基于OS2的災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)初探

林培明　王玉琴　潘凱巖　易仁波

（1. 東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 2640001；2. 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州 510663）

基于OS2的災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)初探

林培明1王玉琴1潘凱巖1易仁波2

（1. 東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 2640001；2. 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州 510663）

在南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（OS2）建設(shè)過(guò)程中，災(zāi)備系統(tǒng)作為建設(shè)目標(biāo)之一，依托OS2的體系框架，基于OSB總線，從基礎(chǔ)資源平臺(tái)、運(yùn)行控制中心等核心系統(tǒng)作為災(zāi)備建設(shè)的切入點(diǎn)，將應(yīng)用功能模塊部署與層次緊密結(jié)合，提出基于OS2的數(shù)據(jù)中心、OCS應(yīng)用、通信鏈路、全景災(zāi)備等多個(gè)方面的災(zāi)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。其中數(shù)據(jù)中心的災(zāi)備建設(shè)包括模型、參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、操作信息等，是災(zāi)備系統(tǒng)在故障時(shí)能夠順利接管主系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，其他各層災(zāi)備系統(tǒng)的建設(shè)涉及到I區(qū)OCS核心應(yīng)用模塊及通信部分的災(zāi)備，通信鏈路部分的災(zāi)備能夠有效規(guī)避前置部分的故障和風(fēng)險(xiǎn)。全景災(zāi)備是縱向系統(tǒng)建設(shè)的進(jìn)一步延伸，其獨(dú)立性更強(qiáng)，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的能力加大，需要辯證選擇。災(zāi)備系統(tǒng)將提高OS2系統(tǒng)的可靠性，保障二次系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)；災(zāi)備系統(tǒng)；運(yùn)行服務(wù)總線；數(shù)據(jù)中心

一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（Operation Smart System，OS2）［1］是支撐南方電網(wǎng)運(yùn)行、指揮、控制和管理的智能化技術(shù)體系，作為二次一體化的載體，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)二次系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)架構(gòu)統(tǒng)一，多業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息集成融合，管理層面流程優(yōu)化及資源集約，通過(guò)信息整合，支撐發(fā)、輸、配、用全過(guò)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化、決策化管理。OS2系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)歷了需求分析、框架設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)研究、試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)等階段，目前已經(jīng)全面推廣，其中災(zāi)備系統(tǒng)是二次系統(tǒng)不間斷運(yùn)行的重要保障。其建設(shè)能夠有效避免因自然災(zāi)害或者其他異常災(zāi)害導(dǎo)致業(yè)務(wù)終止和數(shù)據(jù)丟失，從而提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)可靠性和可用性［2］?；贠S2的容災(zāi)備用系統(tǒng)建設(shè)比起傳統(tǒng)的備用系統(tǒng)建設(shè)，不僅要考慮需求、投資、建設(shè)周期等因素，在技術(shù)層面兼而考慮基于OS2的架構(gòu)調(diào)整及災(zāi)備層次，并基于OSB總線完成主備信息同步以及服務(wù)遷移，改變以往的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互備形式。同時(shí)篩選確定核心災(zāi)備模塊，確定主備系統(tǒng)同步的信息主體及同步策略，有效化解和降低各類風(fēng)險(xiǎn)因素可能對(duì)二次系統(tǒng)造成的影響［3］。

1　OS2系統(tǒng)災(zāi)備總體建設(shè)思路

OS2災(zāi)備系統(tǒng)的建設(shè)以保障南方電網(wǎng)二次系統(tǒng)業(yè)務(wù)連續(xù)性為出發(fā)點(diǎn)，綜合各部門各專業(yè)的業(yè)務(wù)需求，建設(shè)經(jīng)濟(jì)適用，功能合理的災(zāi)備系統(tǒng)，其中包括OS2災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)的層次、功能模塊、應(yīng)用以及具體實(shí)現(xiàn)等多個(gè)方面的內(nèi)容，架構(gòu)如圖1所示。

