電網(wǎng)故障錄波主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張琳波，李本瑜，翟海燕，廖曉春，王慧瓊

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.武漢順承科技有限公司，武漢 430071)

電網(wǎng)故障錄波主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張琳波1，李本瑜1，翟海燕1，廖曉春2，王慧瓊2

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.武漢順承科技有限公司，武漢 430071)

介紹了一種高性能電網(wǎng)故障錄波主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)架構(gòu)、硬件部署、數(shù)據(jù)處理方式等，重點(diǎn)對(duì)大數(shù)據(jù)處理時(shí)系統(tǒng)的負(fù)載均衡、實(shí)時(shí)性、安全性及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性等關(guān)鍵指標(biāo)展開了闡述，并提出了蟻陣系統(tǒng)、三級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理等新穎設(shè)計(jì)思路，最后針對(duì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算和論證，保證了設(shè)計(jì)的實(shí)用性和合理性。

故障錄波主站；電網(wǎng)故障信息；蟻陣系統(tǒng)；三級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理

0 前言

隨著我國(guó)電網(wǎng)自動(dòng)化水平日益提高，如何在復(fù)雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式變化等情況下快速、準(zhǔn)確判斷線路故障和保護(hù)動(dòng)作行為，正成為新課題。在此情形下，故障錄波器提供的豐富詳盡的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，尤其是故障或非正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，將具有重要的價(jià)值。故障錄波主站系統(tǒng)采用統(tǒng)一平臺(tái)[1]的軟、硬件系統(tǒng)，處理全網(wǎng)所有故障錄波器的全部業(yè)務(wù)，符合20分鐘內(nèi)向總調(diào)值班調(diào)度員匯報(bào)事故、異常簡(jiǎn)要情況[2]的監(jiān)管要求，還達(dá)到了一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)提出的指標(biāo)。

1 蟻陣通信服務(wù)系統(tǒng)

所謂 “蟻陣系統(tǒng)”，是指在主站系統(tǒng)負(fù)荷較大的通信接入環(huán)節(jié)，運(yùn)用多臺(tái)普通獨(dú)立的通信設(shè)備替代一臺(tái)超級(jí)通信設(shè)備，以平攤數(shù)據(jù)吞吐、分散流量風(fēng)險(xiǎn)的方法，目標(biāo)是最大限度保障主站系統(tǒng)的安全性和實(shí)時(shí)性。

電網(wǎng)故障錄波主站系統(tǒng)涵蓋的故障錄波器省、網(wǎng)級(jí)別的建設(shè)規(guī)模在1 000套左右，處理的電網(wǎng)故障信息[3]除經(jīng)常性因素外，還受山風(fēng)、山火、臺(tái)風(fēng)、雷雨、覆冰[4]等地域性特征因素影響。僅采用單套服務(wù)器來處理如此多個(gè)通信點(diǎn)，在通信規(guī)約、數(shù)據(jù)格式、流量分布等均無法預(yù)期的前提下，即使提升性能和雙機(jī)熱備，也無法保證萬無一失。一旦操作系統(tǒng)崩潰、網(wǎng)線連接松動(dòng)、熱備系統(tǒng)失靈等情況發(fā)生，影響面將覆蓋整個(gè)主站系統(tǒng)，破壞極大。

采用蟻陣系統(tǒng)最直觀的好處就是把原本施加在一套服務(wù)器上的負(fù)荷，分散到多個(gè)服務(wù)器上，以共同完成主站端對(duì)廠站端錄波數(shù)據(jù)的采集處理任務(wù)。如圖1。

圖1 6+1“蟻陣”通信服務(wù)系統(tǒng)

蟻陣系統(tǒng)架構(gòu)方案的特點(diǎn)：

1)對(duì)安全要求較高的500 kV系統(tǒng)錄波器，采用增強(qiáng)型 (或雙機(jī)熱備)服務(wù)器接入；

2)對(duì)啟動(dòng)較頻繁的220 kV系統(tǒng)錄波器，采用增強(qiáng)型通信服務(wù)器接入；

3)對(duì)正常負(fù)荷的220 kV系統(tǒng)錄波器，采用兩臺(tái)獨(dú)立通信服務(wù)器平均接入；

4)對(duì)于220 kV電廠的錄波器，采用一臺(tái)獨(dú)立通信服務(wù)器集中接入；

5)專設(shè)一臺(tái)測(cè)試通信服務(wù)器。對(duì)于新增或罕見、非主流的錄波器型號(hào)，在接入主站系統(tǒng)前，先在測(cè)試通信服務(wù)器上試運(yùn)行以評(píng)估實(shí)際應(yīng)用效果，如長(zhǎng)期穩(wěn)定性、遠(yuǎn)程定值校核、IEEE1588對(duì)時(shí)過程[5]測(cè)試等；

