地縣一體化分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

晏亮，閻博，丁盛舟，郭子明，溫昭琦，張昊，王鑫，李新鵬

(1.南瑞集團公司 (國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)(北京)，北京 100192；2.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100053)

地縣一體化分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

晏亮，閻博，丁盛舟，郭子明，溫昭琦，張昊，王鑫，李新鵬

(1.南瑞集團公司 (國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)(北京)，北京 100192；2.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100053)

針對電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的分布式一體化運行需求，在分析傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套基于D5000系統(tǒng) (智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng))的地縣一體化分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)載均衡運行管理技術(shù)，基于公共信息模型 (Common Information Model，CIM)的高速模型交換格式CIM/ E的模型維護及同步技術(shù)，以及分布式數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)共享和監(jiān)視技術(shù)，提升了數(shù)據(jù)采集的采集處理和調(diào)度運行能力，保證地縣一體化分布式系統(tǒng)的可靠性和高效性，從而滿足未來大電網(wǎng)運行對數(shù)據(jù)采集的要求。

D5000；分布式；地縣一體化；CIM/E；模型同步；數(shù)據(jù)共享

0 前言

由于調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)[1]所監(jiān)控的電網(wǎng)規(guī)模不斷擴展，多個調(diào)度系統(tǒng)之間需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也越來越多，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集架構(gòu)集中度高、采集容量有限、維護模式和管理模式無法適應(yīng)未來鏈路多樣性的需要，都已不能滿足快速發(fā)展的需求。

需要深入開展數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究，構(gòu)建新的分布式數(shù)據(jù)采集總體架構(gòu)，提升數(shù)據(jù)采集的處理能力、可靠性、效率和易用性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式處理[2]、CIM/E[3-4]文件管理等技術(shù)的成熟與完善，分布式數(shù)據(jù)采集的研究有著良好的技術(shù)基礎(chǔ)。近年來國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集的發(fā)展主要集中在采集器、采集手段的研究，分布式數(shù)據(jù)采集的研究在國內(nèi)外也有相關(guān)的報道。但是總體來說，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集機制已無法滿足未來大電網(wǎng)分布式一體化運行的需求，而分布式數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用還處于初級研究階段。因此設(shè)計一套分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以滿足未來大電網(wǎng)運行對數(shù)據(jù)采集的要求是十分必要的。

D5000系統(tǒng) (智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng))是新一代的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)平臺，直接承載著實時監(jiān)控與預(yù)警 (EMS)、調(diào)度計劃(OPS)、調(diào)度管理 (OMS)等各類應(yīng)用平臺。

文中首先分析對比了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和地縣一體化[5-6]模式的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系，提出了新的基于D5000系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組網(wǎng)部署模式以及總體架構(gòu)，然后研究了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)載均衡運行管理技術(shù)、基于CIM/E的分布式模型維護[7]及同步技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)共享[8]和監(jiān)視技術(shù)這三項關(guān)鍵技術(shù)，并通過工程實踐對該方案進行了驗證。

1 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本地采集數(shù)據(jù)可基于本地調(diào)度平臺實現(xiàn)本地的模型維護、實時數(shù)據(jù)監(jiān)視管理等服務(wù)。而新的基于D5000系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)全局維護，全局管理，全局監(jiān)視的功能。

D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器同時接入本地調(diào)度中心的系統(tǒng)主網(wǎng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，通過系統(tǒng)主網(wǎng)接入所屬調(diào)度中心的調(diào)控系統(tǒng)，部署本地的調(diào)度平臺和可視化工作站，利用數(shù)據(jù)總線、系統(tǒng)管理、中間件等實現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能。此外采集服務(wù)器通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)形成廣域互聯(lián)，利用數(shù)據(jù)代理實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享，利用模型同步服務(wù)實現(xiàn)源端維護，利用監(jiān)視代理實現(xiàn)集中監(jiān)視管理。

