基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统

刘蕤　曲霏　王世成　付华　齐致

摘  要： 为了解决现有灾备系统未考虑瞬间智能切换，存在的系统灾备效率低、异地验证误差大的问题，提出并设计基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统。根据灾备系统的说明，明确系统的设计目标。根据系统的灾备功能，设计系统的总体结构。基于此，对系统的硬件进行设计，硬件部分通过瞬间智能切换实现灾备系统的异地可验证。软件部分设计多项灾备子系统，通过各种子系统实现灾备系统的数据传输与运行。最后，对系统的运行原理与过程进行详细阐述。实验结果表明，与传统系统相比，该系统具有较低的灾备误差与较高的灾备效率，且系统运行稳定，最高灾备效率大于92%，充分证明了所设计系统的整体有效性。

关键词： 电网; 异地验证; 灾备系统; 瞬间智能切换; 数据传输; 实验验证

中图分类号： TN915?34; P208                     文献标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2020）20?0131?04

Power grid remote verifiable disaster recovery system based on

instantaneous intelligent switching

LIU Rui1，2， QU Fei2， WANG Shicheng2， FU Hua3， QI Zhi2

（1. Liaoning University of Technology， Jinzhou 110000， China; 2. State Grid Huludao Electric Power Supply Comany， Huludao 125000， China;

3. Liaoning Technical University， Huludao 125105， China）

Abstract： A power grid remote verifiable disaster recovery system based on instantaneous intelligent switching is proposed and designed to improve the low efficiency of disaster recovery and large error of remote verification because of the existing disaster recovery system does not consider instantaneous intelligent switching. According to the description of disaster recovery system， the design objective of the system is defined. According to the disaster recovery function of the system， the overall structure of the system is designed. Based on this， the hardware of the system is designed. In the hardware part， the remote verification of the disaster recovery system can be realized by means of the instantaneous intelligent switching. In the software part， a number of disaster recovery subsystems are designed to realize data transmission and operation of disaster recovery system. The operation principle and process of the system are elaborated in detail. The experimental results show that， in comparison with the traditional system， the system has lower error of disaster recovery， higher efficiency of disaster recovery， and is running stable. The maximum efficiency of disaster recovery is more than 92%， which fully proves the overall effectiveness of the designed system.

Keywords： power grid; remote verification; disaster recovery system; instantaneous intelligent switching; data transmission; experiment verification

電网异地可验证灾备系统能够将对应的电网灾备数据进行复制，完成异地同步传输以及存储，在灾备中心数据向异地传输的过程中自身也会生成备份文件[1]。为了将灾备系统在实际生活中进行广泛的应用，还需要建立相应的稳定通信网络与数据处理系统[2?3]。

目前，应用级的灾难数据备份是实施災备的趋势，众多学者均提出相关系统的设计方法并取得一定成果。文献[4]提出基于Goldengate的异地灾备系统，分析了Goldengate的主要特点与在灾备系统中应用的优势，但是该方法的灾备效率较低，实际应用性较差。文献[5]首先对地理信息测绘的成果数据进行复制，但是该系统的灾备准确性需要进一步提高。文献[6]依赖互联网的迅速发展，不具备异地验证功能。文献[7]提出智能电网的数据采集、分析和监控软件，但是系统运行稳定性较差。文献[8]分析从传感设备到云中心的数据传输需要很长时间，异地验证误差过大。

为了解决上述系统存在的灾备问题，本文设计基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统。

1  系统设计目标

1.1  系统说明

1） 根据上级传达的灾备指令，灾备中心的工作人员启动灾备系统，启动灾备标志。

2） 开启灾备系统后，系统自动将对应的灾备信息进行备份，并传输至指定的异地备份中心，通过存储模块完成灾备数据的存储。

3） 对灾备数据进行异地验证。

4） 通过系统具备的异地验证功能，对灾备数据进行异地验证，判断灾备情况。

5） 在经过验证后，系统给出灾备数据验证情况表，以供工作人员进行判断。

1.2  设计目标

基于瞬间智能切换设计电网灾备异地可验证系统，以系统需求为依据的系统设计目标为：

1） 所设计的灾备系统为开放性系统，支持在大部分系统上使用，并且采用通用的TCP/IP网络。

2） 异地可验证作为该系统的一大功能，要在灾备数据向异地传输的过程中进行本地与异地数据的备份存储，并且保障灾备数据的完整与可用性。

1.3  系统总体结构设计

异地灾备系统因与本地系统处于不同的地理位置，两地距离越远出现误差与降低效率的可能性就越高[9]，结构图如图1所示。

由图1可知，一旦本地系统的运行出现故障，灾备数据的相应操作立即转换至异地系统，保证灾备数据的不间断存储以及其他操作，保护了数据的完整性。

2  系统硬件设计

2.1  硬件规划设计

在基于该系统的硬件设计方面，与系统的整体结构基本保持一致，建立一个总控制中心对小型控制中心的数据操作进行总控制，确保灾备数据操作的稳定有序[10]。其硬件结构如图2所示。由图2可知，基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统硬件部分包括总控灾备管理中心、分控灾备管理中心、分控路由器、策略机等。

