基于廣域云總線的電網(wǎng)調(diào)度綜合智能告警

趙林， 卓峻峰， 王恒， 范澤龍， 翟勇

〔南瑞集團有限公司(國網(wǎng)電力科學研究院有限公司)，北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司, 北京 100192〕

0 引 言

綜合智能告警[1]是智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)實時監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用的重要功能，以各類告警信息為要素，在電網(wǎng)故障時自動推圖提示故障設(shè)備、故障信號與故障類型，提示調(diào)度人員及時采取措施。目前綜合智能告警系統(tǒng)已在國內(nèi)各級調(diào)度部門投入運行，對提高電網(wǎng)事故處置的智能化水平，更快更準確地處理電網(wǎng)事故，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起到了重要作用[2-4]。

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的信息交互采用消息總線和服務(wù)總線的雙總線設(shè)計[5]，提供面向應(yīng)用的跨計算機信息交互機制。消息總線承擔了實時消息傳輸功能，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、事故反演和公共服務(wù)等應(yīng)用的實時消息按需、快速傳輸。服務(wù)總線通過為點對點的信息傳輸模式提供底層支持，把消息傳輸過程抽象化，使應(yīng)用開發(fā)人員無需了解底層機制，實現(xiàn)了服務(wù)的靈活部署和即插即用，滿足智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)對可擴展性和伸縮性的要求。

在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中，綜合智能告警信息通過消息總線進行按需、快速傳遞，通過服務(wù)總線進行詳細信息的檢索和查詢。但是調(diào)控系統(tǒng)間大量數(shù)據(jù)交互以及大規(guī)模廣域服務(wù)訪問方面存在一些問題和瓶頸：一是大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)形成后，為滿足一體化協(xié)同運作的調(diào)控要求，需要共享全網(wǎng)的計算分析服務(wù)例如告警詳細信息、DSA計算結(jié)果等，但是目前機制下無法支持分析計算服務(wù)的全局共享，缺乏統(tǒng)一高效的數(shù)據(jù)交換及服務(wù)共享方式；二是對于系統(tǒng)間需要共享的實時消息，例如電網(wǎng)狀態(tài)信息、重要告警事件等，缺乏統(tǒng)一高效的跨系統(tǒng)實時消息傳輸機制；三是目前系統(tǒng)遠程代理功能單一，難以支撐廣域環(huán)境下實時數(shù)據(jù)高效傳輸以及大規(guī)模和高并發(fā)的服務(wù)訪問。

國內(nèi)在這方面的研究成果較少。文獻[6]提出了一種面向多安全區(qū)的調(diào)度服務(wù)總線互聯(lián)技術(shù)，基于電力系統(tǒng)安全隔離裝置實現(xiàn)多通信協(xié)議信息交換及負載均衡，屏蔽跨安全區(qū)的底層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，提升了跨區(qū)消息傳遞性能，消除了隔離裝置的效率瓶頸。文獻[7]對消息總線在雙網(wǎng)交叉故障狀態(tài)下實現(xiàn)消息可靠傳輸?shù)臋C制進行研究，提出單一地址方式、網(wǎng)址切換漂移方式和中間代理轉(zhuǎn)發(fā)方式三種解決方案，使系統(tǒng)在交叉故障情況下消息仍能正常投遞，從而提高系統(tǒng)的可用性。文獻[8]提出了面向監(jiān)控的分布式智能告警架構(gòu)，包括基于多源信息融合的子站側(cè)故障診斷以及全局協(xié)調(diào)的主站側(cè)綜合故障診斷，實現(xiàn)主站和子站間故障診斷的協(xié)同處理，提高在線故障診斷的正確性，減少電網(wǎng)故障時大量表象告警信息的傳輸，降低數(shù)據(jù)通信壓力和運維工作量。

國內(nèi)研究單位結(jié)合云計算[9]的思想，通過采用分布式計算、虛擬化、智能流量控制和負載均衡等先進信息通信技術(shù)(Information Communication Technology，ICT)，基于各級調(diào)度系統(tǒng)(調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng))開發(fā)了國、分、省一體化的廣域云總線數(shù)據(jù)傳輸及服務(wù)共享架構(gòu)，在全網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)了消息的實時傳輸及服務(wù)的廣域共享。采用廣域云總線的電網(wǎng)調(diào)度綜合智能告警系統(tǒng)可以解決告警信息結(jié)構(gòu)全局共享和系統(tǒng)間告警消息傳輸問題，保證大規(guī)模信息的廣域?qū)崟r同步及共享。