圖1　基于OS2系統(tǒng)的容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)總體架構(gòu)

1.1層次定位

根據(jù)OS2系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向關(guān)系，縱向結(jié)構(gòu)上劃分為基礎(chǔ)資源平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心、OCS廠站、設(shè)備等幾部分。在南網(wǎng)建設(shè)災(zāi)備系統(tǒng)時(shí)，集中對(duì)總調(diào)、7個(gè)中調(diào)及62個(gè)地調(diào)的現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，縱向上依托于OSB廣域總線從數(shù)據(jù)中心開(kāi)始切入，基本路線是由核心主干網(wǎng)開(kāi)始分階段延伸建設(shè)。實(shí)際上隨著縱向深度擴(kuò)展，災(zāi)備系統(tǒng)越來(lái)越趨向于獨(dú)立，可靠性也逐漸加強(qiáng)，同時(shí)也意味著投資加大、資源消耗增多、建設(shè)周期加長(zhǎng)。所以在建設(shè)過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際需求酌情選擇災(zāi)備層次，必要時(shí)建設(shè)由全景災(zāi)備系統(tǒng)。

1.2功能定位

根據(jù)《南方電網(wǎng)OS2地級(jí)主站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)指南2014版》闡述，OS2的每級(jí)主站系統(tǒng)包含BRP基礎(chǔ)資源平臺(tái)、OCS運(yùn)行控制系統(tǒng)、OMS運(yùn)行管理系統(tǒng)、POC電力系統(tǒng)運(yùn)行駕駛艙、MTT鏡像測(cè)試培訓(xùn)系統(tǒng)等幾大部分，涉及功能模塊212個(gè)，本文按優(yōu)先級(jí)與建設(shè)選擇性進(jìn)行分析，結(jié)合傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的層次架構(gòu)，確定BRP、OCS為主要災(zāi)備部分。其中數(shù)據(jù)中心DC部分為災(zāi)備的重中之重。在發(fā)生災(zāi)難時(shí)，首先要保證數(shù)據(jù)的可靠性，有數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，應(yīng)用按照預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)級(jí)、應(yīng)用級(jí)等順序進(jìn)行恢復(fù)。

表1　OS2系統(tǒng)的縱向?yàn)?zāi)備層次定位表（部分）

2　災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)

在建設(shè)災(zāi)備系統(tǒng)過(guò)程中，要保障系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性，首先主備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、應(yīng)用、操作及各項(xiàng)功能需要一致，其中數(shù)據(jù)和模型的災(zāi)備是系統(tǒng)構(gòu)建面臨的首要問(wèn)題。

2.1數(shù)據(jù)中心災(zāi)備

數(shù)據(jù)災(zāi)備的核心是數(shù)據(jù)中心的災(zāi)備，內(nèi)容涵蓋各類數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)、圖形、參數(shù)、模型，建設(shè)初期以全數(shù)據(jù)同步形式在災(zāi)備系統(tǒng)中建設(shè)備數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)投運(yùn)之后，將由增量方向?qū)Ψ椒?wù)器同步信息。系統(tǒng)具備同步監(jiān)測(cè)，失效檢測(cè)及功能快速遷移的能力，相關(guān)的服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)管理及服務(wù)監(jiān)視通過(guò)OSB總線實(shí)現(xiàn)［4］。

圖2　數(shù)據(jù)中心災(zāi)備示意圖

1）電網(wǎng)模型災(zāi)備

災(zāi)備系統(tǒng)的理想目標(biāo)是易維護(hù)甚至免維護(hù)，其中電網(wǎng)模型的同步是其他同步的基礎(chǔ)，可以采用實(shí)時(shí)同步和定期同步等方式進(jìn)行，結(jié)合全數(shù)據(jù)災(zāi)備和增量同步進(jìn)行主備同步［5］。其中定期同步方式有手動(dòng)同步和延時(shí)同步兩種。對(duì)于不能隨時(shí)更改的模型、圖形、參數(shù)采用定期同步。在新建廠站接入或其他變動(dòng)引起電網(wǎng)模型參數(shù)改變時(shí)，可采用手動(dòng)方式同步。

