基于電力調(diào)控特點及業(yè)務(wù)需求的增量數(shù)據(jù)實時同步技術(shù)研究

吳程楠，田 茜，陳 思

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

從長遠(yuǎn)視角來看，在營配貫通基礎(chǔ)上進(jìn)一步達(dá)成營配調(diào)貫通，不但能確保物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的精準(zhǔn)實時性，對全公司管理架構(gòu)及管理模式的優(yōu)化完善也具有重要意義。但達(dá)成營配調(diào)貫通的關(guān)鍵在于國家電網(wǎng)公司公共數(shù)據(jù)(SG-CIM)模型中的項目域與電網(wǎng)域的貫通。調(diào)度綜合管理系統(tǒng)(OMS)集調(diào)度生產(chǎn)、專業(yè)管理和調(diào)度業(yè)務(wù)處理為一體，是調(diào)度部門的重要信息化平臺和管理工具，但需要電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ图跋鄳?yīng)的圖模引擎。隨著配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與運行精細(xì)度的日益升高，以單條饋線為對象的傳統(tǒng)管理方式正在被基于完整配電網(wǎng)、具有全局觀的新型管理方式所取代。這就要求在OMS中描述、管理、應(yīng)用一張完整配電網(wǎng)的拓?fù)浼爸匾O(shè)備信息(即電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?，以達(dá)到安全運行、及時反應(yīng)、優(yōu)化調(diào)度、提質(zhì)增效的總體目標(biāo)。

由于OMS不是電網(wǎng)的數(shù)據(jù)源頭，強調(diào)的是使用電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ瓦M(jìn)行分析計算、管理并發(fā)布電網(wǎng)運行方式，而不需要維護(hù)模型本身的數(shù)據(jù)。因此，可粗略勾畫出OMS在電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ头矫娴囊韵略瓌t性需求：需要一張完整配電網(wǎng)的拓?fù)淠Ｐ?；需要一個能夠有效操縱、管理模型的圖模引擎；該引擎能夠?qū)MS業(yè)務(wù)處理過程中的分析計算提供有效支撐；該引擎能夠與電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛿?shù)據(jù)的來源系統(tǒng)高效對接、完全同步；該引擎能夠?qū)⑦\行方式的變化及時反饋給其他外部系統(tǒng)；該引擎能夠?qū)㈦娋W(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷娜炕蛉我獠糠职礃?biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)出，為能量管理系統(tǒng)(EMS)等提供支持。

1 增量數(shù)據(jù)實時同步方法

1.1 增量數(shù)據(jù)

增量電網(wǎng)通過“一次繪圖、二處校核、三點貫通”“業(yè)務(wù)一條線”的管理手段，將電網(wǎng)規(guī)劃與運行電網(wǎng)共享圖模引擎，圖模直接進(jìn)入調(diào)度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)，貫通(送電)的技術(shù)手段。由調(diào)度管控系統(tǒng)變更運行狀態(tài)，確保數(shù)字電網(wǎng)與物理電網(wǎng)保持100%同步，解決營配調(diào)貫通數(shù)據(jù)“前清后亂”的問題，由增量電網(wǎng)引發(fā)的圖模變化為增量數(shù)據(jù)?！皹I(yè)務(wù)一條線”管理手段示意圖如圖1所示。

圖1 “業(yè)務(wù)一條線”管理手段示意圖

1.2 增量同步機制

為確保運行電網(wǎng)與規(guī)劃電網(wǎng)同步更新，在數(shù)據(jù)同步前期需將SCADA模型與EP3M建立一一映射關(guān)系并存儲該關(guān)系，后期EP3M只要有模型變更，將同步至SCADA，同時SCADA可將運行數(shù)據(jù)反饋給EP3M。