1 廣域云總線介紹

廣域云總線由廣域云消息總線和廣域云服務(wù)總線等功能構(gòu)成，如圖1所示。廣域云服務(wù)總線實現(xiàn)各類服務(wù)跨系統(tǒng)請求與訪問及訂閱發(fā)布。廣域云消息總線實現(xiàn)各級調(diào)度系統(tǒng)間各類事件在廣域范圍按需快速傳遞。域名管理中心為分布式代理提供完整的域路由策略。分布式代理技術(shù)為廣域云服務(wù)總線和廣域云消息總線提供高速數(shù)據(jù)交互通道，實現(xiàn)各級調(diào)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

圖1 廣域云總線結(jié)構(gòu)圖

1.1 廣域云消息總線

廣域云消息總線體系由分布于廣域范圍內(nèi)多套智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)間的云消息總線單元所組成(如圖2所示)，通過統(tǒng)一的訂閱/發(fā)布機制和消息傳輸技術(shù)，實現(xiàn)消息在各調(diào)度機構(gòu)各應(yīng)用之間的按需、快速傳遞和共享，為“物理分布，邏輯統(tǒng)一”的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)提供底層通信支撐。

圖2 廣域云消息總線結(jié)構(gòu)圖

廣域云消息總線功能由廣域消息訂閱/撤銷訂閱/發(fā)送/接收功能模塊、廣域消息訂閱與管理中心模塊和廣域消息代理模塊等部分組成。廣域消息訂閱與管理中心主要用于存儲和管理訂閱信息，提供廣域訂閱信息同步與檢測、廣域消息監(jiān)控等功能。廣域消息代理主要用于跨調(diào)度機構(gòu)廣域消息的發(fā)送和接收，提供廣域消息持久化、廣域消息識別與時效管理等功能。

1.2 廣域云服務(wù)總線

廣域云服務(wù)總線以實現(xiàn)不同調(diào)度機構(gòu)間廣域服務(wù)訪問為目標，由分布于廣域范圍內(nèi)多套智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)間的云服務(wù)總線單元組成(如圖3所示)，通過建立廣域服務(wù)注冊、定位、訪問和查詢等管理機制，實現(xiàn)廣域的服務(wù)定位、請求/響應(yīng)和訂閱/發(fā)布，采用分布式數(shù)據(jù)同步算法和服務(wù)信息定向推送機制，實現(xiàn)廣域服務(wù)信息同步和全局共享。

圖3 廣域云服務(wù)總線結(jié)構(gòu)圖

廣域云服務(wù)總線功能由廣域服務(wù)適配器、云服務(wù)管理中心、服務(wù)監(jiān)測和服務(wù)統(tǒng)計等模塊組成。廣域服務(wù)適配器包括數(shù)據(jù)編解碼、訪問模型和服務(wù)的集成框架，實現(xiàn)服務(wù)跨平臺、跨語言的快速集成與開發(fā)。云服務(wù)管理中心通過底層服務(wù)注冊和上層信息同步的方式，實現(xiàn)服務(wù)信息的全局共享和服務(wù)的查詢及定位。服務(wù)監(jiān)視功能，通過“分散統(tǒng)計，集中監(jiān)控”的方式為云服務(wù)管理中心提供服務(wù)的運行信息，實現(xiàn)對廣域服務(wù)訪問的實時統(tǒng)計和鏈路狀態(tài)的自動管理，保證服務(wù)的負載均衡。

2 綜合智能告警介紹[10]

綜合智能告警實現(xiàn)告警信息的在線綜合處理、顯示與推理分析，支持匯集和分析各類告警信息，對大量告警信息進行分類管理，對不同需求形成不同的告警顯示方案，并從相關(guān)電網(wǎng)故障信息中分析出諸如故障類型、設(shè)備和位置等準確信息，利用形象直觀的方式提供全面綜合的告警提示。綜合智能告警功能架構(gòu)如圖4所示。

圖4 綜合智能告警功能架構(gòu)

綜合智能告警為電網(wǎng)實時監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用提供統(tǒng)一綜合的告警展示平臺，采用統(tǒng)一的信息描述格式接收和匯總電網(wǎng)實時監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用的各類告警信息，并根據(jù)各自的特征對大量的告警信息進行合理分類?？稍诙虝r間內(nèi)處理大量告警信息，并及時分析出重要信息。

綜合智能告警可對復(fù)雜故障進行智能推理。綜合分析電網(wǎng)一次設(shè)備和二次設(shè)備的告警信息，包括斷路器動作、繼電保護和安全自動裝置動作信息等，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的在線故障診斷，以形象直觀的方式展示分析結(jié)果，提供準確、及時、簡練的告警提示。

綜合智能告警支持對匯總的各類告警信息進行綜合分析實現(xiàn)合理分類，包括電力系統(tǒng)運行異常告警、二次設(shè)備異常告警、網(wǎng)絡(luò)分析預(yù)警、在線安全穩(wěn)定分析預(yù)警和氣象水情預(yù)警五大類。

