一種基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面自動化系統(tǒng)采集方案

【摘要】為提升變電站調(diào)度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性，結(jié)合調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的雙平面冗余技術(shù)，研究了在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面條件下系統(tǒng)運行模式，提出了一種多機多鏈路采集方案，該方案在主站端采用了多通道負載均衡、多級并列運行、多路熱備冗余技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和可靠性，同時結(jié)合主站控制中心系統(tǒng)節(jié)點管理等技術(shù)解決了因單點故障導致數(shù)據(jù)不刷新等問題，保障了調(diào)度生產(chǎn)需要。通過此方法所研究的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已在某地調(diào)度中心投入現(xiàn)場運行。

【關(guān)鍵詞】調(diào)度自動化； 雙平面； 多機； 多鏈路

Abstract： To enhance data collection reliability of substation SCADA system， and combining with technology of redundancy for dual-plane， the system operating mode studied under conditions of dispatching data network. A method under multi-machine and multi-link collection was proposed， The method uses the multi-line in load balancing multi-machine in parallel running multi-link in hot standby and multi-link data processing technology to improve the stability and reliability of data acquisition which ends in the master load balancing using a multi-channel， multi-level parallel operation， multiple hot standby redundancy technology to improve the stability and reliability of data acquisition， solve the Accuracy problem of the data caused by a single node failure to meet the needs of grid dispatching operation and control，TheData acquisition system based on this method is in operation in control center.

Keywords：SCADA； dual-plane； multi-machine； multi-link

引言

隨著調(diào)度系統(tǒng)高級應(yīng)用的深化和推廣以及變電站無人值守的全面實行，對調(diào)度系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的可靠性提出了更高的要求，傳統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)采用同一個調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)變電站遠動終端雙機互為備用方式，該方式在一定程度上提升了采集的可靠性，但切換過程中容易造成數(shù)據(jù)采集中斷，影響相關(guān)監(jiān)控指標。迫切需要研究新的運行方式以提升采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準確性。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第二平面的實施為數(shù)據(jù)采集提供了可靠物理的通道，提高了信息采集的可靠性，但電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量多，跨代產(chǎn)品在一定程度上無法適應(yīng)雙機雙平面要求。

本文研究了一種基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面結(jié)構(gòu)的遠動信息采集策略[7]，通過分析目前調(diào)度自動化系統(tǒng)主要的采集的方式，指出廠站主站滿足一定技術(shù)條件下，多機多鏈路信息采集策略，該方法很好地解決了傳統(tǒng)單平面數(shù)據(jù)網(wǎng)故障或單一遠動裝置故障引起的信息采集中斷等問題。為信息采集提供可靠的技術(shù)手段。

1、不同采集方式的技術(shù)分析

影響電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)采集方式關(guān)鍵因素在廠站端遠動終端，可根據(jù)廠站端遠動裝置的用途將調(diào)度自動化系統(tǒng)采集方式分為：主/備機采集方式、雙主獨立運行方式。以下將詳細分析每種采集方式下的技術(shù)特點。

1.1 主/備機采集

采用該方式的采集策略，廠站端為雙機運行方式，上/下機互為備用，若上機在運行，下機自動運行在熱備用狀態(tài)下，若上機故障自動切換到下機運行。以南瑞繼保RCS9000系列遠動終端為例， 一臺遠動機由于故障失去與調(diào)度主站聯(lián)系時，內(nèi)部集成的雙機監(jiān)視和切換總線背板迅速將各通信接口切換至備機，將故障主機與外部接口隔離，同時啟動備用總控單元進入工作狀態(tài)，實現(xiàn)無縫切換。該采集策略是在單平面條件下實現(xiàn)，雙機均與調(diào)度控制中心前置機連接，地調(diào)和省調(diào)數(shù)據(jù)采用同樣方式傳輸，故同時通同時斷，同時備機從熱備用轉(zhuǎn)為運行，需要一定的時間，在此過程中會導致數(shù)據(jù)終端，在多年的實際運行過程中，存在切換失敗等原因造成全站數(shù)據(jù)長時間失去。