按照OS2體系的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)的所有主系統(tǒng)在同一級(jí)別將通過(guò)橫向OSB總線互聯(lián)，不同級(jí)別的主系統(tǒng)將通過(guò)廣域OSB總線互聯(lián)。總線向?yàn)?zāi)備系統(tǒng)開(kāi)放，災(zāi)備系統(tǒng)直接耦合到廣域OSB總線，主系統(tǒng)和災(zāi)備系統(tǒng)通過(guò)縱向總線互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)的無(wú)縫切換。同時(shí)災(zāi)備系統(tǒng)通過(guò)廣域OSB總線與其他各專業(yè)各級(jí)系統(tǒng)互聯(lián)。

2）數(shù)據(jù)災(zāi)備

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)災(zāi)備

主備系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步分為以下兩種情景：

①共用前置，主備系統(tǒng)通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)并行采集廠站端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。正常運(yùn)行時(shí)無(wú)需做主備系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步。發(fā)生通信故障時(shí)兩者通過(guò)高速通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)雙向同步。

②獨(dú)立前置，主備各自采集廠站端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。正常運(yùn)行時(shí)各自以獨(dú)立的數(shù)據(jù)源為主，故障時(shí)依據(jù)發(fā)生的環(huán)節(jié)不同，以非故障方的數(shù)據(jù)為核心向故障方轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）歷史數(shù)據(jù)災(zāi)備

歷史數(shù)據(jù)包括測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)、電能計(jì)量數(shù)據(jù)、各類累加數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)、事故追憶數(shù)據(jù)、帶質(zhì)量標(biāo)簽的數(shù)字值報(bào)告、應(yīng)用軟件計(jì)算結(jié)果斷面等［6］。

災(zāi)備系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)理軟件采樣保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。主、備系統(tǒng)具備歷史數(shù)據(jù)修復(fù)功能，以保障主、備系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的完整性。歷史數(shù)據(jù)同步采用定期同步或手動(dòng)同步方式。同步周期根據(jù)需要確定，時(shí)間間隔選取數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)。

3）操作信息災(zāi)備

主系統(tǒng)的應(yīng)用程序利用平臺(tái)的轉(zhuǎn)發(fā)功能把操作報(bào)文同步到備系統(tǒng)，備系統(tǒng)的應(yīng)用程序收到主系統(tǒng)的操作報(bào)文后再做相應(yīng)的處理，從而實(shí)現(xiàn)操作的同步。當(dāng)系統(tǒng)為“主”工作模式時(shí)，掛牌、人工置數(shù)、封鎖等操作信息上傳到CIS服務(wù)器，備系統(tǒng)的CIS客戶端接收上述信息并將其更新至系統(tǒng)中。通過(guò)CIS服務(wù)，主、備調(diào)系統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)可始終保持一致。對(duì)于涉及下發(fā)的操作，如遙控、計(jì)劃下發(fā)等，則僅主系統(tǒng)執(zhí)行。

2.2OCS應(yīng)用級(jí)災(zāi)備

根據(jù)OS2系統(tǒng)級(jí)別的不同，應(yīng)用也有所不同，網(wǎng)省級(jí)系統(tǒng)具備DaC、Pul、DSP、SSP、OCS、OMS、MTT等應(yīng)用功能，在建設(shè)災(zāi)備系統(tǒng)時(shí)首先考慮監(jiān)視控制應(yīng)用，然后才涉及高級(jí)應(yīng)用，系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理方面的應(yīng)用。地級(jí)系統(tǒng)常規(guī)配置了包括BRP、DC、監(jiān)視中心、控制中心等應(yīng)用，災(zāi)備的過(guò)程也是從監(jiān)控開(kāi)始逐步延伸。OCS應(yīng)用中心的災(zāi)備包括穩(wěn)態(tài)/動(dòng)態(tài)/暫態(tài)監(jiān)視、設(shè)備監(jiān)視、智能告警等，環(huán)境監(jiān)視、在線預(yù)警等應(yīng)用模塊。主備切換過(guò)程依附于SOA架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)的解列與自恢復(fù)。

