五凌集控數據網集群通信技術研究與實現

胡嘉宴，龔傳利

（1. 長沙理工大學電氣學院，湖南 長沙410114；2. 中國水利水電科學研究院自動化所，北京100038）

1 引言

五凌集控計算機監控系統采用北京中水科水電科技開發有限公司提供的H9000 v4.0系統，自2010年4月投運以來運行良好。目前接入12個水電站，全部實現電廠“無人值班，少人值守”，集控對電站設備“全監全控”。目前，隨著接入電站增加，設備逐漸老化，為了進一步提高監控系統安全性，需要對計算機監控系統數據網進行適當優化。

集控系統與電站監控系統通信，采用2臺遠程通信服務器主備方式運行，但隨著設備老化，遠程通信服務器出現故障的概率逐漸增加，如果一臺遠程通信服務器出現故障，與12個水電廠通信任務就由剩余的一臺遠程通信服務器承擔，這對集控監控系統運行帶來非常大的安全隱患，有必要采取措施進一步提高集控與電站通信的可靠性。五凌集控要求對于電站全監全控，因此，有必要將電站操作信息送入集控，電站計劃曲線能夠上送集控，集控計劃曲線也能下發電站，而這些功能IEC60870-5-104規約并不支持，需要對規約進行擴充以實現這些功能。

2 通信集群設計

2.1 電站集群通信

為了提高集控與電站通信可靠性，將原通信服務器主備模式升級為集群模式。采用多臺遠程通信服務器進行集群化配置，目前集控中心將所轄電站分為5個區域，配置了5臺遠程通信服務器。針對每個水電站可以配置遠程服務器通信優先級隊列，正常情況下，本區域通信服務器負責本區域水電站數據通信，當本區域通信服務器故障時，優先級次高的通信服務器接替其通信任務，依次類推。每個電站與集控有電力通道和電信通道，電力通道優先級高于電信通道。根據此機制，即使有4臺通信服務器故障的情況下，電力或電信一個通道故障情況下，集控系統仍然可以維持正常通信。改造后的遠程通信機集群，正常情況下實現多臺服務器任務分擔，故障情況下多重冗余，大大提高了通信可靠性。

5臺通信服務器采用無主配置（即每臺服務器只有投入/退出狀態），根據配置采集隊列和主機狀態確定最終通信連接順序，排序第1位且為投入狀態的服務器的電力通道負責采集數據，按照采集隊列，依次其他服務器的電力通道和電信通道處于建立連接備用狀態。如果排在第1的電力通道連接失敗，排第2的電力接替主用功能采集數據。如果電力通道均故障，則電信通道排序第1的服務器接替采集數據功能，如果電信排序第1通道也故障，則按照采集隊列順序依次由電信通道接替采集數據功能。對于當前五凌集控計算機監控系統，一個電站最多可以配置5臺通信服務器做為采集隊列，這樣最多有一個主采通信通道，9個備用通信通道，如圖1所示。

圖1 集控與電站通信通道監視畫面

2.2 調度集群通信

4臺調度通信服務器部署有與華中網調通信的104程序，同時也部署有AGC/AVC軟件。4臺通信服務器均有IEC60870-5-104從站程序，只要有1臺通信服務器正常，華中網調主站均可以實現與集控中心正常通信，保證了集控與華中網調通信安全。4臺通信服務器均部署AGC/AVC軟件，目前有五強溪、三板溪、白市和托口4個電站屬于華中網調直調，AGC/AVC負責這4個電站的有功和電壓自動調節。4臺通信服務器同步運行AGC/AVC程序，每個電站配置服務器隊列，正常情況下，4臺服務器同步計算，電站對應排序優先級最高服務器負責AGC/AVC命令下發，如果排序優先級最高服務器故障，那么優先級次高服務器接替其功能，依次類推，調度通信和AGC/AVC可靠性將大大提高。