1.1 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組網(wǎng)部署

D5000系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)采集服務(wù)器需要部署到各個調(diào)度中心，每臺數(shù)據(jù)采集節(jié)點同時接入所屬調(diào)度中心的系統(tǒng)主網(wǎng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。主干網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)采用以太網(wǎng)接口環(huán)型的組網(wǎng)方式，即地縣交換機通過SDH設(shè)備以太網(wǎng)接口互聯(lián)。基于D5000系統(tǒng)的分布式采集以太網(wǎng)接口環(huán)型組網(wǎng)方式如圖1所示。

1.2 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

在地域分布角度將分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為地調(diào)端和縣調(diào)端，其中地調(diào)系統(tǒng)作為上級調(diào)度，縣調(diào)系統(tǒng)作為下級調(diào)度系統(tǒng)。另外對于地調(diào)系統(tǒng)又分為地調(diào)主調(diào)系統(tǒng)和地調(diào)備調(diào)系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別獨立建設(shè)，并與其他系統(tǒng)進行信息交互。

在功能角度將分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為模型維護功能、實時數(shù)據(jù)共享功能和實時數(shù)據(jù)監(jiān)視功能，地調(diào)主調(diào)、地調(diào)備調(diào)以及各縣調(diào)之間需要保持模型以及實時數(shù)據(jù)的同步，來保證分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各調(diào)度中心信息的一致性。分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各功能在關(guān)鍵技術(shù)點一章中進行了詳細(xì)的闡述，基于D5000系統(tǒng)的地縣一體化分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖1 基于D5000系統(tǒng)的分布式采集以太網(wǎng)接口環(huán)型組網(wǎng)方式

圖2 基于D5000系統(tǒng)的地縣一體化分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

2 分布式數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵技術(shù)

2.1 負(fù)載均衡運行管理技術(shù)

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，當(dāng)任何一個節(jié)點發(fā)生故障時，其工作將由其它服務(wù)器自動接管，服務(wù)器優(yōu)先接管本地工作，如果不本地?zé)o法接管，則由地調(diào)或其它縣調(diào)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器接管。當(dāng)?shù)卣{(diào)系統(tǒng)功能恢復(fù)或地縣調(diào)間通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時，分布式系統(tǒng)能夠重新一體化運行，縣調(diào)將分解獨立運行期間的歷史數(shù)據(jù)和模型同步到地調(diào)系統(tǒng)中，保證了模型的同步性和數(shù)據(jù)的完整性。

2.2 分布式模型維護及同步技術(shù)

為實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一體化維護，上下級調(diào)度以及主備用調(diào)度自動化系統(tǒng)間需要建立必要的同步和檢測機制，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的同步和一致性檢測功能。在分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，上級主調(diào)度中心負(fù)責(zé)維護其所屬的直采鏈路，維護完成后將結(jié)果自動發(fā)布到上級備用調(diào)度中心并生效，而上級主調(diào)度中心的維護結(jié)果不會發(fā)布到下級調(diào)度。基于D5000系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上下級調(diào)度模型信息同步如圖3所示：

圖3 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上下級調(diào)度模型信息同步

D5000系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于CIM/E文件進行模型維護和管理，通過調(diào)度平臺提供的文件服務(wù)進行系統(tǒng)內(nèi)部的文件同步。

2.3 實時數(shù)據(jù)共享和監(jiān)視技術(shù)

2.3.1 實時數(shù)據(jù)共享

在D5000系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，由于各調(diào)度系統(tǒng)獨立進行維護，因此模型信息沒有統(tǒng)一的規(guī)劃，直接的跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸會造成數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)不一致的情況，造成上級調(diào)度后臺SCADA接收到的數(shù)據(jù)異常。因此在上級調(diào)度的各節(jié)點以及下級調(diào)度各節(jié)點部署數(shù)據(jù)代理服務(wù)，負(fù)責(zé)各系統(tǒng)間的實時數(shù)據(jù)信息校驗共享。基于D5000系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)共享通信方式如圖4所示。