1.2 雙機采集

與主/備機采集方式不同，雙機采集主要分為雙機單平面以及雙機雙平面采集方式。對于雙機單平面，其采集方式的特點主要表現(xiàn)在每一臺遠動終端與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的一個平面連接，定義A機通過一平面?zhèn)鬏敚瑒tB機通過二平面?zhèn)鬏?，該采集方式不存在切換。若要實現(xiàn)調(diào)度控制中心主站與兩臺遠動機均相連，則其必須具備跨平面處理能力，對廠站端遠動裝置沒有更高的技術(shù)要求。通信方式可靠。雙機雙平面運行方式，與雙機單平面唯一不同之處在于，遠動終端可以同時接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)一、二平面，要求遠動終端具備至少2塊網(wǎng)卡。

通過以上分析，可以得出雙機采集方式較主備機采集方式可靠， 基于雙機采集方案，本文研究了一種多機多鏈路采集方案，以下詳細分析了該方案的技術(shù)特點及工作原理。

2、多機多鏈路采集技術(shù)分析

根據(jù)信息采集的流程，基于電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的雙平面多機多鏈路采集方案需要在電力調(diào)度控制中心以及變電站端遠動裝置進行相關(guān)技術(shù)改造，以下分別分析主站端以及廠站端技術(shù)要求。

2.1 調(diào)度控制中心系統(tǒng)

調(diào)度控制中心主站系統(tǒng)采用雙機雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信采用基于IEC60870-5-104規(guī)約的以太網(wǎng)通訊，以及基于IEC60870-5-101規(guī)約的點對點串口通信方式，根據(jù)工作用途分類一般包括：服務(wù)器、工作站、通信前置機，如圖1所示是典型的調(diào)度控制中心主站系統(tǒng)架構(gòu)。

圖1所示的典型調(diào)度控制中心主站系統(tǒng)，主站通過通信前置服務(wù)器與廠站端相連，由雙網(wǎng)交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)全網(wǎng)共享。要實現(xiàn)多機多鏈路采集方案，該系統(tǒng)必須具備以下條件：

（1）主站系統(tǒng)的通信前置機滿足接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)任一平面要求；

（2）通信前置機可以并列運行；

（3）通信前置機至少配置3塊網(wǎng)卡，其中一塊經(jīng)主站網(wǎng)絡(luò)交換機與調(diào)度自動化系統(tǒng)連接，另外兩塊網(wǎng)卡分別于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面連接；

（4）主站系統(tǒng)的通信前置機具備配置調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)兩個平面的能力，同時應(yīng)具備單一平面中的單個廠站/變電站允許設(shè)置單個或多個IP地址能力，每臺通信前置機均能與配置的IP地址建立網(wǎng)絡(luò)鏈接。

2.2 廠站端遠動系統(tǒng)

作為電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)信息直接采集端的變電站遠動通信裝置負責將站內(nèi)重要信息以四遙點表形式上傳至調(diào)度控制中心主站，由于技術(shù)發(fā)展等原因，廠站端遠動通信裝置存在不同廠家，不同代產(chǎn)品，早期的產(chǎn)品例如南瑞繼保RCS-9698D型產(chǎn)品應(yīng)用在220kV變電站主要采用電氣閉鎖形式的主/備運行方式，該產(chǎn)品不能滿足雙機同時運行條件，故多機多鏈路信息采集方案對廠站端遠動裝置的要求如下：

（1）雙機不存在任何形式的電氣切換方式；

（2）每臺遠動通信裝置至少配置雙網(wǎng)卡，分別負責接入到相應(yīng)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面；

（3）每臺遠動通信裝置允許配置1個或多個IP地址，允許主站控制中心系統(tǒng)同時訪問；

（4）每臺遠動通信裝置中不能因單個RTU 或者單一調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)平面故障而終止提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

3、多機多鏈路采集工作原理

多機多鏈路采集方案要求調(diào)度主站與廠站的鏈接分別通過雙平面建立鏈接，該方案主要結(jié)構(gòu)包括：通信前置機的并列運行管理、多通道采集管理、單一廠站多鏈路鏈接管理。

方案的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要步驟是在主站控制中心數(shù)據(jù)采集應(yīng)用多機部署的前提下進行多機管理，實現(xiàn)多個通信前置機同時在線工作，通過對多個通道狀態(tài)檢測實現(xiàn)通道切換管理，單臺采集服務(wù)器單個通道可通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面與廠站/變電站RTU 建立至少2條鏈路，并通過多鏈路管理對在線鏈路進行控制和切換，最終實現(xiàn)多機多鏈路采集策略。

