備用調度可視化系統的數據同步解決方案初探

李成鑫，劉俊勇

(1.四川大學電氣信息學院，四川 成都 610065;2.智能電網四川省重點實驗室 四川 成都 610065)

0 引言

電力調度機構是電力系統調度運行的控制指揮中心，承擔著組織、指揮、指導和協調電力系統運行的重要任務，是電網安全穩定運行的關鍵環節。如果因災難事故(火災、電源中斷、通信系統大面積中斷、調度自動化系統全停等重大事故)、自然災害(臺風、地震、洪水等自然災害;傳染性疾病威脅)、突發事件(恐怖襲擊、社會動亂或騷亂;計算機網絡病毒及黑客攻擊、集團式攻擊等事件)、戰爭等情況下導致電網主調度指揮系統(簡稱主調)癱瘓，調度員也將隨之成為“瞎子”、“聾子”，電網處于不可監視與控制狀態，這樣的后果將嚴重威脅電網的安全穩定運行［1－5］。為保障電力生產、電網運行等調度指揮的不間斷，提高電網防御各種災難的能力和增強應對突發事件的水平，建設電網備用調度指揮系統(簡稱備調)已成必然。在5·12大地震之后，四川電網率先進行了異地備調的建設，目前國內很多網省調也已實施了備調的建設。

研究表明，人眼對圖形的敏感度大大高于對數據的敏感度，將該理論實踐用于電網運行監控，調度員很容易從可視化后的圖形中及時發現電網存在的問題和變化趨勢，提高決策效率。可視化技術隨著電力系統的發展需要不斷進步，從最初的電網單線圖的數據原始表示及列表表示，逐步向二維/三維圖形化、動畫發展，并吸收了信息學、美學、心理學等學科技術，形成了一系列與電力系統運行相適應的可視化表達方式。基于圖形化的可視化系統有效提高了實時信息的可閱性、提示性和概括性，為調度運行提供了良好的監視平臺，提供給了調度員精選后的監視信息，建立起了電網運行預警機制，為事故預想、調度狀態重演評估提供了快速、準確的分析工具。系統在調度運行指揮過程中的優勢作用日益鮮明［6－7］。備調系統使用概率小，但一旦使用，必然是緊急情況，這時情況紛繁復雜，電網調度任務緊急，調度技術支持系統必須能快速有效地向調度員提供所關心的電網運行情況，特別是有關全網運行態勢的數據。因此，備調建設中可視化調度系統的建設是很必要的。

對于備用系統，因為它使用的概率非常小，如果要像維護主系統那樣維護備用系統是不現實和不經濟的。從系統運行的實際情況來看，主系統的維護工作量比較大，不可能因為有一套備用系統后，維護人員成倍增加［1］，因此，要求備用系統建成后的日常維護工作量應盡可能少，當然也包括備調可視化系統。

1 備用調度系統建設的關鍵

備用調度中心，作為主用調度中心的后備，在正常情況下處于備用狀態，不參與電網的調度指揮，因此備調系統應該有別于主調系統，建設一個必要的縮減版的精要的調度系統，而不是大而全的主調系統的拷貝。這就涉及到應該在備調中心部署哪些系統。

電網備用調度系統的建設必須減少與主調系統的關聯性，使之在主調系統癱瘓后還能很好地生存，所以宜采用備調完全獨立于主調的建設模式。包括數據信道、數據采集、調度運行展示等。為了保證主備調系統從模型、參數到實時數據的統一，需采用統一的設備命名方式。

冷備用方式下，系統恢復的速度慢、啟用是否成功缺乏可靠的保障。溫備用方式下，備調切換時，備調系統將通過人工切換的方式啟動網絡信道采集，通過自己的前置系統實現數據采集和處理，備用系統恢復的速度也相對較慢，但平時至少能反映實際電力系統的運行狀態。宜采用熱備用方式，主備調系統同時對網絡信道的數據進行采集和處理，可以確保備用系統在災難發生時的快速、無縫切換和不受主調系統的影響。

但當主調癱瘓后，備調要能快速恢復對全網的電網調度，備調要具備與主調相同的調度手段和工作環境，特別是能正確反映電網運行工況并能對電網進行閉環控制，要具有高效的調度技術支持系統。因此，備調系統的建設既與主調密切相關，又有較大差別。因此，備調技術支持系統應實現以下功能:在主調正常運行時，其電網模型、參數、電網實時數據與主調一致;在主調癱瘓后，可自動地采集電網及廠站的數據，以便備調系統可以立即承擔起電網指揮調度的功能。

備調智能型調度面臨的難題如下。

(1)多數據源的融合與挖掘，眾多的孤立系統如何整合形成統一的調度指揮權;

(2)調度員如何介入以計算機為主的調度技術系統，發揮其主觀或直覺的作用;

(3)主備調切換方式和時機問題，在什么情況下備調啟用?是否有技術指標?備調啟用是手工方式還是自動方式?