綜合智能告警支持信息多級共享，如圖5所示。按照約定格式將指定告警內(nèi)容傳送至上級調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，接收上(下)級調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)發(fā)來的共享告警信息，并根據(jù)需要對接收到的告警信息進行處理和告警顯示。

圖5 多級告警聯(lián)合處理示意圖

綜合智能告警在橫向上通過消息總線集成系統(tǒng)內(nèi)部各個業(yè)務(wù)的告警信息，包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)、廣域監(jiān)測系統(tǒng)(WAMS)、保護信息系統(tǒng)、電力應(yīng)用軟件(PAS)以及動態(tài)安全評估(DSA)等，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的在線感知，在縱向上實現(xiàn)地調(diào)、省調(diào)、網(wǎng)調(diào)以及國調(diào)多級調(diào)度中心間告警信息的縱向貫通，為多級調(diào)度間告警信息的協(xié)同感知與處理提供技術(shù)支撐。

3 基于廣域云總線的綜合智能告警

3.1 基于廣域云消息總線的告警消息傳遞

廣域云總線技術(shù)中的消息管理功能提供了廣域范圍實時消息傳遞機制，為智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)各應(yīng)用廣域范圍實時消息傳輸提供了技術(shù)手段，從而使綜合智能告警信息可在各級調(diào)度機構(gòu)間快速推送?；趶V域云消息總線的綜合智能告警應(yīng)用通過采用廣域云消息總線提供的消息訂閱和發(fā)送/接收機制，實現(xiàn)廣域范圍內(nèi)靈活、高效的告警信息訂閱和傳遞，從而提升告警的實時推送水平,有助于各級調(diào)度機構(gòu)間智能告警功能的互補，保證電網(wǎng)監(jiān)視及告警功能的可靠性，提升調(diào)度機構(gòu)對本地以及相鄰電網(wǎng)故障、異常情況的全景感知能力，提高故障支援、故障協(xié)同處理的速度。

3.2 基于廣域云服務(wù)總線的告警查詢檢索

廣域云總線技術(shù)中的服務(wù)管理體系提供了廣域范圍服務(wù)訪問機制和用于跨平臺、跨語言數(shù)據(jù)交互的編解碼技術(shù)，為智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)廣域數(shù)據(jù)傳輸和廣域服務(wù)訪問提供了技術(shù)支撐，提升了綜合智能告警詳細信息查詢與檢索的能力，從而使告警詳細信息在廣域范圍內(nèi)共享。采用廣域云服務(wù)總線提供的協(xié)同管理、告警廣域推送、告警信息緩存等技術(shù)，建立一點告警多點共享機制，實現(xiàn)了調(diào)度機構(gòu)間告警詳細信息的分布存儲和集中分析，可用于準確評估故障或異常對全網(wǎng)的影響，這不僅有助于本調(diào)度機構(gòu)的故障分析和處置，而且進一步支持調(diào)度機構(gòu)間對電網(wǎng)故障的協(xié)同處置工作。

4 測試情況

在實驗室中搭建一套智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)測試環(huán)境，由四臺服務(wù)器兩兩組成調(diào)度機構(gòu)，分別模擬國調(diào)與網(wǎng)調(diào)的調(diào)度系統(tǒng)，兩個調(diào)度機構(gòu)間采用150 M帶寬網(wǎng)絡(luò)進行通信，服務(wù)器基本配置為：CPU 4顆，每顆8核，主頻2.0 GHz，32 GB內(nèi)存，300 GB×2 SAS硬盤，千兆網(wǎng)卡4個。測試系統(tǒng)中的國調(diào)系統(tǒng)基于廣域云服務(wù)總線的綜合智能告警功能在1 min內(nèi)累計接受的訪問數(shù)可達2 010個，可同時進行查詢與檢索客戶端并發(fā)跨系統(tǒng)訪問達1 009個，如圖6所示。由測試系統(tǒng)中的網(wǎng)調(diào)系統(tǒng)向國調(diào)系統(tǒng)發(fā)送告警信息，使用每個大小為4 kB的告警消息體進行測試，基于廣域云消息總線的綜合智能告警功能跨系統(tǒng)實時發(fā)送和接收告警消息每秒可達701個，如圖7所示。

圖6 廣域云服務(wù)總線監(jiān)控界面

圖7 廣域云消息總線監(jiān)控界面

5 結(jié)束語

本文針對現(xiàn)有智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中告警詳細信息全局共享和系統(tǒng)間告警消息傳輸效率的問題,提出了解決方案，保證了大規(guī)模告警信息的廣域?qū)崟r同步及共享。與現(xiàn)有技術(shù)相比，告警消息的傳遞不再采用專門的訂制通道，而采用通用的云總線技術(shù)，使綜合智能告警功能中的告警推送和信息檢索能力得以增強?；趶V域云總線技術(shù)的綜合智能告警功能下一步將在實際工程中示范應(yīng)用。