流域集控异构系统数据库比对设计与实现

洪 林，陈 鹏，魏 鹏，戴宏伟，王宇航

(1.雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610051；2.南瑞集团有限公司， 南京 211106)

0 引 言

为了科学利用流域水能资源，提升电站运维人员生活品质，国内大型水力发电企业均相继建成了流域水电站群集控中心[1,2]。流域集控中心一般具备四大功能：电力运行、水库调度、生产管理、应急指挥。远动通信是指应用通信技术对远方的运行设备进行监视和控制，以实现远程测量、远程信号、远程控制和远程调节等各项功能，其承担着梯级流域信息传输的重担，是实现电力运行中监视及控制的主要技术手段。在远动通信中，为了正确传送和接收信息，必须有一套信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定，这一套约定称为规约或协议。IEC60870-5-104通信协议是国际电工委员会(IEC)为了将IEC60870-5-101远动通信协议用于以太网实现而制定的，能满足监视控制信息的传输要求。同时在实时性，信息有效率，准确性，信道占用率这4个方面均表现良好，适用于我国电网的实际情况，兼容性良好、标准且方便管理。目前包括流域集控中心在内的调度自动化系统主要采用IEC60870-5-104规约与各个水电站之间进行远动通信。

流域集控中心与各级电力调度机构(地调、省调、网调)的区别在于，流域集控中心一般需要对水电站进行全监全控。这也就导致常规远动通信中的一些问题更加突出：①集控中心与水电站的SCADA系统多为异构系统，水电站侧无论是维护还是改造经常要修改SCADA后台数据库，集控中心都要做相应的修改，否则就会导致集控中心与水电站的数据不一致，这种不一致不仅会影响监视，严重时甚至会导致误判断和误操作，最终影响安全稳定运行。②远动通信信息点表数据规模大(数万点)，全站所有的四遥量分别在各自的一张总表里，修改时需要先查找，然后逐条进行修改和检查。并且集控中心和水电站不同地点不同人员进行不完全同步的修改，极易出错。因此，要提出一种异构SCADA系统间数据库比对的方法，在确保安全稳定运行的同时，提高工作效率。

1 流域集控远动通信原理

包括IEC60870-5-104在内的远动通信，能够进行信息的传递，依赖的是通信双方事先按照协议中的定义对所有的测点进行了地址的编排。地址的编排是一种映射，对应着图2中的映射2。在水电站SCADA系统中通常会建立一张远动信息点表，这张表用于保存远动通信的所有上行、下行测点信息，以及测点的数据库编码信息和IEC60870-5-104对应关系，这种对应关系就是图1中的映射1和映射3。整个远动通信的准确性与这3个映射的正确与否相关。

图1 流域集控远动通信示意图Fig.1 Schematic diagram of basin-controlled remote control communication

2 水电站SCADA系统数据对象

数据库比对的基础是能够解析异构的流域集控中心和各个水电站SCADA系统的数据对象。在SCADA系统软件中定义的数据对象包含了数值、属性和方法，这些数据对象通常被称为测点或点[3]。这些数据的变量特征、报警限值和刷新死区等属性，以及是否报警和是否记录等操作方法，被封装成一个整体来对外提供服务。

2.1 测点树结构

在水电站SCADA系统中，所有的测点都挂在分层的树形结构中，最终形成一棵“测点树”，测点树结构如图2。

图2 测点树结构图Fig.2 Survey point tree structure

测点树中有三种类型的节点：根节点、中间节点和叶节点。根节点是同一棵树中除本身外所有节点的祖先，没有父节点。中间节点的作用主要是形成测点树的基本结构，它的子节点可以是中间节点，也可以是叶节点。中间节点是具有一定的实际意义的，可以是指某个实际的时间单元、空间单元或物理设备，也可以是指抽象的逻辑功能单元。叶节点指的是测点，没有子节点。测点可以是实际的I/O量，也可以是虚拟的，各个SCADA系统中特有的复杂的测点类型，例如组合测点等。

2.2 测点编码

国内主流水电站SCADA系统测点编码如表1。

表1 主流水电站SCADA系统测点编码Tab.1 Point codes for SCADA systems of mainstream hydropower stations

