A-广域分布式地县一体化调度自动化系统设计与实现

2013广域分布式地县一体化调度自动化系统设计与实现彭晖1，吴庆曦1，葛以踊1，顾文杰1，徐春雷2,李云鹏3，陈国华3，赵家庆4(1.电,210061;2.电力2100243.电2260014.电215000)摘要:为了适应国网“大运行”的要求，解决地县一体化运行、一体化维护和一体化使用的诸多技术问题，本文提出了广域分布式地县一体化调度自动化系统。该系统网络自愈、采集分布、地县冗余，图模共享、分区维护、应用一体。作者首先介绍了系统的体系架构，然后介绍了该系统的各种建设模式，并深入阐述了系统的网络架构、分布式网络资源管理、一体化模型管理、一体化分布式数据采集、主干网解并列、一体化应用等关键技术。该系统已在工程中投入应用，有效提升地县调控水平，为智能电网在地县级调度的建设提供了有力的技术支撑。关键词:地县一体化；一体化模型管理；分布式网络资源管理；主干网解并列；一体化应用0引言随着电网快速发展，城乡一体化进程加快，县级电网的“农网”地位悄然改变，地、县调自动化系统的功能需求愈发相似，地县调系统独立建设模式暴露出很多问题，譬如：地、县公司人员配备、技术力量等方面相差悬殊；地、县调度自动化系统建设投资、软硬件档次差距较大，两者在稳定性、可靠性方面差异大；调度自动化系统厂家、型号分散导致的设备运维、应用统一推广、备品备件管理、人员培训、系统后续支持等方面存在诸多问题。另外，随着县级电网的发展，对电网分析软件（PAS）的需求日益增加，但县公司所辖电网规模较小，无法建立相对完整的电网模型，因而无法独立进行PAS计算，更无法使用本县电网的实际模型进行调度员培训。国网公司以“集约化、扁平化、专业化”为主线的“大运行”[1,2,3]需要国、分、省、地、县各级调度之间全面协同，协调调度，实现大范围的资源优化配置[4,5,6]，“大运行”还要求推进调度运行与设备监控[7]业务的整合。在地调和县调之间，亟需一套适应地县一体化运行、兼顾容灾备用、满足调控一体化运行的智能[4,5,6,8]调度自动化系统。研发“广域分布式地县一体化调度自动化系统”（以下简称“地县一体化系统”）能适应电网发展及管理理念的提升，较好地解决上述问题，促进地县调度自动化技术的发展，为地县电网的可靠运行提供有力的技术支撑。过去有地区通过在县调拉地调远程终端的方式（类似于本文2.1远程终端建设模式）实现简单的地县一体化，但这种方式需将原县调所有的大量数据采集专线通道改造到地调，费用高；当县调和地调通信网中断的情况下，该县调将失去监控，风险大；为了地调的安全运行，还需另建地调备调，投资大。项目组中已有专家发表过分布式数据采集[9]和数据缓存[10]技术相关论文，地县一体化调度自动化系统使用了相关技术，本文不再重点介绍这两部分内容。早期，国内也有学者对地县一体化的建设模式[11]做过探讨，本文的建设模式和它有所区别，作者将对工程实际使用的建设模式、使用特点、实用场合进行介绍，并和文献[11]提出的建设模式进行比较。还有学者阐述了省地县一体化电网设备检修管理系统[12]的建设方法，但是该系统针对的是OMS系统，其系统架构、建设方式、关键技术和地县一体化调度自动化系统存在明显的差别。20131地县一体化系统的构架地县一体化系统参照国网公司智能电网调度技术支持系统的技术思路和指导思想[4,6,8]，借鉴南网二次一体化的框架[13]，实现应用的横向集成和纵向贯通[4,5]（见图1）。从地县一体化系统的体系结构看，软件结构可分为地调层和县调层两个层次。地县之间通过电力数据通信网联系。横向上：它实现了I区EMS系统、II区DTS系统、III区WEB系统图模信息、实时信息和历史信息的横向贯通。图模维护只需在I区EMS系统进行，就能够自动同步到II区DTS系统和III区WEB发布系统。纵向上：地调与县调采用分布式数据采集的方式，依据职责划分接入厂站，协作完成地县实时数据采集。