3 規約擴展及完善

3.1 全送數據插送實時數據或命令

為了保證數據正確性，防止某個數據長時間沒變化引起數據不一致，IEC 60870-5-104經過若干時間，主站對從站發起總召，從站將所有的遙測、遙信等全數據上送一遍。但是，當數據量較大時，會花很長時間，在此期間將會影響變化數據上送和命令下發。為了解決該問題，在全送過程中，從站送一部分數據后，周期檢查是否有變化數據和主站下發的命令，如果有，將暫時中斷傳輸，上送變化數據或接受主站下發的命令，等處理完后，接著傳輸總召數據。這樣既保證了全數據上送，同時，實時數據可以實時上送，下發命令也能及時執行。經處理后，插補實時數據或命令，全送數據過程中，可以保證實時變化數據或命令在1 s內傳輸或執行。

3.2 數據補傳

正常情況下，采集順序排名第1的作為主通道傳送數據，采集順序排名第2的備用通道做為主用通道的比較數據，用于和主用通道數據進行校驗糾錯，當主用通道中斷時，該通道數據即升級為主用數據。

備用通道緩存10 s監控系統廣播的數據，該緩存數據時刻與主用通道上送的數據進行比較，如果比較通道發現主通道有丟失數據時，自動將丟失的數據在實時庫中插補并廣播出來；當通道切換時，由于不同通道采集數據難以做到完全同步，因此比較通道利用緩存的10 s監控系統廣播的數據，插補遺漏數據或刪除重復報警。

3.3 命令返送

根據五凌集控系統設計，采用分層方式便于擴展，適合于大規模集控系統建設。電廠側布置有電廠集中計算機監控系統，在集控系統出現故障時或者應急情況下，可以由電廠監控系統操作。但按照在IEC 60870-5-104規約，無法上送電站側操作命令，這樣，在集控無法監視到電廠操作，對于整個集控系統有一定安全隱患，同時，也不利于集控的安全管理。為了解決該問題，可以對規約進行擴充，借用遙測和遙信，根據電廠數據點數，將該種類型的點地址放到后面，并將地址值與原有遙測和遙信保持一定距離，防止與原有遙測和遙信沖突，將電廠側的操作命令通過遙測和遙信點上送集控。集控側104主站程序收到操作命令后，在集控側監控系統產生事件，并標電廠名，這樣集控就可以在不改變規約情況下實現對電廠操作的監視。

3.4 計劃曲線上傳和下發

部分電站按照計劃曲線運行，但是IEC60870-5-104規約沒有上送和下發曲線點功能，針對該需求，擴展規約，增加曲線上送和下發功能。

增加曲線類型 類型標識137：C_SE_TD

電站側作為104通信從站，需要實現曲線點變化送和定時全送，變化點采用不連續點方式（表1）傳輸變化的曲線點，全送采用連續點傳輸格式（表2）傳輸全部曲線點。通過擴展曲線類型，實現計劃曲線上送功能。

表1 不連續曲線點傳輸格式：多個信息對象（SQ＝0）

表2 連續曲線點傳輸格式：多個信息對象（SQ＝1）

傳輸規則：

（1）為了節約傳輸時間采用拐點傳輸的策略，但是第一點（0：00）和最后一點（23：55）必須傳輸。

（2）每個報文只帶一個時標，用于說明該計劃值是哪一天的，所以時標的有效位是年、月、日，其他位可以置零。

（3）如果計劃值一幀傳輸不完，可以分幀傳輸。

（4）讀計劃值可以采用讀命令報文，功能類型為<102>，其中第一個地址表示讀整條曲線：當信息對象地址為某一條計劃曲線地址時，表示召喚該條計劃曲線；當信息對象地址為單個計劃值地址時，表示召喚單個計劃曲線中對應的點。

計劃曲線下發時，增加操作命令，當104程序接收到操作員下發曲線命令時，讀取相應的曲線，下發至對應電站。

4 結束語

五凌集控計算機監控系統集群通信升級已于2016年9月完成現場投運，運行半年來效果很好，提高了集控安全性和可靠性，保證了海量數據實時性和完整性，文中介紹的技術對于國內外其他集控計算機監控系統有借鑒意義和推廣價值。