6)測(cè)試通信服務(wù)器還承擔(dān)廠站端錄波器遠(yuǎn)程桌面控制、主站系統(tǒng)性能評(píng)估、主站新增功能開發(fā)和極限環(huán)境測(cè)試等額外任務(wù)；

7)對(duì)500 kV系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)保障，對(duì)220 kV系統(tǒng)進(jìn)行分散接入降低風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)不遵循電網(wǎng)招標(biāo)體系框架、涉及的非主流錄波器較多的電廠進(jìn)行專門隔離處理，預(yù)留緩沖空間應(yīng)對(duì)特殊型號(hào)錄波器可能對(duì)主站系統(tǒng)造成的直接沖擊。這些有保有放的措施最大限度的利用了硬件資源，也符合電網(wǎng)調(diào)度管理習(xí)慣；

8)各服務(wù)器獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。即使在極端情況下發(fā)生局部崩潰，對(duì)整個(gè)主站系統(tǒng)的沖擊也極其有限。各服務(wù)器可隨時(shí)角色互換或分拆合并，自由靈活協(xié)同運(yùn)行；

9)在通信服務(wù)層面，用多樣化的手段解決了故障錄波器在數(shù)據(jù)來源、接口、規(guī)約、格式、版本等方面的差異性，完成了采集數(shù)據(jù)就地標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，保證了錄波數(shù)據(jù)在后續(xù)處理及二次運(yùn)用等環(huán)節(jié)的一致性。

2 三級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理

數(shù)據(jù)處理流程主要有規(guī)約接入、標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、通信服務(wù)器就地存儲(chǔ) (一級(jí)存儲(chǔ))、數(shù)據(jù)分析(數(shù)據(jù)服務(wù)器上進(jìn)行)、數(shù)據(jù)服務(wù)器本地存儲(chǔ) (二級(jí)存儲(chǔ))、寫磁盤陣列 (三級(jí)存儲(chǔ))幾個(gè)環(huán)節(jié)，如圖2。

三級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于：

1)規(guī)約接入：按照具體接入錄波器型號(hào)的規(guī)約格式，通過以太網(wǎng)方式采集錄波器數(shù)據(jù)。

圖2 主站數(shù)據(jù)處理示意圖

2)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換：通信服務(wù)器除了按規(guī)約采集錄波器數(shù)據(jù)，還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式規(guī)范和統(tǒng)一，如通信狀態(tài)、錄波簡(jiǎn)報(bào)、COMTRADE采樣數(shù)據(jù)等。標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換是主站系統(tǒng)對(duì)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行的最基層處理，能夠保證主站系統(tǒng)不受錄波器型號(hào)差異影響，且使得數(shù)據(jù)具有較高一致性。

3)一級(jí)存儲(chǔ)：通信服務(wù)器將原始數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行就地存儲(chǔ)，每臺(tái)通信服務(wù)器自帶600 GB硬盤，對(duì)于增強(qiáng)型配置的通信服務(wù)器專門配置SAS接口以保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率及降低旋轉(zhuǎn)部件損壞幾率。建立第一級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是為了保證通信服務(wù)器到數(shù)據(jù)服務(wù)器過程中因網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、鏈路故障及數(shù)據(jù)服務(wù)器崩潰等極端條件下，通信服務(wù)器有足夠的緩存能力，不至于丟失數(shù)據(jù)。

4)數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)分析在數(shù)據(jù)服務(wù)器上進(jìn)行。數(shù)據(jù)服務(wù)器首先要完全接收通信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的錄波數(shù)據(jù)以及各種消息、狀態(tài)指示，對(duì)于錄波數(shù)據(jù)，還要進(jìn)行一系列在線分析。

5)二級(jí)存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)服務(wù)器自帶磁盤陣列卡和獨(dú)立硬盤，用于支撐快速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及承載主站系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。第二級(jí)存儲(chǔ)滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢及Web發(fā)布、廠站端設(shè)備通信狀態(tài)在線瀏覽、分析策略設(shè)定和優(yōu)化配置、人工干預(yù)等功能。