地县之间还实现了责任分区维护和全局图模共享，并借助广域责任区机制实现运行时的信息按需获取。应用上，一体化系统还实现了地县一体化监控、一体化应用分析和一体化仿真培训。该一体化系统架构既可集中，又可分布，充分灵活，高度可靠，易于扩展，表现如下：1)各个应用在地县广域范围内可灵活部署，通过资源的抽象化，任意客户端可以在任意位置访问到任何服务，而不需关注服务端的位置；县调根据需要可以选择多种建设模式，仅仅通过软件配置调整就可适应将来可能的各种管理模式、区域规划上的变化。图1.广域分布式地县一体化调度自动化系统架构Fig.1Thearchitectureofwideareadistributeddispatchingcity-countyintegratedtechnicalsupportingsystem2)通过分区解并列技术、广域冷备技术、分布式数据采集技术，结合自愈的网络结构，可实现三点网络故障情况下，系统网络仍然畅通，四点、五点网络故障情况下，监控功能不丧失。3)通过分布式数据采集[9]，可以实现充分的负载均衡，并可在线增减数据采集节点；系统能够适应多种网络拓扑结构，在区域变化或者改变县调通信模式的情况下，能够灵活应对。2地县一体化建设模式比较如图2所示，我们可以看到地调的建设模式和三种典型的县调建设模式。地县一体化地调建设模式和传统地调建设模式基本一致，但是考虑到地县一体化运行，地区主系统的网络配置需满足多个县调高速接入的要求，地区主系统的硬件配置需满足大数据存储容量及处理性能方面的需要。对于县调有三种典型建设模式，分述如下。原设计有一种文献[11]未论述的分区拼接模式，因广域分布式地县一体化系统支撑平台SCADA人机终端地调WEB终端DTS终端前置PASWEBDTS广域分布式地县一体化系统支撑平台容灾备用人机终端县调WEB终端DTS终端前置电力通信网电力通信网地调厂站厂站县调厂站厂站生生产产控控制制大大区区（（II区区））管管理理信信息息大大区区生生产产控控制制大大区区（（IIII区区））WEB(III区)2013维护复杂，投资较大，未推广使用，本文不再详述。文献[11]提出的“紧耦合方式”成本过高，工程未采用。2.1远程终端县调建设模式远程终端模式下（见图2），这种模式主系统在地调，县调仅仅是地调的远程终端。该模式和文献[11]的“远程工作站”模式基本一致。该模式结构简单，硬件投资少，软件实现方便，维护简便。但是县调不具备数据采集能力，随着县调规模的扩大或县调计算机节点的增加将加重地调主系统数据采集的负担；另外，在地县通信网络中断情况下，县调将失去监控能力。此模式适用于离地调较近、规模较小、运行要求较低的县调。2.2分布式数据采集县调建设模式该模式下（见图2），系统的数据采集功能由分布在地调及县调的多个广域节点共同完成。主系统设置在地调，县调除配置各类工作站外，还需配置数据采集服务器及相关采集设备。县调按就近采集的原则负责该县所辖变电站的数据采集，县调的采集节点主要为专线通道服务，同时支持网络通道。地调及各县调分布采集的数据汇总至地调后台和灾备县调后台统一处理。这种模式节省投资，可解决县调大量的专线通道集中到地调采集的成本问题；它适应管理体制的变化，若县调人员集中到地调，县调厂站调试维护不受影响；该模式可扩展性好，采集任务地县调分担；它可靠性高，县调通信网络解列后，县调数采服务器会自动启动SCADA应用，实时监控不受影响。该模式灵活性好，若县调职能全部并入地调，数据采集服务器只要集中到地调即可，行政区域发生变化时，也仅仅需要搬动数据采集服务器，有效避免了管理变化时的重复投资。该模式适用范围较为广泛，可应用于各类县调。文献[11]提出的“分布采集方式”和本模式较为接近。但是文献[11]所提建设模式未考虑县调网络解列情况下县调的监控问题，未考虑管理变化、行政区域调整对县调建设模式的影响。2.3异地容灾备用县调建设模式该模式（见图2）在分布式数据采集县调基础上，另配置SCADA服务器、PAS服务器、灾备商用库服务器，用于监控、分析功能的容灾备用和电网模型、图形、历史数据等信息的在线实时备份，以便灾难性事故发生时调度监控分析的正常运行和电网数据资源的保护。