2 電力調(diào)控特點及存在問題

電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ褪菍ΜF(xiàn)實中復(fù)雜物理電網(wǎng)的抽象化。當(dāng)將物理電網(wǎng)抽象到極致時，所有細(xì)節(jié)均被剝離，僅留下點和線兩類設(shè)備。其中，點類設(shè)備對應(yīng)現(xiàn)實中的變壓器、開關(guān)等設(shè)備，在模型中表達(dá)為圖元(包括基本圖元和組合圖元)；線類設(shè)備對應(yīng)現(xiàn)實中的架空導(dǎo)線、電纜等設(shè)備，在模型中表達(dá)為連線，用于連接兩個且恰好兩個點類設(shè)備，可采用這一電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛠砭殰?zhǔn)確地刻畫物理電網(wǎng)。

在模型中，任何一個節(jié)點均采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)內(nèi)嵌了相應(yīng)的數(shù)據(jù)邏輯和處理方法，兩個點類設(shè)備一旦通過一個線類設(shè)備連接在一起，就好像被一根“超級牛筋線”捆綁在一起，其拓?fù)涞倪壿嬚_性將不受其他因素變化的影響而永遠(yuǎn)得到保持，在機制上可稱為“存在即合理”，在表現(xiàn)上可稱為“所見即所得”。

電網(wǎng)拓?fù)涫峭暾模娋W(wǎng)拓?fù)涞母淖儏s是局部的，改變的部分與未改變的部分總是存在共同邊界，如何有效處理這一局部更新問題，始終保持電網(wǎng)拓?fù)涞耐暾院鸵恢滦?。事實上，很多業(yè)務(wù)系統(tǒng)均在這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，實為數(shù)據(jù)“前清后亂”的底層技術(shù)原因。

電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ团c其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)同步顆粒度也是影響實用化的一個重要問題。如果顆粒度太大，總是以整站、整線為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，將給接收側(cè)系統(tǒng)造成過大的數(shù)據(jù)校核壓力。

將調(diào)度專業(yè)納入“一張藍(lán)圖繪到底”的業(yè)務(wù)鏈中，并經(jīng)由調(diào)度專業(yè)數(shù)據(jù)復(fù)核及與自動化二次設(shè)備綁定后，反向校核精準(zhǔn)拓?fù)潆娤祱D，以達(dá)到最高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度；將經(jīng)過EP3M校核后的精準(zhǔn)拓?fù)潆娤祱D推廣應(yīng)用到其他相關(guān)專業(yè)，最大化數(shù)據(jù)資產(chǎn)的效益。

基于調(diào)度業(yè)務(wù)需求的增量同步數(shù)據(jù)分析圖如圖2所示。

圖2 基于調(diào)度業(yè)務(wù)需求的增量同步數(shù)據(jù)分析圖

3 增量數(shù)據(jù)在線維護(hù)與自動更新的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 實時同步模型設(shè)計

通過規(guī)范配網(wǎng)模型設(shè)計，獲取變電站、開關(guān)站以及某類設(shè)備模型信息，進(jìn)而對變電站內(nèi)10 kV出線開關(guān)設(shè)備模型比對，獲取所有變電站信息。根據(jù)變電站Devid，獲取出線開關(guān)信息，根據(jù)開關(guān)站Devid，獲取開關(guān)站內(nèi)需要比對的開關(guān)信息，通過此功能，將EMS和EP3M中變電站內(nèi)的出線開關(guān)進(jìn)行匹配，在EP3M系統(tǒng)中建立模型映射關(guān)系。本文中的功能實現(xiàn)需使用EMS數(shù)據(jù)接口，在配網(wǎng)模型增量同步的配電設(shè)備結(jié)構(gòu)中的每種設(shè)備都需要新增錯誤碼屬性(Error Code)。同步線路失敗時，將根據(jù)此錯誤碼做出某些動作，便于下次同步。