6)三級(jí)存儲(chǔ)：第三級(jí)存儲(chǔ)在磁盤陣列上進(jìn)行，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器的增量備份方式由第二級(jí)存儲(chǔ)介質(zhì)經(jīng)過篩選策略之后形成歷史備份并固化到磁盤陣列。第三級(jí)存儲(chǔ)的建立是為了滿足主站系統(tǒng)常年運(yùn)行所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)歸檔需要，也為電網(wǎng)調(diào)度管理提供了歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、綜合智能挖掘等支撐手段。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量測(cè)算

系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量測(cè)算分為兩個(gè)部分：通信服務(wù)器就地緩存能力 (一級(jí)存儲(chǔ))；數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)開銷 (二級(jí)存儲(chǔ) /三級(jí)存儲(chǔ))。

3.1 第一級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力測(cè)算

以單個(gè)通信服務(wù)器接入錄波器上限200套為例。第一級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用的本地磁盤容量為600 GB，其中操作系統(tǒng)分區(qū)占60 GB，備份分區(qū)占40 GB，數(shù)據(jù)分區(qū)占500 GB，如圖3。數(shù)據(jù)分區(qū)采用先進(jìn)先出循環(huán)存儲(chǔ)策略，存儲(chǔ)臨界值保守設(shè)定為80%，即400 GB。

圖3 通信服務(wù)器本地600 GB磁盤空間分配

存儲(chǔ)測(cè)算結(jié)果表明：第一級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力達(dá)到100天，非常充裕。

3.2 第二級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力測(cè)算

以云南電網(wǎng)2014年統(tǒng)計(jì)的錄波數(shù)據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行第二級(jí)存儲(chǔ)測(cè)算，結(jié)果表明完全滿足主站系統(tǒng)的第二級(jí)存儲(chǔ)要求。

鑒于故障錄波器的無效啟動(dòng)率很高 (超過98%)，因此主站系統(tǒng)1年的存儲(chǔ)開銷會(huì)幾十倍甚至上百倍于篩選過濾后的歷史數(shù)據(jù)，故不再對(duì)第三級(jí)存儲(chǔ)開銷進(jìn)行單獨(dú)測(cè)算。

4 結(jié)束語

文中介紹了電網(wǎng)故障錄波主站的設(shè)計(jì)，良好的適應(yīng)了我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)中故障錄波器設(shè)備數(shù)多、信息量大、啟動(dòng)率高、存儲(chǔ)安全規(guī)格嚴(yán)苛等一系列條件?；诒驹O(shè)計(jì)研制的云南電網(wǎng)故障錄波主站系統(tǒng)已成功上線，為云南電網(wǎng)故障信息整合提供了統(tǒng)一平臺(tái)滿足了對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行信息的全面、及時(shí)、準(zhǔn)確掌控，保證了云南電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1] 高翔，張沛超，章堅(jiān)民.電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) [M] .北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司.中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)度信息管理辦法[R].廣州：中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心，2010.

[3] 倪益民，丁杰，趙金榮，等.電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27 (17)：86-88.

[4] 翟海燕，趙明，李本瑜，等.2008年云南電網(wǎng)抗擊冰災(zāi)繼電保護(hù)技術(shù)措施 [J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2(2)：40 -43.

[5] 寧楠，廖曉春，鄧其軍，等.基于IEEE1588的智能變電站多時(shí)鐘域數(shù)據(jù)同步技術(shù) [J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版)，2014，47(3)：344-349.

Design of High-performance Main System of Fault Recording in Power Grid

ZHANG Linbo1，LI Benyu1，ZHAI Haiyan1，LIAO Xiaochun2，WANG Huiqiong2
(1.Yunnan Power Dispatching Control Center，Kunming 650011，China；2.Wuhan Shuncheng Science Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430071，China)

This paper introduces the design of High-performance Main System of Fault Recorder in Power Grid，which includes system architecture，hardware deployment，the method of data processing，etc.，and discusses the key indicators of load balancing，real-timing，security and data storage reliability，etc.，in the processing of huge data processing system，and develops new conceptions of ant array system，level-three data storage processing，and finally reckons the system's storage capacity index，ensuring that the design is reasonable and practicable.

main system of fault recorder；power grid fault information；ant array system；level-three data storage processing

TM73

B

1006-7345(2015)05-0089-03

2015-03-14

張琳波 (1981)，男，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理工作 (e-mail)eleckson＠163.com。

李本瑜 (1975)，男，碩士，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)管理工作 (e-mail) jkjdk＠163.com。

翟海燕 (1965)，女，碩士，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)管理工作 (e-mail)zhhy910603＠sina.com。