基于电力调控特点及业务需求的增量数据实时同步技术研究

吴程楠，田 茜，陈 思

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

从长远视角来看，在营配贯通基础上进一步达成营配调贯通，不但能确保物联网数据基础的精准实时性，对全公司管理架构及管理模式的优化完善也具有重要意义。但达成营配调贯通的关键在于国家电网公司公共数据(SG-CIM)模型中的项目域与电网域的贯通。调度综合管理系统(OMS)集调度生产、专业管理和调度业务处理为一体，是调度部门的重要信息化平台和管理工具，但需要电网拓扑模型及相应的图模引擎。随着配电网结构复杂度与运行精细度的日益升高，以单条馈线为对象的传统管理方式正在被基于完整配电网、具有全局观的新型管理方式所取代。这就要求在OMS中描述、管理、应用一张完整配电网的拓扑及重要设备信息(即电网拓扑模型)，以达到安全运行、及时反应、优化调度、提质增效的总体目标。

由于OMS不是电网的数据源头，强调的是使用电网拓扑模型进行分析计算、管理并发布电网运行方式，而不需要维护模型本身的数据。因此，可粗略勾画出OMS在电网拓扑模型方面的以下原则性需求：需要一张完整配电网的拓扑模型；需要一个能够有效操纵、管理模型的图模引擎；该引擎能够对OMS业务处理过程中的分析计算提供有效支撑；该引擎能够与电网拓扑模型数据的来源系统高效对接、完全同步；该引擎能够将运行方式的变化及时反馈给其他外部系统；该引擎能够将电网拓扑模型的全部或任意部分按标准格式导出，为能量管理系统(EMS)等提供支持。

1 增量数据实时同步方法

1.1 增量数据

增量电网通过“一次绘图、二处校核、三点贯通”“业务一条线”的管理手段，将电网规划与运行电网共享图模引擎，图模直接进入调度数据采集与监控(SCADA)系统，贯通(送电)的技术手段。由调度管控系统变更运行状态，确保数字电网与物理电网保持100%同步，解决营配调贯通数据“前清后乱”的问题，由增量电网引发的图模变化为增量数据。“业务一条线”管理手段示意图如图1所示。

图1 “业务一条线”管理手段示意图

1.2 增量同步机制

为确保运行电网与规划电网同步更新，在数据同步前期需将SCADA模型与EP3M建立一一映射关系并存储该关系，后期EP3M只要有模型变更，将同步至SCADA，同时SCADA可将运行数据反馈给EP3M。

2 电力调控特点及存在问题

电网拓扑模型是对现实中复杂物理电网的抽象化。当将物理电网抽象到极致时，所有细节均被剥离，仅留下点和线两类设备。其中，点类设备对应现实中的变压器、开关等设备，在模型中表达为图元(包括基本图元和组合图元)；线类设备对应现实中的架空导线、电缆等设备，在模型中表达为连线，用于连接两个且恰好两个点类设备，可采用这一电网拓扑模型来精练准确地刻画物理电网。

在模型中，任何一个节点均采用面向对象技术内嵌了相应的数据逻辑和处理方法，两个点类设备一旦通过一个线类设备连接在一起，就好像被一根“超级牛筋线”捆绑在一起，其拓扑的逻辑正确性将不受其他因素变化的影响而永远得到保持，在机制上可称为“存在即合理”，在表现上可称为“所见即所得”。

电网拓扑是完整的，而电网拓扑的改变却是局部的，改变的部分与未改变的部分总是存在共同边界，如何有效处理这一局部更新问题，始终保持电网拓扑的完整性和一致性。事实上，很多业务系统均在这个环节出现问题，实为数据“前清后乱”的底层技术原因。

电网拓扑模型与其他系统之间的数据同步颗粒度也是影响实用化的一个重要问题。如果颗粒度太大，总是以整站、整线为单位进行数据同步，将给接收侧系统造成过大的数据校核压力。

将调度专业纳入“一张蓝图绘到底”的业务链中，并经由调度专业数据复核及与自动化二次设备绑定后，反向校核精准拓扑电系图，以达到最高的数据准确度；将经过EP3M校核后的精准拓扑电系图推广应用到其他相关专业，最大化数据资产的效益。

基于调度业务需求的增量同步数据分析图如图2所示。

图2 基于调度业务需求的增量同步数据分析图

3 增量数据在线维护与自动更新的关键技术

3.1 实时同步模型设计

通过规范配网模型设计，获取变电站、开关站以及某类设备模型信息，进而对变电站内10 kV出线开关设备模型比对，获取所有变电站信息。根据变电站Devid，获取出线开关信息，根据开关站Devid，获取开关站内需要比对的开关信息，通过此功能，将EMS和EP3M中变电站内的出线开关进行匹配，在EP3M系统中建立模型映射关系。本文中的功能实现需使用EMS数据接口，在配网模型增量同步的配电设备结构中的每种设备都需要新增错误码属性(Error Code)。同步线路失败时，将根据此错误码做出某些动作，便于下次同步。

3.2 基于增量数据的实时同步需求分析

EP3M通过调度日计划模块实现与规划业务模块的贯通。同时通过数据同步将相关模型同步EMS中，在EMS实现日计划确认及发布，从而将EMS系统也作为电力生产业务流程中的节点，实现以“调”定贯通的“用数字资产促动实物资产精细化管理”总体建设目标，确保数字电网与物理电网保持100%同步。