3.2 基于增量數(shù)據(jù)的實時同步需求分析

EP3M通過調(diào)度日計劃模塊實現(xiàn)與規(guī)劃業(yè)務(wù)模塊的貫通。同時通過數(shù)據(jù)同步將相關(guān)模型同步EMS中，在EMS實現(xiàn)日計劃確認(rèn)及發(fā)布，從而將EMS系統(tǒng)也作為電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程中的節(jié)點，實現(xiàn)以“調(diào)”定貫通的“用數(shù)字資產(chǎn)促動實物資產(chǎn)精細(xì)化管理”總體建設(shè)目標(biāo)，確保數(shù)字電網(wǎng)與物理電網(wǎng)保持100%同步。

調(diào)度日計劃在EP3M生成后，經(jīng)過運方專員審核后進(jìn)入EMS，EMS需從EP3M中獲取日計劃許可、匯報信息及其關(guān)聯(lián)的圖形異動信息，自動化專員完成廠站聯(lián)調(diào)后調(diào)度員可對需發(fā)布圖形的日計劃進(jìn)行圖形發(fā)布，并將相關(guān)圖形異動消息返回EP3M。實現(xiàn)EP3M、EMS圖模的同源維護(hù)。EP3M錄入日計劃并抽取增量變化圖形和模型，通過日計劃模塊同步到EMS鏡像管理信息大區(qū)日計劃模塊中，根據(jù)設(shè)備增量變化情況生成紅圖模型和圖形，并通過EMS圖模同步機制自動同步到生產(chǎn)控制大區(qū)。

自動化專員在生產(chǎn)控制大區(qū)生成紅圖設(shè)備前置信息，該前置信息不同步到管理信息大區(qū)，調(diào)試專員在生產(chǎn)控制大區(qū)紅圖態(tài)下完成廠站聯(lián)調(diào)。調(diào)度員停送電操作當(dāng)天，由調(diào)度員在管理信息大區(qū)完成調(diào)度日計劃發(fā)布，EMS在管理信息大區(qū)鏡像系統(tǒng)將紅圖的圖模改為投運狀態(tài)，并通過圖模同步機制自動同步到生產(chǎn)控制大區(qū)。在紅圖投運同時，發(fā)送日計劃發(fā)布消息給EP3M，EP3M完成地理圖到EMS地理圖的更新。

4 增量數(shù)據(jù)實時處理技術(shù)

增量數(shù)據(jù)同步捕獲圖模變化作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層面數(shù)據(jù)同步的基礎(chǔ)，其方法包括以下幾種[1-2]：基于觸發(fā)器法、基于快照法、基于日志法、基于應(yīng)用程序接口(API)法等。基于觸發(fā)器法是在源數(shù)據(jù)庫為同步對象創(chuàng)建觸發(fā)器，當(dāng)對同步對象進(jìn)行增刪改等數(shù)據(jù)操縱語言(DML)命令時，觸發(fā)器被喚醒將變化傳遞到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫；基于日志法是通過分析數(shù)據(jù)庫日志信息來捕獲同步對象的變化序列；基于快照法是指數(shù)據(jù)庫中存儲對象在某一時刻的即時映像，通過為同步對象定義一個快照或采用類似方法將它的當(dāng)前映像作為更新副本；基于API法是指在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間引入中間件，由它提供一系列API，在完成應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫修改的同時，也把同步對象的變化序列記錄下來從而達(dá)到捕獲的目的。

基于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)化語言(SQL)文件級[3]異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步方法的基本思想就是為源數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建觸發(fā)器，當(dāng)源數(shù)據(jù)庫發(fā)生變化時，觸發(fā)器在變更表中通過SQL語句的重組記錄目標(biāo)庫能夠直接執(zhí)行的SQL語句，然后將SQL語句定時導(dǎo)出到文件，并通過網(wǎng)閘將文件傳輸?shù)侥繕?biāo)端，目標(biāo)庫定時執(zhí)行SQL文件將源庫中的變更數(shù)據(jù)更新到目標(biāo)庫，同時再將執(zhí)行完結(jié)果狀態(tài)向源數(shù)據(jù)庫端反饋，針對同步過程中出現(xiàn)的不同失敗狀態(tài)采取不同措施，以實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)同步過程的故障定位與恢復(fù)。

