基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)

劉蕤　曲霏　王世成　付華　齊致

摘? 要： 為了解決現(xiàn)有災(zāi)備系統(tǒng)未考慮瞬間智能切換，存在的系統(tǒng)災(zāi)備效率低、異地驗(yàn)證誤差大的問題，提出并設(shè)計(jì)基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)。根據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)的說(shuō)明，明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)的災(zāi)備功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)?；诖?，對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，硬件部分通過(guò)瞬間智能切換實(shí)現(xiàn)災(zāi)備系統(tǒng)的異地可驗(yàn)證。軟件部分設(shè)計(jì)多項(xiàng)災(zāi)備子系統(tǒng)，通過(guò)各種子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)災(zāi)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與運(yùn)行。最后，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行原理與過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)闡述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有較低的災(zāi)備誤差與較高的災(zāi)備效率，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，最高災(zāi)備效率大于92%，充分證明了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體有效性。

關(guān)鍵詞： 電網(wǎng); 異地驗(yàn)證; 災(zāi)備系統(tǒng); 瞬間智能切換; 數(shù)據(jù)傳輸; 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： TN915?34; P208? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 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

電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)能夠?qū)?duì)應(yīng)的電網(wǎng)災(zāi)備數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，完成異地同步傳輸以及存儲(chǔ)，在災(zāi)備中心數(shù)據(jù)向異地傳輸?shù)倪^(guò)程中自身也會(huì)生成備份文件[1]。為了將災(zāi)備系統(tǒng)在實(shí)際生活中進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，還需要建立相應(yīng)的穩(wěn)定通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[2?3]。

目前，應(yīng)用級(jí)的災(zāi)難數(shù)據(jù)備份是實(shí)施災(zāi)備的趨勢(shì)，眾多學(xué)者均提出相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法并取得一定成果。文獻(xiàn)[4]提出基于Goldengate的異地災(zāi)備系統(tǒng)，分析了Goldengate的主要特點(diǎn)與在災(zāi)備系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，但是該方法的災(zāi)備效率較低，實(shí)際應(yīng)用性較差。文獻(xiàn)[5]首先對(duì)地理信息測(cè)繪的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，但是該系統(tǒng)的災(zāi)備準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步提高。文獻(xiàn)[6]依賴互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，不具備異地驗(yàn)證功能。文獻(xiàn)[7]提出智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、分析和監(jiān)控軟件，但是系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差。文獻(xiàn)[8]分析從傳感設(shè)備到云中心的數(shù)據(jù)傳輸需要很長(zhǎng)時(shí)間，異地驗(yàn)證誤差過(guò)大。

為了解決上述系統(tǒng)存在的災(zāi)備問題，本文設(shè)計(jì)基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)。

1? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1? 系統(tǒng)說(shuō)明

1） 根據(jù)上級(jí)傳達(dá)的災(zāi)備指令，災(zāi)備中心的工作人員啟動(dòng)災(zāi)備系統(tǒng)，啟動(dòng)災(zāi)備標(biāo)志。

2） 開啟災(zāi)備系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動(dòng)將對(duì)應(yīng)的災(zāi)備信息進(jìn)行備份，并傳輸至指定的異地備份中心，通過(guò)存儲(chǔ)模塊完成災(zāi)備數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

3） 對(duì)災(zāi)備數(shù)據(jù)進(jìn)行異地驗(yàn)證。

4） 通過(guò)系統(tǒng)具備的異地驗(yàn)證功能，對(duì)災(zāi)備數(shù)據(jù)進(jìn)行異地驗(yàn)證，判斷災(zāi)備情況。

5） 在經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后，系統(tǒng)給出災(zāi)備數(shù)據(jù)驗(yàn)證情況表，以供工作人員進(jìn)行判斷。

1.2? 設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于瞬間智能切換設(shè)計(jì)電網(wǎng)災(zāi)備異地可驗(yàn)證系統(tǒng)，以系統(tǒng)需求為依據(jù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為：

1） 所設(shè)計(jì)的災(zāi)備系統(tǒng)為開放性系統(tǒng)，支持在大部分系統(tǒng)上使用，并且采用通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。