(4)如何保證在啟用備調時，電網模型、數據和圖形能反映電網當前實際情況。

這里就第四個問題進行探討。

2 備調可視化系統建設方案

2.1 備調可視化系統硬件結構

備調可視化系統部署在安全II區，采用和主調完全獨立的方式，以防止主調系統停掉之后備調可視化沒有數據來源，備調可視化系統網絡通過防火墻和備調SCADA/EMS等系統相連，獲取模型、量測等電網數據。備調可視化系統服務器采用雙網口，一個網口和內部交換機相連，另一個網口通過防火墻獨立和主調可視化服務器相連，以和主調可視化系統進行數據同步。其硬件結構圖如圖1所示。

圖1 備調可視化硬件結構

圖2 備調可視化軟件結構

2.2 備調可視化系統軟件結構

系統軟件結構圖如圖2所示。備調可視化所需模型以CIM模型文件的方式從備調SCADA/EMS系統獲取，實時數據以E文件形式從SCADA/EMS系統獲取，圖形文件以SVG形式從SCADA/EMS系統獲取，這些數據都是單向傳輸，從安全I區傳到II區。圖形文件中維護平臺上經SVG解析成可視化專用圖形格式后發布到可視化整個系統，模型和實時數據由服務器入庫后分發到系統內各工作平臺。備調可視化系統通過服務器和主調可視化系統服務器進行數據同步。

3 主備調可視化系統數據同步方案

為了保證啟用備用時，電網模型、數據和圖形能正確反映電網當前實際情況，但盡量減少備調系統的日常維護量;同時在主調恢復功能，備調準備轉為正常備用模式時，需將應急模式期間的模型和圖形變化情況同步到主調，需要對主、備調系統之間的同步進行研究。

3.1 圖形同步

主、備調系統之間，如果是同構系統，則圖形可以通過覆蓋方式進行同步。

主、備調系統之間如果是異構系統，為了實現圖形的同步，主、備調需遵循IEC 61970標準，按照可縮放向量圖形(scalable vector graphics，SVG)標準導出圖形文件，傳到對端，然后在對端解析SVG圖形并更新同名圖形文件，從而實現圖形的同步。

在主、備調可視化之間同步圖形屬于同構系統，直接覆蓋就能同步。

3.2 模型同步

主、備調系統實現模型同步的方式主要有實時同步、定期同步、延時同步和手工同步4種［1－2］。

1)實時同步的方式要求主系統將其數據維護信息立即傳輸到備調系統中，備調系統及時更新以反映最新的模型。這種方式實現復雜，但可以保證備調系統模型的及時性與有效性。

2)定期同步的方式是由主系統將模型定期傳輸到備調系統中，備調系統更新后反映最新的模型。

3)延時同步方式時，當主調進行模型更新時，備調延時同步;當主調進行計劃值修改時，備調實時同步。延時時間和需要實時同步的消息可靈活在配置文件中定義。

4)手工同步方式，系統提供手工同步工具，由自動化維護人員定期同步主、備調系統模型數據，備調系統更新后反映最新的電網運行模型。

在實際運行過程中，發現實時同步模式雖然減輕了維護工作量，提高了工作效率，但也帶來一定的安全風險。如果主系統模型或數據庫出現異常，會直接影響到備調系統運行，可能出現主、備調系統同時故障的風險，嚴重威脅電網的安全穩定運行。定期同步模式的優點是實現簡單，缺點是在兩次更新之間的一段時間里備調系統的模型存在滯后性。

經過對主、備調系統模型同步機制的分析研究，在保證主調系統安全穩定運行的前提下，提出延時同步方式和手工同步方式相結合的模式。正常模式下，主調系統模型以延時方式自動向備調同步;當主調恢復正常后，備調采用手工方式將應急期間模型、參數的變化同步到主調，確保主調模型、參數最新。