圖4 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)共享通信方式

2.3.2 實時數(shù)據(jù)監(jiān)視

在基于D5000系統(tǒng)的地縣一體化模式下的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，地調(diào)系統(tǒng)作為上級調(diào)度需要監(jiān)視作為下級調(diào)度的系統(tǒng)運行狀態(tài)、通道運行狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)信息等關(guān)鍵運行信息。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，地調(diào)系統(tǒng)能夠監(jiān)視下級調(diào)度的信息比較有限，實時數(shù)據(jù)信息的來源也是通過下級調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)。在新的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)代理服務(wù)已經(jīng)將縣調(diào)實時數(shù)據(jù)信息等各類本地信息發(fā)送給上級主調(diào)，即為上級主調(diào)監(jiān)視功能提供了數(shù)據(jù)來源，使得地調(diào)系統(tǒng)監(jiān)視遠(yuǎn)端縣調(diào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和效率得到很大提高。

3 結(jié)束語

本文通過研究設(shè)計一套基于D5000系統(tǒng)的地縣一體化分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)地調(diào)與其所轄各縣調(diào)的模型信息同步以及實時數(shù)據(jù)準(zhǔn)確交互，使得地調(diào)縣調(diào)形成一整套一體化調(diào)度系統(tǒng)集群。系統(tǒng)經(jīng)過運行測試，驗證了該設(shè)計方案是可行和高效的。后續(xù)研究可以考慮進一步實現(xiàn)多級調(diào)度模式下的分布式數(shù)據(jù)采集，來滿足電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)對于分布式一體化的需求。

[1] 榮莉，徐迪，李偉玉.大運行體系下智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)的改革及應(yīng)用 [J].中國電業(yè)，2012，11：46-49.

[2] 孫建偉，王宗興，夏亞君，等.地區(qū)智能電網(wǎng)分布式電壓無功自動控制系統(tǒng)研究 [J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42(13)：112-116.

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Research on Power Distributed Data Acquisition System with Integration Mode of City and Counties Based on D5000 System

YAN Liang，YAN Bo，DING Shengzhou，GUO Ziming，WEN Zhaoqi，ZHANG Hao，WANG Xin，LI Xinpeng
(1.Beijing Kedong Power Control System Co.LTD.，Beijing，100192，China 2.China Hebei North Electric Co.LTD.，Beijing，100053，China)

According to the operation requirements of distributed integrated technology supporting system of power grid scheduling system，based on the analysis of the traditional technology of data acquisition system and distributed integrated technology，we design a power distributed data acquisition system with integration mode based on D5000 system.This system uses a distributed data acquisition system of load balancing operation and management technology，the CIM/E model maintenance and synchronization technology and distributed data acquisition sharing and data monitoring technology，enhancing the processing ability of data acquisition and operation，ensuring the reliability of the integration of distributed system and efficiency of city and counties，and meeting the needs of data acquisition of large power grid in the future.

D5000； distribution mode；integration between the city and counties；CIM/E； model maintenance and synchronization；data sharing

TM76

B

1006-7345(2015)06-0045-03

2015-10-16

晏亮(1981)，男，工程師，南瑞集團公司 (國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，從事電力系統(tǒng)自動化方面研究工作 (e-mail) yanliang991＠163.com

閻博 (1985)，男，博士，工程師，國網(wǎng)冀北電力有限公司，從事調(diào)度自動化研究工作 (e-mail)robert_1127＠zju.edu.cn

丁盛舟 (1989)，男，工程師，南瑞集團公司 (國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，從事電力系統(tǒng)自動化方面研究工作 (e-mail)dingshengzhou＠sina.com。

國家電網(wǎng)公司科技項目：“面向大運行大檢修的調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)支撐平臺關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化研究與應(yīng)用。”