总控灾备管理中心对系统的灾备数据进行总体管理，包括灾备数据的数量管理与存储情况管理，并定期向总控中心发送检测报告[11]。根据系统总控灾备管理中心的数据处理情况与服务器的运行性能，小型分控中心分别由4台数据库服务器、4台策略机与管理终端组成。所设计的硬件结构能够满足灾备系统的数据管控需求，提高灾备系统的性能[12?13]。

2.2  瞬间智能切换

2.2.1  电网电阻接地

中性点电阻接地方式一般定义为配电网中至少有一个接地电阻，按照限制接地故障电流大小的要求不同，分为高、中、低值电阻3种接地方式。在小电阻接地配电网中，首要优点是一旦电网发生单相接地故障，非故障的电压不会产生大幅度的变化，因此小电阻接地配电网对设备的抗电压变化能力要求较低，抗压能力选择一般的电压即可。

2.2.2  中性点瞬间智能切换

电网中性点瞬间智能切换将电阻接地和消弧线圈在一个电路中完成连接，使该电网既有消弧线圈接地的特点，又可以通过瞬间智能切换消除单相接地产生的线路故障，减少电源处的跳闸次数，并且拥有小电阻接地隔离故障线路的优点，保证灾备系统异地可验证的准确实现。

3  系统软件设计

3.1  系统整体软件结构设计

基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统的硬件部分由各个模块协调工作而组建，而软件部分则由各个子系统组成，分别为用户界面子系统、策略管理子系统、状态分析子系统、数据存储子系统。灾备系统软件结构如图3所示。

3.2  用户界面子系统

用户界面子系统为工作人员与灾备系统的人机交互提供便利的平台，工作人员可以通过该子系统对灾备系统中的数据进行统一的管理[14]。

3.3  状态分析子系统

为了能够详细且实时地掌握灾备系统各个分控中心的运行情况，设计状态分析子系统，便于灾备系统对突发情况及时地采取相应对策。

3.4  策略管理子系统

策略管理子系统作为灾备系统中不可缺少的组成部分，可为灾备系统提供重要的决策管理服务。当进行异地灾备数据互助处理时，分控中心分配完相应的灾备数据后，策略管理子系统则自动生成灾备数据加载策略。

4  系统分析

4.1  系统数据流向分析

在对整个应用灾备系统需求描述的基础上，完成系统功能设计，如图4所示。

4.2  系统运行原理分析

在设计系统时，将异地灾备系统与本地灾备统之间的距离设置的较远一些，一旦大型灾难来临，异地灾备系统与本地灾备系统同时遭受破坏的可能性较低[15]。在本地灾备系统保持正常运行的状态下，工作人员直接对本地灾备数据进行直接的交互处理。

5  实验验证

为了验证基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统的整体性能，设计对比实验，地区地图采用百度地图进行显示。实验环境参数如表1所示。

实验的对比指标为：灾备范围验证、异地驗证误差、异地灾备效率、灾害系统运行能耗。根据上述实验指标将所设计系统与文献[5]、文献[6]系统进行对比分析。

5.1  灾备范围验证

为了验证所设计系统的异地范围，进行系统灾备范围验证，灾备范围结果如图5所示。

由图5可知，在北京与杭州之间、北京998 km、杭州1 101 km范围内均可实现异地灾备，充分证明所设计的系统具有广泛的异地灾备范围，以及较强的实际应用能力。

5.2  异地验证误差

为了验证不同系统的异地验证误差，通过计算不同系统的定位误差距离比较各个系统性能，获得对比结果如图6所示。

分析图6可知，随着实验次数的不断增加，不同系统的误差不同。以前10次实验为例，文献[5]系统误差值达到120 m，文献[6]系统误差值达到205 m，所提系统误差值仅为7 m，所提系统的定位误差远远小于其他2种方法。当实验次数为100次时，文献[5]系统误差值达到116 m，文献[6]系统误差值达到135 m，所提系统误差值仅为5 m，所提系统的定位误差最小。基于此，可以说明所设计系统具有较高的定位准确性。

5.3  异地灾备效率

为了验证系统的性能，以异地灾备效率为对比指标进行对比实验结果，如图7所示。

从图7可以看出，在不同的实验次数下，所设计系统的灾备效率一直呈现较高的状态。当实验次数为20次时，文献[5]系统的灾备效率为68%，文献[6]系统的灾备效率为67%，而所提系统的灾备效率为97%，所提系统的灾备效率高于其他2种方法。当实验次数为100次时，文献[5]系统的灾备效率为43%，文献[6]系统的灾备效率为60%，所提系统的灾备效率为92%，所提系统的灾备效率高于其他2种方法。因此说明这2种系统的波动严重，所提系统的稳定性较好。

6  结  论

为了提高灾备系统的效率，降低灾备系统的误差，实现灾备信息的异地验证，文章设计基于瞬间智能切换的电网异地可验证灾备系统。实验结果表明，与传统系统相比，该系统具有较低的灾备误差与较高的灾备效率，且系统运行稳定，最高灾备效率大于92%，充分证明所设计系统的整体有效性。

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