實時數(shù)據(jù)基于用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)消息機制發(fā)送，商用數(shù)據(jù)庫基于結(jié)構(gòu)化SQL文件機制實現(xiàn)。當(dāng)Model Modify Server接受應(yīng)用程序操作請求后，首先向源端商用數(shù)據(jù)庫處理服務(wù)SqlSp Server提交操作，并生成結(jié)構(gòu)化的SQL語句，以文件形式存儲于服務(wù)器，以Session_id+timestamp進(jìn)行編號，SqlSp Server異步按順序執(zhí)行，執(zhí)行成功的SQL以1 s或128個SQL文件為單位生成時間戳+(128個實際SQL數(shù)量)的List Seq文件在對應(yīng)的SQL文件全部發(fā)送后，傳至目標(biāo)端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；目標(biāo)端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器收到List Seq后，按照清單依次執(zhí)行結(jié)構(gòu)化的SQL，從List中去除該SQL，形成處理校核結(jié)果更新List Seq，執(zhí)行完成后將List通過正向隔離返回給SqlSp Server，三區(qū)SqlSp檢查如有缺失則啟動補發(fā)，直至一區(qū)返回全部處理成功的List Seq,三區(qū)移除該List Seq，表示一個完整周期完成。

安全一/三區(qū)實時庫與商用庫分別有數(shù)據(jù)比較與同步服務(wù)持續(xù)比較實時庫和商用庫數(shù)據(jù)一致性情況。安全一區(qū)、三區(qū)分別以本區(qū)商用庫為基準(zhǔn)，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致，則強制利用商用庫數(shù)據(jù)向?qū)崟r庫同步，確保本端數(shù)據(jù)一致。

以表為基本單位進(jìn)行跨區(qū)商用庫、實時庫數(shù)據(jù)同步，確定需要進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的設(shè)備表及參數(shù)表，通過安全一/三區(qū)商用庫周期性全表同步保證兩端數(shù)據(jù)一致性。

5 圖模同步機制在電網(wǎng)模型中的應(yīng)用

EMS需將三區(qū)維護(hù)的模型及歷史數(shù)據(jù)向一區(qū)同步。EMS向三區(qū)應(yīng)用層提供Model Modify Server服務(wù)支撐對商用庫、實時庫的一體化操作，通過以下機制保證三區(qū)與一區(qū)的數(shù)據(jù)同步，同步流程圖如圖3所示。

圖3 同步機制在電網(wǎng)模型應(yīng)用流程圖

6 結(jié)語

本文針對存在物理隔離的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，提出了一種基于觸發(fā)器的SQL文件級增量數(shù)據(jù)同步方法。該方法利用數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器捕獲源數(shù)據(jù)庫變化情況，并轉(zhuǎn)換成目標(biāo)庫可直接執(zhí)行的SQL語句且定時導(dǎo)出到數(shù)據(jù)文件，通過執(zhí)行數(shù)據(jù)文件更新目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，從而達(dá)到兩端數(shù)據(jù)同步。該方法具有適應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)、效率高、可靠性強、穩(wěn)定性佳的特點。此外，還設(shè)計并實施了一整套環(huán)環(huán)相扣的管理制度和互相校驗的技術(shù)手段，以保證圖模數(shù)據(jù)的質(zhì)量。下一步，精準(zhǔn)拓?fù)潆娤祱D還將在以下幾方面繼續(xù)完善。

(1)實現(xiàn)“現(xiàn)狀電網(wǎng)的運行狀態(tài)，規(guī)劃電網(wǎng)的方案場景，歷史電網(wǎng)的時空溯源”三融合；

(2)與管道、桿塔等支撐體系全面關(guān)聯(lián)整合，實現(xiàn)分米級電子地圖背景下的電力設(shè)備設(shè)施三維化。

逐步擴(kuò)大圖模引擎的應(yīng)用領(lǐng)域，驗證其可靠性與適用性，為公司今后數(shù)字化轉(zhuǎn)型總體框架進(jìn)行前期探索。