这种模式结构相对复杂，需对通信网做调整，维护复杂度有所增加，但是系统可靠性有质的飞跃，可实现全面备用，性价比高，在分布式数据采集模式基础上配置关键服务器并增加应用软件模块即可，常态为县调，异常时快速切换为备调。地县一体化系统中可选择一个县调配置此模式，该县调需距地调相对较远，通讯条件好，可通过网络通道采集地调所辖厂站，且该县调应具备较高的管理和维护水平。文献[11]未论述该建设模式。2013图2.地县调建设模式Fig.2TheConstructionPatternofCity/CountyDispatchingSupportingSystem3分布式地县一体化系统关键技术3.1广域分布式网络构架地、县每个区域各有两个级联交换机，地县主干网连接有双环形网和双星形网（所有县调跟地调和灾备县调连接）两种典型结构，系统也可以支持混合网络结构，譬如整体环形加局部星形或双主干网中一条是环形，另外一条是星形。在网络建设中环形网络投资更省（如图3所示），一地四县情况下，环形网只需建设10条通信线路，而星形网需要14条。对于地县一体化系统，它抽象了网络，对大部分平台模块和应用模块，它屏蔽了网络架构的差异，克服了网络成环必须解决的路径解析问题及路径解析效率问题。从物理上看，各子系统的交换机之间网络成环，但是在逻辑上，有部分通路处于阻塞状态，只有这样，才能有效地避免网络风暴。在设计上，它充分考虑到了网络的冗余和可靠性，在三点故障时，也可以保证一体化系统的网络畅通，进而保障复杂条件下地县一体化调度系统的稳定可靠运行。图3.地县一体化调度系统的典型网络架构Fig.3TheTypicalNetworkAchitectureoftheCity/CountyDispatchingSupportingSystem3.2广域分布式网络资源管理从集中走向分布，从局域走向广域，资源监视的内容不仅包括传统的进程、应用、服务器、交换机，尤其需要实时检测广域网络状态，同时通过自动分析和可视化展示手段，能够由表及里地去挖掘系统中内外潜在的网络风险，以便采取有效的干预措施。1)主干网链路监视技术：监视广域网络链路的工作状况，包括物理连通、物理中断、逻辑连通、逻辑中断四种状态，同时还监视对应交换机端口所处的状态。该技术结合全景网络监视画面，可以让维护人员能清晰地把握全局网络状况。2)主干网的链路管理：通过对交换机路径选择权值的设置，控制主干网的逻辑通断状态，让通信质量最优的链路参与值班。3)链路Qos监测，能够通过相邻交换机的状态信息，分析链路通信质量，为维护人员对主干网的管理提供依据。4)非法节点接入检测：通过对主干网交换机的端口接入情况进行扫描，结合安全配置策略，能搜索到非法节点所在交换机端口，进而可支持从全景网络监视画面故障显示到交换机监视画面故障显示的逐层定位，使得管理员能快速确定非法节点所在网络位置。20135)数据采集路径故障诊断：通过从主站到网络RTU的网络拓扑分析，结合可视化的数据采集路径画面，可快速定位故障数采网络设备位置。6)区域网络解并列状态判断：结合交换机状态和网络拓扑的分析结果，判断该区域（地调或者县调）和主干通信网的连通状态是解列还是并列，该状态的变化会触发相应的网络解并列处理策略（见3.5节），结合网址漂移技术，可保证在四点和五点网络故障情况下，监控功能不丧失。3.3分布式一体化模型/图形管理及维护管理为了解决地县调度独立建设中遇到的信息不完整问题，需要一体化的模型管理，以实现全局化建模、一体化管理和透明化访问。对于模型使用者而言，模型数据全系统位置透明。模型数据全系统内分布和迁移，消除了局部故障带来的数据不可用，提高了整个系统的数据安全性和可用性为了确保图、模、库的正确性和一致性，在地县一体化的管理上，地县调需要独立、互不干扰地维护各自区域的图形、模型等信息，尤其是需要保证维护的安全性，防