集控與地調互備系統淺析

肖 翔，張小軍，杜軼軒，詹代俊

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061）

隨著電網自動化技術的進一步發展及電網結構改造的深入進行，集控中心的變電站集中監控系統（以下簡稱集控系統）、地區電網調度自動化系統[1]（以下簡稱地調系統）這2種服務對象完全不同，運行規程、操作需求也不同的系統已經在國內廣泛使用。雖然這2套系統有很多的不同，但對于同一地區而言，2套系統所管轄的廠站是有重復的，完全可以使用同一套地區電網模型作為各自的數據基礎；2套系統所監視、控制的目標是重復的，數據采集與監控系統（SCADA）基本功能相同。集控系統與地調系統完全可以做到互為備用，將2套系統結合在一起就是本文要分析的集控與地調互備系統 （以下簡稱互備系統）。

1 集控與地調互備系統備用模式分析

集控與地調互備系統就是將集控系統與地調系統的網絡連接打通，2套系統使用統一的模型，功能方面采用分級備用和整體備用相結合。

互備系統的備用模式，從功能上分為3種：系統級互備、廠站級互備、通道級互備。對于系統間應用級互備按照目前的調度、監控技術可以通過設備級冗余配置[2]，實現在一套系統中完全冗余的應用級備用，也就是在一套系統中只要有一臺服務器存在，就可以接管系統中所有的應用功能，而當這最后一臺機器故障時，系統進入系統級互備，所以系統間應用級互備暫不考慮。

1.1 系統級互備

系統級互備就是當集控系統出現系統級故障時，地調系統同時作為集控系統使用，或地調系統出現系統級故障時，集控系統同時作為地調系統使用，如圖1所示。正常情況下集控系統與地調系統互為備用，當故障情況或人為干預的情況下，集控系統還具備地調系統的SCADA、數據采集應用 （FES）功能，或者地調系統還具備集控系統的SCADA、FES功能。

圖1 集控與地調互備系統的系統級互備示意

集控與地調互備系統的系統級互備一般應用于以下幾種情況：單套系統故障，這種故障情況很少發生；單套系統進行檢修、軟硬件升級；單套系統更新換代；單套系統故障的模擬演習，以提高運行維護人員的工作技能。

系統級互備發生時，增加了正常系統的應用功能模塊。

1.2 廠站級互備

廠站級互備指當互備系統中一套系統的某個或多個廠站數據故障，以及中斷時該系統的廠站數據從互備系統中的其他系統采集使用，如圖2所示。

圖2 集控與地調廠站級互備示意圖

正常情況下集控系統與地調系統所使用的廠站數據互相獨立，互不干擾，當故障情況（見圖2）或人為干預的情況下，集控系統可以使用地調系統的廠站數據或地調系統可以使用集控系統的廠站數據。

集控與地調互備系統的廠站級互備是整套互備系統中較常使用的功能，使用方式非常靈活，可以將控制權交給互備系統，由互備系統去自由選擇，也可以人為指定。廠站級互備主要使用在單個廠站故障或單個廠站在調試狀態時。

廠站級互備對地調系統、集控系統帶來額外的網絡流量和數據存儲的開銷。

1.3 通道級互備

通道級互備指的是：當互備系統中一套系統的某個或多個通道故障，以及中斷時使用互備系統中其他系統的通道，如圖3所示。正常情況下集控系統與地調系統所使用的通道互相獨立、互不干擾，集控系統負責控制，當故障情況或人為干預的情況下（見圖3），集控系統可以使用地調系統的通道或地調系統可以使用集控系統的通道。

圖3 集控與地調通道級互備示意

集控與地調互備系統的通道級互備是整套互備系統中使用最多的功能，使用方式非常靈活，可以將控制權交給互備系統，由互備系統去自由選擇，也可以人為指定通道連接。通道級互備主要使用在單個通道故障或單個通道在調試狀態時。

通道級互備對地調系統、集控系統帶來額外的網絡流量和數據存儲。

2 集控與地調互備系統類型分析

2.1 一對一集控與地調互備系統

一對一集控與地調互備系統由一套集控系統與一套地調系統共同組成，主要互備功能包括系統級互備、廠站級互備、通道級互備。以下簡稱一對一互備系統，如圖4所示。

圖4 一對一集控與地調互備系統示意

一對一互備系統中的2套獨立系統分別部署在地調與集控中心，2套系統間通過網絡連接，為了實現系統級互備功能，要求2套系統模型數據完全一致。

一對一互備系統在硬件結構上要求2套系統采用相似配置的硬件結構，集控系統有可能承擔完整的地調系統功能，不能因為功能簡單而使用較低檔次的服務器，必須要配置較高檔次的服務器。在網絡結構方面，采用點對點連接。

