信，故确定加密装置配置NAT目的地址转换。

通过BFD和VRRP协议联动的方式确保主备链路可以相互切换，地调A核心交换机A上行链路接口地址与地调B核心交换机上行链路接口地址经加密装置地址转换后可以相互通信，地调A与地调B核心交换机A之间利用BFD报文相互监测，主转发链路发生故障的情况下，促发地调A与地调B核心交换机均进行VRRP主备切换，区域间通信链路切换至备用链路。

6.2 基于GRE隧道的通信模式

地调核心交换机A接入调度数据网第一平面，核心交换机B接入调度数据网第二平面，地调核心交换机A之间建立GRE隧道，核心交换机B之间建立GRE隧道，网络拓扑图如图4所示。

图4 基于GRE隧道通信模式的电力调度数据网拓扑图Fig.4 Topology diagram of the power scheduling data network based on GRE communication mode

利用GRE隧道，可以在地调A与地调B核心交换机之间运行OSPF路由协议，地调系统之间可以采用私网地址相互通信。

通过BFD和OSPF协议联动的方式确保主备链路可以相互切换，地调A与地调B核心交换机A之间、核心交换机B之间利用BFD报文相互监测，同时核心交换机提前计算备用链路，主用链路故障时不依赖于控制平面的收敛而直接在转发平面切换至备用链路。

基于GRE隧道的通信模式相较于基于NAT地址转换的通信模式有如下几个优点：

1）基于NAT地址转换模式，地调系统之间新增加一个通信需求，就需要配置一次NAT地址转换策略，配置工作量较大，基于GRE隧道的通信模式，可以实现地调系统间完全互联互通。

2）基于NAT地址转换模式，主链路故障会导致模式一中地调两侧核心交换机都需要进行VRRP主备切换，对系统的影响较大。基于GRE隧道的通信模式仅影响地调系统之间的数据通信，对系统内部通信没有影响。

综上所述，智能电网调度控制系统互备地调系统之间通信建议采用基于GRE隧道的通信模式。

7 结语

本文利用调度数据网络相关技术，实现了对调控一体化、地县一体化、区域互备系统数据通信需求的有效支撑。下一步需要针对各种通信模式的安全性进行深入研究。

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（编辑 董小兵）

Research on Regional Mutual Backup Communication Mode of Scheduling Control System Based on Scheduling Data Network Technology

HUO Xuesong，PEI Pei
（State Grid Jiangsu Electric Power Company，Nanjing 210024，Jiangsu，China）

With the gradual development of the company’s“Big Process”system，four“integration”construction have been carried out in depth，putting forward higher requirements for the stable operation of the intelligent power grid dispatching control system and the standby system.For the safe and stable operation of power monitoring and control system of security，enhance mutual backup operation of the power grid collaborative ability and the overall control capacity，research using existing dispatching data network dual plane based equipment，by GRE techniques achieve smart grid control system by dispatching data network and collecting in the region and each prepared area of station information，achieve application system by.The results show that the through the deployment of regional mutual preparation system can provide reliable regional system pre network，mutual backup system background interaction network，system remote workstation interactive network，to meet the growing intensive and integration requirements.

power scheduling data network；regional scheduling；network mode；GRE

2015-09-25。

霍雪松（1976—），男，博士，高级工程师，主要从事调度自动化方面研究和管理工作；

裴 培（1983—），男，硕士，高级工程师，主要从事调度自动化方面研究工作。

江苏电网“十三五”发展规划（1510011402HN）。

Project Supported by the 13th Five-Year Developing Planning of Jiangsu Power System（1510011402HN）.

1674-3814（2016）05-0047-04

TM711

A