3.3 數據同步

正常模式下，主、備調系統獨立運行、獨立保存歷史數據，不需要數據同步。

應急模式下，當主調恢復正常后，視情況決定是否需要備調向主調同步歷史數據。如果主調端是因傳染病等因素失去控制職能，應急模式期間主調端數據采集正常，則不需要同步歷史數據。如果主調端是因自然災害等其他因素失去控制職能，應急模式期間主調端數據采集不正常或中斷，則需要從備調向主調同步歷史數據。

綜合上述3方面的同步要求，可將系統數據同步分成兩大類。

(1)主調向備調延時自動同步

在正常工作模式下，系統圖形、模型實行從主調延時自動同步備調的方式。實時數據不同步，備調的實時數據由備調端獨立采集。

(2)備調向主調手動同步

在應急模式下，如果主調端數據采集不正常或中斷，當系統恢復后，系統圖形、模型和實時數據需要手動方式由備調向主調同步。

4 數據同步方案的軟件實現

由于主、備調同步的兩端都是可視化系統，處理圖形、模型和數據的機制都是一樣的，所以同步相對簡單。

4.1 主調向備調延時自動同步

軟件實現延時自動同步的步驟如下。

步驟1:備調服務器上開一個FTP服務。

步驟2:當主調可視化模型變動時，將已入庫模型數據打包成一個文件FTP到備調服務器上;當主調可視化新增圖形或圖形修改時，將這些圖形文件FTP到備調服務器上。

步驟3:備調可視化服務器上運行一個程序，定時掃描FTP服務目錄A下是否有新送來的圖形文件和模型文件。如果檢測到有新的，立即拷貝到本機另一目錄B，延時一段時間(延時時長可預先人工設定)，過了延時時間如果沒有同名新文件過來，則說明主調的修改有效，可以進行同步。如果目錄B下有圖形文件，程序逐個將目錄B下的圖形文件覆蓋可視化系統的同名圖形文件，由于主、備調系統ID號不一致，為了使主調的圖形中備調能直接用，還需根據圖形中設備名升級設備ID，然后發布到備調各機。如果目錄B下有模型文件，則將打包的模型文件解開，然后逐條和本機內存庫的模型比較，有新的就添加入庫。由于模型的ID可由可視化系統自動編號，所以模型入庫只需按本機模型入庫規則編號就行。

圖3 主備調同步示意圖

4.2 備調向主調手動同步

將應急模式工作期間新的模型、圖形和實時數據同步到主調系統。這和4.1中介紹的主調向備調同步數據差不多，有差別的在于以下兩方面。

(1)在主調端將已經送到本機的文件同步本機可視化系統時，不需要從FTP服務目錄拷走，也不需要延時，直接進行同步即可。

(2)手工同步時，需要同步歷史數據。歷史數據的同步和模型文件同步過程類似，只是歷史數據斷面多，只能循環方式同步，每次同步一個斷面數據。首先，將歷史庫中一個斷面數據取出打包成一個文件，通過FTP傳送到主調FTP服務目錄下;然后主調端解開文件后逐條添加進主調可視化歷史庫。

5 結語

在啟用備調的緊急情況下，情況紛繁復雜，調度人員希望快速掌握全網運行工況及系統可控能力，系統基于調度員思維，以“看我想看的”思想組織各種系統數據形成可視化調度，便于調度員快速對全網情況了然于胸。

但備調可視化系統增加了維護人員工作量，為了減少維護工作，使備調系統能真正發揮“備用”作用，則根據備調可視化建設經驗和現場需求，提出了一套主、備調可視化系統數據同步方案，除了人工啟動一下程序外，基本做到零維護，從實際使用過程中的維護角度保證了備調可視化系統的可用性。

［1］麥紹輝，梁壽愚.備用調度EMS系統的數據同步解決方案［J］.電力系統通信，2010，31(213):46 －49.

［2］張繼芬.電網備用調度系統的數據同步與采集解決方案［J］.電力系統通信，2009，30(202):47－50.

［3］陳楓.省級電網SCADA/EMS備用方式的探討［J］.浙江電力，2006(4):18－21.

［4］徐展強，鄧大為，姜彩玉，等.異構主用、備用自動化調度系統一致性研究［J］.廣東電力，2009，22(4):9 －12.

［5］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.

［6］劉俊勇，陳金海，沈曉東，等.電網在線可視化預警調度系統［J］.電力自動化設備，2008，28(1):1－5.

［7］劉俊勇，沈曉東，田立峰，等.智能電網下可視化技術的展望［J］.電力自動化設備，2010，30(1):7 －13.