一對一互備系統的維護模式一般采用單側維護。這種維護模式將維護任務交給地調自動化維護人員，他們對地區電網整體把握更強，而且單側維護對于互備系統更有利于地調系統與集控系統模型數據的同步工作、有利于互備系統整體的安全性。

一對一互備系統的優點是：結構簡單、清晰，較易實現，安全可靠性高；缺點是在硬件配置上要求較高，要求集控系統與地調系統相似，主要服務器性能指標相同。

這種建設模式局限于一個地調只有一個集控中心，考慮到集控中心管轄變電站的電壓等級和數量，一對一集控與地調互備系統僅適用于中小型地區，不適合大型地調。

2.2 一對多簡單集控與地調備用系統

一對多簡單集控與地調備用系統，由多套集控系統與一套地調系統共同組成，主要功能是地調系統作為所有集控系統的后備系統。以下簡稱一對多簡單備用系統，如圖5所示。

圖5 一對多簡單集控與地調互備系統示意

一對多簡單備用系統中包含一套地調系統多套集控系統，它們之間使用網絡連接，地調系統的模型數據是所有集控系統的全集，各集控系統之間模型互相獨立。

一對多簡單備用系統在備用模式下僅僅地調可以做全部集控或部分集控的后備系統。

一對多簡單備用系統在硬件結構上只要求地調系統可以承擔所有集控的后備，所有集控系統具備各自的集控功能。這樣不同的集控系統可以采用不同級別的硬件平臺。

一對多簡單備用系統僅能采用單側維護，可在地調側單側維護，然后模型下發給集控中心，也可在集控單側維護，然后在地調側進行模型的拼接。

一對多簡單備用系統的優點是：功能簡單、對于集控系統的硬件要求低、較易實現，安全可靠性高；缺點是集控之間不能互備，地調也沒有后備，當地調系統出現問題時互備功能完全失去。

這種建設模式局限于集控系統不能做地調系統的后備，在互備的功能上不完整，但在技術方面要求不高，對每個集控系統的硬件要求也較低，籌建互備系統的費用較低，適用于已建有多個集控系統，短期又沒有改造計劃的地區。

2.3 一對多復雜集控與地調互備系統

一對多復雜集控與地調互備系統由多套集控系統與一套地調系統共同組成，主要功能是地調系統分別與集控系統中的一套成為互備系統，而集控與集控系統之間不存在互備關系。以下簡稱一對多復雜互備系統，如圖6所示。

圖6 一對多復雜集控與地調互備系統示意

一對多復雜互備系統中包含一套地調系統多套集控系統，它們之間使用網絡連接，地調系統模型數據也是所有集控系統的全集，各集控之間模型互相獨立，必然有單個集控的模型與地調系統完全相同。

一對多復雜互備系統在備用模式下，地調可以做一套或多套集控系統的后備系統，部分集控系統可以與地調系統做互備系統。

一對多復雜互備系統在硬件結構上對部分可以做地調后備系統的集控系統要求較高，互備系統中的其他集控系統可以采用低配置的硬件平臺。

一對多復雜互備系統在維護模式上一般只采用單側維護，這樣可以降低互備系統的復雜度，提高互備系統的安全性。

一對多復雜互備系統的優點是：集控系統與地調系統之間具備完整的互備功能，滿足地調按不同電壓等級分設集控系統的要求，安全可靠性高；缺點是集控與地調互備系統整體結構復雜，技術難度大，對與地調實現互備的集控系統的硬件要求較高。

這種建設模式局限于建設技術難度大、資金要求高，僅適用于超大型、大型地調，不適用于一般中小型地區。

3 結束語

集控與地調互備系統平時正常運行時為2套獨立的SCADA系統，而一旦遇到故障和災難，則可以實現對電網監視的災難備用，保證電網調度和電網的監視及控制的高可用性[3]。

集控與地調互備系統完全符合國網公司關于安全、災備的要求，目前國內正處于研究探索階段，它使用典型的異地系統間互備模式，整體結構簡單可靠，通過對系統間互備的實現，可以最大限度的合理使用集控系統和地調系統的資源，提升了集控系統和地調系統的安全性，具有廣闊的市場前景，應用范圍廣泛。

[1]于爾鏗.地區電網調度自動化系統的應用功能[J].電網技術，1998，22（3）：47-53.

[2]于爾鏗，劉廣一，周京陽.能量管理系統（EMS）——第一講：EMS 的技術發展[J].電力系統自動化，1997，21（1）：65-68.

[3]丁 鋒，朱 紅，冷 俊，等.地區電網調度SCADA災難備用系統的建設[J].電力系統自動化，2005，29（6）：105-107.