2.3 通信鏈路災(zāi)備

1）采集部分災(zāi)備

采集災(zāi)備是指從數(shù)采部分向上災(zāi)備，其目標(biāo)是保障前置部分故障時(shí)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

（1）獨(dú)立采集

數(shù)據(jù)采集目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)OS2系統(tǒng)及災(zāi)備系統(tǒng)與廠站、其他調(diào)度中心及外部系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)交換。功能包括通信鏈路管理、規(guī)約處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等，為提高吞吐量和高可靠性，采用多機(jī)冗余和負(fù)載均衡技術(shù)。在投資允許的情況下，獨(dú)立采集災(zāi)備系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力最強(qiáng)，在正常情況下，主系統(tǒng)通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采集220kV以上高電壓等級(jí)變電站、主力發(fā)電廠RTU的數(shù)據(jù)，其他電壓等級(jí)變電站信息通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)接入；災(zāi)備系統(tǒng)接收同步信息，同時(shí)也進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)判斷通道、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并保留處理功能，但不進(jìn)行下行控制。

（2）采集部分備用

采集部分備用的形式能夠節(jié)省資金。一般通信服務(wù)器及采集設(shè)備備用部署，前置機(jī)等花費(fèi)高的設(shè)備主備共用。通信服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式，網(wǎng)絡(luò)透明，擴(kuò)展能力不受主機(jī)I/O插槽個(gè)數(shù)的限制，其I/O處理對(duì)主機(jī)也不構(gòu)成影響。內(nèi)置的規(guī)約庫(kù)和設(shè)備類庫(kù)擴(kuò)展規(guī)約容納范圍，包括部頒遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約，變電站綜合自動(dòng)化規(guī)約，國(guó)際通用遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約以及其他的計(jì)算機(jī)通訊規(guī)約和通訊協(xié)議如：IEC101、DNP3.0、IEC103、IEC104、SCI1801、U4F、CDT92、CDT85、XT9702、TALUS、MB88、TASEII等。

（3）采集系統(tǒng)集群化備用

采集系統(tǒng)備用以分組集群化形式建設(shè)，利用通道優(yōu)先級(jí)管理實(shí)現(xiàn)采集的并行服務(wù)，以動(dòng)態(tài)路由機(jī)制完成采集服務(wù)器與通道的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，消除傳統(tǒng)主備方式下的系統(tǒng)“瓶頸”，起到多機(jī)并行相互備用的效果。集群化采集工作方式具有監(jiān)聽(tīng)能力，同時(shí)能夠進(jìn)行任務(wù)分流，降低主系統(tǒng)的任務(wù)負(fù)載量。

2）通道部分災(zāi)備

對(duì)于災(zāi)備要求高的OS2系統(tǒng)，通道部分備用能有效規(guī)避通道部分發(fā)生的故障，雙通道建設(shè)能夠進(jìn)一步提高通信安全可靠性。

該情況下，主系統(tǒng)故障不影響災(zāi)備系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)某廠站通道中斷或某廠站數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不刷新但通道狀態(tài)正常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將正常運(yùn)行側(cè)該廠站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到故障側(cè)系統(tǒng)，對(duì)于任意廠站，只要有一路通道正常，就能保證通信鏈路暢通。對(duì)于區(qū)域性災(zāi)備的場(chǎng)景，前置集群需具有大容量采集處理能力，設(shè)計(jì)采用單進(jìn)程多線程模式分擔(dān)海量終端信息的接入。