调度日计划在EP3M生成后，经过运方专员审核后进入EMS，EMS需从EP3M中获取日计划许可、汇报信息及其关联的图形异动信息，自动化专员完成厂站联调后调度员可对需发布图形的日计划进行图形发布，并将相关图形异动消息返回EP3M。实现EP3M、EMS图模的同源维护。EP3M录入日计划并抽取增量变化图形和模型，通过日计划模块同步到EMS镜像管理信息大区日计划模块中，根据设备增量变化情况生成红图模型和图形，并通过EMS图模同步机制自动同步到生产控制大区。

自动化专员在生产控制大区生成红图设备前置信息，该前置信息不同步到管理信息大区，调试专员在生产控制大区红图态下完成厂站联调。调度员停送电操作当天，由调度员在管理信息大区完成调度日计划发布，EMS在管理信息大区镜像系统将红图的图模改为投运状态，并通过图模同步机制自动同步到生产控制大区。在红图投运同时，发送日计划发布消息给EP3M，EP3M完成地理图到EMS地理图的更新。

4 增量数据实时处理技术

增量数据同步捕获图模变化作为数据库系统层面数据同步的基础，其方法包括以下几种[1-2]：基于触发器法、基于快照法、基于日志法、基于应用程序接口(API)法等。基于触发器法是在源数据库为同步对象创建触发器，当对同步对象进行增删改等数据操纵语言(DML)命令时，触发器被唤醒将变化传递到目标数据库；基于日志法是通过分析数据库日志信息来捕获同步对象的变化序列；基于快照法是指数据库中存储对象在某一时刻的即时映像，通过为同步对象定义一个快照或采用类似方法将它的当前映像作为更新副本；基于API法是指在应用程序和数据库之间引入中间件，由它提供一系列API，在完成应用程序对数据库修改的同时，也把同步对象的变化序列记录下来从而达到捕获的目的。

基于触发器的结构化语言(SQL)文件级[3]异构数据库同步方法的基本思想就是为源数据库创建触发器，当源数据库发生变化时，触发器在变更表中通过SQL语句的重组记录目标库能够直接执行的SQL语句，然后将SQL语句定时导出到文件，并通过网闸将文件传输到目标端，目标库定时执行SQL文件将源库中的变更数据更新到目标库，同时再将执行完结果状态向源数据库端反馈，针对同步过程中出现的不同失败状态采取不同措施，以实现整个数据同步过程的故障定位与恢复。

实时数据基于用户数据报协议(UDP)消息机制发送，商用数据库基于结构化SQL文件机制实现。当Model Modify Server接受应用程序操作请求后，首先向源端商用数据库处理服务SqlSp Server提交操作，并生成结构化的SQL语句，以文件形式存储于服务器，以Session_id+timestamp进行编号，SqlSp Server异步按顺序执行，执行成功的SQL以1 s或128个SQL文件为单位生成时间戳+(128个实际SQL数量)的List Seq文件在对应的SQL文件全部发送后，传至目标端数据库服务器；目标端数据库服务器收到List Seq后，按照清单依次执行结构化的SQL，从List中去除该SQL，形成处理校核结果更新List Seq，执行完成后将List通过正向隔离返回给SqlSp Server，三区SqlSp检查如有缺失则启动补发，直至一区返回全部处理成功的List Seq,三区移除该List Seq，表示一个完整周期完成。

安全一/三区实时库与商用库分别有数据比较与同步服务持续比较实时库和商用库数据一致性情况。安全一区、三区分别以本区商用库为基准，如发现数据不一致，则强制利用商用库数据向实时库同步，确保本端数据一致。

以表为基本单位进行跨区商用库、实时库数据同步，确定需要进行数据同步的设备表及参数表，通过安全一/三区商用库周期性全表同步保证两端数据一致性。

5 图模同步机制在电网模型中的应用

EMS需将三区维护的模型及历史数据向一区同步。EMS向三区应用层提供Model Modify Server服务支撑对商用库、实时库的一体化操作，通过以下机制保证三区与一区的数据同步，同步流程图如图3所示。

图3 同步机制在电网模型应用流程图

6 结语

本文针对存在物理隔离的网络应用环境，提出了一种基于触发器的SQL文件级增量数据同步方法。该方法利用数据库触发器捕获源数据库变化情况，并转换成目标库可直接执行的SQL语句且定时导出到数据文件，通过执行数据文件更新目标数据库，从而达到两端数据同步。该方法具有适应异构系统、效率高、可靠性强、稳定性佳的特点。此外，还设计并实施了一整套环环相扣的管理制度和互相校验的技术手段，以保证图模数据的质量。下一步，精准拓扑电系图还将在以下几方面继续完善。

(1)实现“现状电网的运行状态，规划电网的方案场景，历史电网的时空溯源”三融合；

(2)与管道、杆塔等支撑体系全面关联整合，实现分米级电子地图背景下的电力设备设施三维化。

逐步扩大图模引擎的应用领域，验证其可靠性与适用性，为公司今后数字化转型总体框架进行前期探索。