结合2.1中的测点树，发现水电站SCADA系统在对测点进行编码时使用的规则基本类似。测点的编码信息就是测点在测点树中的位置信息。只不过不同的系统中树的层级总数不同，反映在编码上也就是编码的位数不同，例如在表一中，中水科H9000系统采用四位编码，而其余两个系统采用的是五位编码。另外不同的系统中每位编码的长度也不相同，命名也有各自的定义。

为了进行数据库比对，需要将测点编码进行统一。同时远动通信采用的是IEC60870-5-104协议，所以在编码时进行综合考虑。形成五位编码：

P1.P2.P3.P4.P5

编码中，P1表示测点的第一层位置信息，可用于标识厂站号，对应于104的公共地址1；P2表示测点的第二层位置信息，可用于标识单元号，对应于104的公共地址2；P3表示测点的第三层位置信息，可用于标识设备对象号或LCU号，对应于104 的信息体地址1；P4表示测点的第四层位置信息，可用于标识数据类型，对应于104的信息体地址2；P5表示测点的第五层位置信息，可用于标识测点序号，对应于104的信息体地址3。

2.3 测点属性

在进行数据库比对时，除了要比对测点描述外，也要比对一些关键属性。因为流域集控中心在对水电站进行远程监控时，常会由于测点的关键属性不一致，而导致数值显示异常、报警混乱，甚至是下发控制错位等问题，影响安全稳定运行。

远动通信进行传输时，涉及四遥量，包括：遥测、遥信、遥控、遥调。对于各种不同的数据类型，除了编码和描述，直接影响监视和控制的关键属性还包括：①遥测：高高限、高限、低限、低低限、报警与否、报警级别、记录与否、比例系数。②遥信：复归描述、动作描述、是否报警、报警级别、记录与否。③遥控：无。④遥调：比例系数。

3 异构数据库比对方法和过程

依据流域集控中心远动通信原理以及整理抽象的水电站SCADA系统测点编码和测点属性，形成对应SCADA系统的标准测点编码对照表，则可以进行异构SCADA系统实时数据库[4]的比对。其中标准测点编码对照表可以采用XML结构进行描述和映射[5-7]，基本原理就是采用编码映射机制屏蔽各独立系统的异构性和复杂性[8]。具体比对分五步进行，包括“导出”、“转换”、“比对”、“查找引用”、“同步修改”：①导出：水电站侧SCADA系统导出测点表，内容包括：测点编码、测点描述、测点关键属性、测点104地址。②转换：集控中心侧SCADA系统软件选择水电站对应SCADA系统标准测点编码对照表，打开步骤1中导出的水电站侧测点表。③比对：以测点编码作为关键字，找到差异处，包括测点增减、测点描述不一致、限值等属性不一致，并将差异项进行标识。④查找引用：查找差异项相关的所有组合点、画面、报表等引用处，并进行提示，即该测点修改的影响范围。⑤同步修改：根据比对的分析结果和建议，选择需要同步的差异项，经确认后进行修改。

4 结 语

文中通过调研目前国内水电行业较为主流的SCADA系统，总结归纳了其数据对象，包括测点编码以及测点属性，分析其共性。建立了异构SCADA系统数据库间比对的数学模型，并且给出了比对的方法。实现的实时数据库比对功能能够从流域集控中心实际生产运行维护出发，解决了现有人工比对方式下的低效和高风险问题。同时对于其他水利或新能源等集控SCADA系统的运行维护也有一定的参考意义。

另外还有一些方式可以避免数据库比对与同步。例如对于异构SCADA系统，在流域集控中心部署延伸操作员站也是一种方式，相当于将水电站SCADA系统的监控终端放置到了集控中心，但是会增加设备投资成本和维护成本。对于电网调度而言，上级电力调度对下级调度单位则采用数据远程调阅的方式，来全面了解系统运行状况，针对图形转换和数据交换分别采用电力系统图形描述规范CIM/G和电力系统实时数据通信应用层协议DL476-92进行开发[9]。