實時數據庫軟件在田灣河水電廠數據交換系統中的應用

申泉涌 王容 何月

【摘 要】實時數據庫最重要的特性就是實時性，它包括事務實時性和數據實時性。安全日志能夠將數據總線上發生的所有數據訪問的信息記錄下來，提供安全驗證和數據權限控制能力，能夠靈活控制應用系統的數據訪問范圍。本文就田灣河水電廠的實時數據庫軟件的應用進行簡述。對數據交換系統的設計目標、數據交換系統的設計原則及集控、遠控中心數據交換系統技術要求進行了詳細的探討。

【關鍵詞】數據交換系統 設計目標 設計原則 管理

田灣河水電廠數據交換系統放置于非實時控制區II區，擬完成與II區相關系統的總站系統的數據整合、處理；完成與實時控制區I區計算機監控系統的數據交換、處理；與管理信息大區電力生產信息管理系統的數據交換、處理，另外在生產管理區III區直接接入了廣域網絡，廣域網絡的傳輸通道采用四川省電力公司電力數據通信網絡，安全III區的網絡通過本區邊界的一臺防火墻設備直接與上下級的生產管理區進行網絡連接。

1 數據交換系統的設計目標

（1）建立基于CIM的數據交換機制。使四川田灣河流域成都遠控中心安全I區和II區內的各類應用系統間能夠互聯、互操作，實現數據的共享和企業全局的元數據倉庫，數據交換系統的建設必須遵循標準化原則。基于IEC61970/61968標準開發出集成總線平臺，并參照IEC61970/61968CIM模型，采用標準IEC61970GID接口。

（2）建立總線型數據集成交換平臺。數據交換系統是實現“數字化電廠、信息化企業”長遠目標的必由之路，是落實集約化、集中式管理的有效手段。為了建立田灣河數據交換平臺，需制定整體的集成模型和策略，采用統一的元數據模型與接口標準，形成統一的數據視圖與功能視圖。相對于點對點的集成方式而言，企業級應用集成平臺采用總線型技術。

（3）建立可伸縮的數據交換架構，充分保護投資。數據交換系統的建設應體現總體規劃、分布實施的思想，設計時應考慮到滿足以后中游電站接入時的擴充或通用的需求，以充分保證田灣河開發有限責任公司的投資保護需求。

2 數據交換系統的設計原則

（1）本系統應根據“統一規劃、分步實施”的原則分階段進行建設，首先搭建系統的基本框架，實現發電信息監視；在此基礎上，實現調度運行管理等管理功能；最后根據公司實際情況，開發其他高級應用分析功能。在系統的每個建設階段需要充分考慮系統的擴展和開放性。

（2）采用成熟的技術，以保證系統可靠、安全、穩定地運行；同時也要盡量提高技術的先進性，確保系統能夠平滑升級和擴充。

（3）在網絡結構、硬件和軟件的配置上應遵循開放性的原則，以達到系統的可擴充性、可維護性；在選型上應選用符合模塊化設計、遵循國際標準的產品。

（4）盡量減少軟硬件之間的依賴程度以及軟件之間的耦合程度，以提高系統的開放性、兼容性、可維護性。

3 集控、遠控中心數據交換系統技術要求

（1）安全區域II中的交換數據庫服務器系統采用二臺小型機與現有的設備（FC交換機和一臺磁盤陣列）組成，二臺服務器集群以主、備方式運行，數據庫采用大型關系型數據庫企業版。配置一臺PC服務器作為交換平臺服務器。

（2）安全II區的網絡分為前置網絡與核心網絡。安全II區與安全I區之間設置一臺防火墻，保證兩個區域之間數據訪問的安全。安全II區與安全III區之間設置有正反項隔離器，保證兩個區域數據交換的安全性。安全II區的網絡中設有網絡入侵檢測設備及管理工作站用以防范網絡攻擊。安全II區的網絡備有防病毒的安全措施。

（3）安全區域II中配置一臺通信服務器支持正向隔離設備的數據傳輸；安全區域III中配置一臺同樣的服務器與安全區域II的通信服務器對稱，提供同樣的數據傳遞與安全保證服務工作。

（4）在安全區域III中配置二臺小型機服務器組成一個集群，構成安全II區數據庫服務器的鏡像服務器。在生產管理區（安全III區）設置1臺數據服務的WEB發布服務器，對外提供數據服務。另外為了便于數據交換平臺的管理和應用歷史數據查詢，設置一臺生產管理工作站（兼數據備份服務器）。該工作站同時配置管理應用軟件和數據備份應用軟件。安全III區網絡的下級電站的視頻安全監控系統的數據流，可以通過安全策略直接穿過防火墻，進入集控、遠控中心安全III區的監管系統。