2.4全景災(zāi)備

全災(zāi)備建設(shè)從OS2的數(shù)據(jù)中心開(kāi)始，向下延伸到廠站及設(shè)備層，構(gòu)建縱向全景災(zāi)備系統(tǒng)，業(yè)務(wù)功能齊備，包括基礎(chǔ)設(shè)施的的設(shè)備層災(zāi)備建設(shè)，涵蓋發(fā)電、輸電、配電、用電等多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的備用數(shù)據(jù)中心建設(shè)，以及數(shù)據(jù)采集部分和通信鏈路部分的災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)，一直縱向到底建設(shè)廠站的備用系統(tǒng)，從而全面防范由各種風(fēng)險(xiǎn)引起的主系統(tǒng)異常。

3　結(jié)論

本文結(jié)合長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)及對(duì)OS2系統(tǒng)的深入理解，對(duì)基于OS2的災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討，縱向展開(kāi)OS2災(zāi)備系統(tǒng)的建設(shè)層次并探討每個(gè)層次的災(zāi)備實(shí)現(xiàn)，從數(shù)據(jù)、應(yīng)用、通信、全景等多個(gè)維度進(jìn)行了災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)的全面闡述。目前在南網(wǎng)范圍內(nèi)，茂名、佛山已經(jīng)完成了數(shù)據(jù)中心級(jí)的數(shù)據(jù)中心災(zāi)備，在廣西省內(nèi)也開(kāi)始試點(diǎn)建設(shè)OS2數(shù)據(jù)中心和OCS應(yīng)用災(zāi)備。雖然考慮多方面因素建設(shè)需分階段逐步進(jìn)行，其結(jié)果將顯著提高整個(gè)南方電網(wǎng)的系統(tǒng)容災(zāi)能力，提高抗風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，積極推動(dòng)二次系統(tǒng)一體化的建設(shè)進(jìn)程。

［1］ 汪際峰. 南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)建設(shè)初探［J］. 南方電網(wǎng)技術(shù)， 2012， 6（2）： 1-5.

［2］ 周華鋒， 易仁波， 王玉琴. 南方電網(wǎng)一體化運(yùn)行智能系統(tǒng)災(zāi)備建設(shè)模式初探［J］. 南方電網(wǎng)技術(shù)， 2014，8（2）： 9-14.

［3］ 劉育權(quán)， 吳國(guó)沛， 熊文， 等. 對(duì)提高地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)抗災(zāi)能力的探討［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2009，37（24）： 203-206.

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［5］ 辛耀中. 新世紀(jì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)， 2001， 25（12）： 1-10.

［6］ 孫宏斌， 李鵬， 李矛， 等. 中國(guó)南方電網(wǎng)在線分布式建模系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［J］. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2007，31（10）： 82-86， 91.

Preliminary Investigation of
Disaster Recovery System Construction based on OS2

Lin Peiming1Wang Yuqin1Pan Kaiyan1Yi Renbo2
（1. Dongfang Electronics Co.， Ltd， Yantai， Shandong 2640001；2. Guangdong Electric Power Design Institute， Guangzhou 510663）

During the construction process of operation smart system in China Southern power grid， one goal is disaster recovery system construction. Relies on OS2 of system framework， regard based resources platform and operation control center as the entry point， Combine application function module deployment and level closely， propose the implementation method of data center、and application of operation control system、and communications link， and panorama disaster recovery based on OS2。Which data center of disaster recovery construction including model、parameter、history data、real-time data and operation information， is the foundation of disaster recovery system which take over the main system smoothly of based data source. The other layer disaster recovery system of construction involves core application module of I district and the communications part of disaster recovery， disaster recovery of collection can effective avoid fault and risk of front-collection. Panoramic longitudinal system of disaster recovery is further extended vertically. Independence is stronger， Capacity to avoid the risk is increasing， it will guarantee the continuity of the power secondary network.

operation smart system； disaster recovery system； operation service bus； data center

中國(guó)南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目（K-ZB2011-011）

林培明（1971-），男，山東煙臺(tái)人，MBA，高工，從事電力系統(tǒng)全系列產(chǎn)品架構(gòu)和項(xiàng)目管理工作。