2） 異地可驗(yàn)證作為該系統(tǒng)的一大功能，要在災(zāi)備數(shù)據(jù)向異地傳輸?shù)倪^(guò)程中進(jìn)行本地與異地?cái)?shù)據(jù)的備份存儲(chǔ)，并且保障災(zāi)備數(shù)據(jù)的完整與可用性。

1.3? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

異地災(zāi)備系統(tǒng)因與本地系統(tǒng)處于不同的地理位置，兩地距離越遠(yuǎn)出現(xiàn)誤差與降低效率的可能性就越高[9]，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由圖1可知，一旦本地系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)故障，災(zāi)備數(shù)據(jù)的相應(yīng)操作立即轉(zhuǎn)換至異地系統(tǒng)，保證災(zāi)備數(shù)據(jù)的不間斷存儲(chǔ)以及其他操作，保護(hù)了數(shù)據(jù)的完整性。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1? 硬件規(guī)劃設(shè)計(jì)

在基于該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方面，與系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)基本保持一致，建立一個(gè)總控制中心對(duì)小型控制中心的數(shù)據(jù)操作進(jìn)行總控制，確保災(zāi)備數(shù)據(jù)操作的穩(wěn)定有序[10]。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可知，基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)硬件部分包括總控災(zāi)備管理中心、分控災(zāi)備管理中心、分控路由器、策略機(jī)等。

總控災(zāi)備管理中心對(duì)系統(tǒng)的災(zāi)備數(shù)據(jù)進(jìn)行總體管理，包括災(zāi)備數(shù)據(jù)的數(shù)量管理與存儲(chǔ)情況管理，并定期向總控中心發(fā)送檢測(cè)報(bào)告[11]。根據(jù)系統(tǒng)總控災(zāi)備管理中心的數(shù)據(jù)處理情況與服務(wù)器的運(yùn)行性能，小型分控中心分別由4臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、4臺(tái)策略機(jī)與管理終端組成。所設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)能夠滿足災(zāi)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管控需求，提高災(zāi)備系統(tǒng)的性能[12?13]。

2.2? 瞬間智能切換

2.2.1? 電網(wǎng)電阻接地

中性點(diǎn)電阻接地方式一般定義為配電網(wǎng)中至少有一個(gè)接地電阻，按照限制接地故障電流大小的要求不同，分為高、中、低值電阻3種接地方式。在小電阻接地配電網(wǎng)中，首要優(yōu)點(diǎn)是一旦電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，非故障的電壓不會(huì)產(chǎn)生大幅度的變化，因此小電阻接地配電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的抗電壓變化能力要求較低，抗壓能力選擇一般的電壓即可。

2.2.2? 中性點(diǎn)瞬間智能切換

電網(wǎng)中性點(diǎn)瞬間智能切換將電阻接地和消弧線圈在一個(gè)電路中完成連接，使該電網(wǎng)既有消弧線圈接地的特點(diǎn)，又可以通過(guò)瞬間智能切換消除單相接地產(chǎn)生的線路故障，減少電源處的跳閘次數(shù)，并且擁有小電阻接地隔離故障線路的優(yōu)點(diǎn)，保證災(zāi)備系統(tǒng)異地可驗(yàn)證的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1? 系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)的硬件部分由各個(gè)模塊協(xié)調(diào)工作而組建，而軟件部分則由各個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為用戶界面子系統(tǒng)、策略管理子系統(tǒng)、狀態(tài)分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子系統(tǒng)。災(zāi)備系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2? 用戶界面子系統(tǒng)

用戶界面子系統(tǒng)為工作人員與災(zāi)備系統(tǒng)的人機(jī)交互提供便利的平臺(tái)，工作人員可以通過(guò)該子系統(tǒng)對(duì)災(zāi)備系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理[14]。

3.3? 狀態(tài)分析子系統(tǒng)

為了能夠詳細(xì)且實(shí)時(shí)地掌握災(zāi)備系統(tǒng)各個(gè)分控中心的運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)狀態(tài)分析子系統(tǒng)，便于災(zāi)備系統(tǒng)對(duì)突發(fā)情況及時(shí)地采取相應(yīng)對(duì)策。

3.4? 策略管理子系統(tǒng)