4、關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 多機并列運行管理

主站控制中心數(shù)據(jù)采集節(jié)點的多機并列運行技術(shù)是基于調(diào)度自動化系統(tǒng)平臺的節(jié)點管理實現(xiàn)的。根據(jù)系統(tǒng)的節(jié)點管理對多采集應(yīng)用節(jié)點進行主備運行模式部署，采集主節(jié)點上的采集多機管理模塊負責進行采集節(jié)點的管理和通道分配，驅(qū)動各采集節(jié)點在線工作，每個采集節(jié)點在“主”狀態(tài)下運行，實現(xiàn)多機并列運行和通道按需分擔。

4.2 負載均衡策略

前置系統(tǒng)是整個調(diào)度自動化系統(tǒng)的關(guān)口，是數(shù)據(jù)采集的中樞機構(gòu)，運行模式不局限于主備機切換，可實現(xiàn)端口切換，遠動終端采用單通道或多通道方式均衡地與各前置機相連，在系統(tǒng)運行過程中，與RTU的主通道連接的前置機控制其在主備通道切換，由后臺機的監(jiān)視進程控制前置端口的切換，在設(shè)備正常工作時，各前置機的運行性能（如：CPU占用率，內(nèi)存使用情況等數(shù)據(jù)）傳送到后臺應(yīng)用程序，應(yīng)用程序根據(jù)傳送數(shù)據(jù)判斷各前置機的運行情況進行端口的合理分配，實現(xiàn)負載的均衡。

值班前置機統(tǒng)計傳送誤碼率和投退狀態(tài)合理選擇通道作為主通道通信。在RTU值班機和RTU通信故障情況下，系統(tǒng)自動切換，當某前置機發(fā)生故障情況下，其下所有運行端口將被轉(zhuǎn)移到正常運行前置機，在一定時間內(nèi)可能發(fā)生所有采集通道將會集中在同一前置采集節(jié)點上。需在前置機發(fā)生故障情況下，將故障采集節(jié)點運行通道按照節(jié)點優(yōu)先級分配給優(yōu)先級別高的運行節(jié)點，當故障節(jié)點恢復(fù)后，將重新分配通道運行模式，將本節(jié)點作為最高優(yōu)先級的通道切換到本節(jié)點。

4.3 多鏈路采集技術(shù)

多鏈路采集技術(shù)根據(jù)廠站端遠動終端連接方式以及轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)設(shè)置，在主站端確立為某個節(jié)點采集情況下，設(shè)置帶有優(yōu)先級標志的多鏈路采集技術(shù)。

每個通道同時建立與廠站端多鏈路連接，當優(yōu)先級高的鏈路故障后，若故障是網(wǎng)絡(luò)平面引起的，采集通道管理自動切換至其他平面次優(yōu)先級的鏈路上。若優(yōu)先級高的鏈路恢復(fù)，為避免廠站/變電站網(wǎng)絡(luò)在線RTU 異常而導致頻繁切換，采集通道管理禁止該通道運行權(quán)自動恢復(fù)到最優(yōu)先的鏈路上。

5、結(jié)語

本文論述的基于雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的信息采集方案適用于電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，該方案可以很好保障數(shù)據(jù)采集的可靠性，目前該方案已在某地調(diào)控制中心實施，且運行情況良好，表明該方案的數(shù)據(jù)采集與交換方式是符合運行要求。

參考文獻：

[1]國家電網(wǎng)公司.堅強智能電網(wǎng)標準體系規(guī)劃[S].北京，2010.

[2]王益民.堅強智能電網(wǎng)技術(shù)標準體系研究框架[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（22）：1-6.

[3] 張亞峰，陳良帥. 地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)通信，2008，S1：26-29.

[4]范少偉，劉勝文. 地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的改造及優(yōu)化[J]. 廣西電力，2014，04：23-27.

[5]王慕維，劉文軍. 河南電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面改造優(yōu)化探討[J]. 電力系統(tǒng)通信，2012，03：16-19.

[6]盧紹年. 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)在地區(qū)電網(wǎng)的實踐及改造建議[J]. 廣西電力，2013，01：26-28.

[7]葉飛，金鑫，樸林，肖小剛. 基于電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面的主站控制多機多鏈路采集方案[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2015，08：155-158.

[8]南京南瑞繼保電氣股份有限公司.RCS-9698C/D說明書[S]，南京，2010.

作者簡介：史非（1982- ），女，工程師，主要研究方向：電網(wǎng)通信技術(shù)。