（5）原有（I區、II區、III區）的水電調度控制與相關應用系統和硬件平臺應保持不變，并且連接邏輯關系保持不變。

（6）支持建立異構的分布式應用環境下的數據集成訪問平臺，能夠屏蔽數據存儲的異構性和不同數據庫操作的異構性，形成統一的虛擬數據視圖。

（7）提供增量數據復制方式：支持實時復制和定時復制兩種模式。可以在復制過程中實現字段的合并，拆分等，可以記錄數據的變化流水，以便跟蹤數據的變化。支持不通過復制，直接用聯邦的方式將數據邏輯的整合到統一平臺

4 實時數據庫軟件在數據交換系統中的應用

數據交換系統是一個分布在內交換平臺和外交換平臺的分布式架構的系統，實時數據庫軟件在數據交換系統的應用中具有以下功能：

（1）基于CIM的數據模型管理。 CIM模型定義了水電領域相關資源對象，它包括基礎數據類型、枚舉類型、自定義類型的定義、類型屬性的定義，并且能正確描述定義類型間的繼承關系、包含關系、關聯關系等信息。使數據表達標準化、一致化，為系統間進行數據交換和共享奠定基礎。為了在不同信息系統之間共享數據，需要建立統一的數據模型即CIM模型來解決異構系統間數據表達語義不一致的問題。

（2）數據接入管理。在數據交換系統中，數據的采集和整合工作主要是通過安全II區的集成數據總線來完成的。接入的系統包括I區的計算機監測系統、II區、III區、故障和繼電保護的信息管理系統、電量采集系統、發電計劃制定系統、PMU系統、水情自動測報系統和消防監控系統。正在進行III區的生產管理信息系統建設，提供了完整數據交換格式，接入系統的數據包括圖形SVG數據、關系型數據、實時數據、文本文件、消息/數據包等。

（3）統一接口訪問。高速數據訪問接口HSDA可以通過高速的數據訪問接口的提供，來實現SCADA系統中的電流、電壓、開關狀態、負荷等負控系統中的電量數據等實時訪問。通用數據訪問接口GDA可以實現對多種數據查詢業務以及數據更新業務，即可以對電網模型數據進行簡單查詢、復合查詢、關聯查詢或過濾查詢等。事件訪問接口GES可以提供對設備以及電網運行故障告警等事件信息數據進行實時訪問服務。時間序列數據訪問接口TSDA為了能夠對數據量大的歷史數據進行批量訪問，它將提供按時間序列訪問數據的一組接口。

（4）內交換平臺數據中心。通過對數據集成的方式，I區的計算機監測與控制系統和II區的各個總站系統可以將UDP消息數據、實時數據、圖形數據、結構數據等所有類型的數據按照主題的方式進行整理、合并、關聯、管理、維護。在本數據交換系統平臺中，通過集成數據總線獲取來自安全I區和安全II區的設備、電網等主數據，采用基于CIM 模型標準實現標準化和統一集中管理，并且開放統一的訪問接口，通過集成數據總線為外部系統提供數據服務。

（5）外交換平臺數據中心。外交換平臺數據中心位于安全III區，主要是在對來自于安全II區的數據進行同步的同時，還能整理合并III區的應用系統數據，并且還會提供標準的數據訪問接口IEC61970CIS，III區的集成數據總線能夠給III區的EAM、ERP、MIS等應用系統提供相關數據服務。

（6）數據的整合分發。1）數據聯邦。數據總線可以提供聯邦式的數據集成模式，由于總線能夠提供數據封裝能力，所以會接入各種結構化和非結構化的數據，還能對最終用戶隱藏接入系統的物理位置，從而使多個分布式應用系統看起來就像一個應用數據的供應者。應用系統從總線獲取數據時不用關心數據來自的來源，也不用了解該系統的連接協議等信息，接入總線的系統相對數據應用系統是保持透明的。2）數據路由。數據總線對接入系統所能共享的數據類型、接口服務和屬性等信息進行有效的管理，能夠向總線提出數據訪問請求，設置數據分發規定將該請求分發給滿足條件的數據提供者，從而降低對不相關系統的訪問壓力，使數據的訪問效率得以提高。3）數據合并。能夠合并來自多個系統的繁雜的數據，去除重復數據，保證數據的統一。要求數據集成總線能明確指定一個正確的數據源，并能設置合并規則對來自多個數據源的數據進行合并。

（7）數據鏡像同步。可以支持以“快照”和“增量”的方式進行的數據鏡像，將安全II區的內交換平臺主數據、圖形數據、實時數據、非結構化數據鏡像同步到安全III區的外交換平臺數據中心，以達到服務于III區的數據信息系統。

5 結語

目前，田灣河水電廠的數據交換系統已經運行，實時數據庫的應用實現了對整個水電廠運行數據的統計要求，對水電廠的運行狀況進行了實時監測與控制，為提高水電廠的發電量奠定了堅實的基礎，從中發揮了不可替代的作用。

參考文獻：

[1]蔡波.實時數據庫軟件在水電廠數據交換平臺系統中的應用[J].水電自動化與大壩監測，2014.

[2]張嶄.基于組態軟件的電力系統實時數據庫設計與實現[J].中國科學院大學，2014.