策略管理子系統(tǒng)作為災(zāi)備系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，可為災(zāi)備系統(tǒng)提供重要的決策管理服務(wù)。當(dāng)進(jìn)行異地災(zāi)備數(shù)據(jù)互助處理時(shí)，分控中心分配完相應(yīng)的災(zāi)備數(shù)據(jù)后，策略管理子系統(tǒng)則自動(dòng)生成災(zāi)備數(shù)據(jù)加載策略。

4? 系統(tǒng)分析

4.1? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向分析

在對(duì)整個(gè)應(yīng)用災(zāi)備系統(tǒng)需求描述的基礎(chǔ)上，完成系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，如圖4所示。

4.2? 系統(tǒng)運(yùn)行原理分析

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，將異地災(zāi)備系統(tǒng)與本地災(zāi)備統(tǒng)之間的距離設(shè)置的較遠(yuǎn)一些，一旦大型災(zāi)難來(lái)臨，異地災(zāi)備系統(tǒng)與本地災(zāi)備系統(tǒng)同時(shí)遭受破壞的可能性較低[15]。在本地災(zāi)備系統(tǒng)保持正常運(yùn)行的狀態(tài)下，工作人員直接對(duì)本地災(zāi)備數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的交互處理。

5? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)的整體性能，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，地區(qū)地圖采用百度地圖進(jìn)行顯示。實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)的對(duì)比指標(biāo)為：災(zāi)備范圍驗(yàn)證、異地驗(yàn)證誤差、異地災(zāi)備效率、災(zāi)害系統(tǒng)運(yùn)行能耗。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)指標(biāo)將所設(shè)計(jì)系統(tǒng)與文獻(xiàn)[5]、文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。

5.1? 災(zāi)備范圍驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的異地范圍，進(jìn)行系統(tǒng)災(zāi)備范圍驗(yàn)證，災(zāi)備范圍結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，在北京與杭州之間、北京998 km、杭州1 101 km范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)異地災(zāi)備，充分證明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有廣泛的異地災(zāi)備范圍，以及較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用能力。

5.2? 異地驗(yàn)證誤差

為了驗(yàn)證不同系統(tǒng)的異地驗(yàn)證誤差，通過(guò)計(jì)算不同系統(tǒng)的定位誤差距離比較各個(gè)系統(tǒng)性能，獲得對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

分析圖6可知，隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的不斷增加，不同系統(tǒng)的誤差不同。以前10次實(shí)驗(yàn)為例，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)誤差值達(dá)到120 m，文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)誤差值達(dá)到205 m，所提系統(tǒng)誤差值僅為7 m，所提系統(tǒng)的定位誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他2種方法。當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為100次時(shí)，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)誤差值達(dá)到116 m，文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)誤差值達(dá)到135 m，所提系統(tǒng)誤差值僅為5 m，所提系統(tǒng)的定位誤差最小?；诖?，可以說(shuō)明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的定位準(zhǔn)確性。

5.3? 異地災(zāi)備效率

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，以異地災(zāi)備效率為對(duì)比指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖7所示。

從圖7可以看出，在不同的實(shí)驗(yàn)次數(shù)下，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的災(zāi)備效率一直呈現(xiàn)較高的狀態(tài)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為20次時(shí)，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)的災(zāi)備效率為68%，文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的災(zāi)備效率為67%，而所提系統(tǒng)的災(zāi)備效率為97%，所提系統(tǒng)的災(zāi)備效率高于其他2種方法。當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為100次時(shí)，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)的災(zāi)備效率為43%，文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的災(zāi)備效率為60%，所提系統(tǒng)的災(zāi)備效率為92%，所提系統(tǒng)的災(zāi)備效率高于其他2種方法。因此說(shuō)明這2種系統(tǒng)的波動(dòng)嚴(yán)重，所提系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。

6? 結(jié)? 論

為了提高災(zāi)備系統(tǒng)的效率，降低災(zāi)備系統(tǒng)的誤差，實(shí)現(xiàn)災(zāi)備信息的異地驗(yàn)證，文章設(shè)計(jì)基于瞬間智能切換的電網(wǎng)異地可驗(yàn)證災(zāi)備系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有較低的災(zāi)備誤差與較高的災(zāi)備效率，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，最高災(zāi)備效率大于92%，充分證明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體有效性。

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