基于電力調控特點及業務需求的增量數據實時同步技術研究

吳程楠，田 茜，陳 思

(國網上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

從長遠視角來看，在營配貫通基礎上進一步達成營配調貫通，不但能確保物聯網數據基礎的精準實時性，對全公司管理架構及管理模式的優化完善也具有重要意義。但達成營配調貫通的關鍵在于國家電網公司公共數據(SG-CIM)模型中的項目域與電網域的貫通。調度綜合管理系統(OMS)集調度生產、專業管理和調度業務處理為一體，是調度部門的重要信息化平臺和管理工具，但需要電網拓撲模型及相應的圖模引擎。隨著配電網結構復雜度與運行精細度的日益升高，以單條饋線為對象的傳統管理方式正在被基于完整配電網、具有全局觀的新型管理方式所取代。這就要求在OMS中描述、管理、應用一張完整配電網的拓撲及重要設備信息(即電網拓撲模型)，以達到安全運行、及時反應、優化調度、提質增效的總體目標。

由于OMS不是電網的數據源頭，強調的是使用電網拓撲模型進行分析計算、管理并發布電網運行方式，而不需要維護模型本身的數據。因此，可粗略勾畫出OMS在電網拓撲模型方面的以下原則性需求：需要一張完整配電網的拓撲模型；需要一個能夠有效操縱、管理模型的圖模引擎；該引擎能夠對OMS業務處理過程中的分析計算提供有效支撐；該引擎能夠與電網拓撲模型數據的來源系統高效對接、完全同步；該引擎能夠將運行方式的變化及時反饋給其他外部系統；該引擎能夠將電網拓撲模型的全部或任意部分按標準格式導出，為能量管理系統(EMS)等提供支持。

1 增量數據實時同步方法

1.1 增量數據

增量電網通過“一次繪圖、二處校核、三點貫通”“業務一條線”的管理手段，將電網規劃與運行電網共享圖模引擎，圖模直接進入調度數據采集與監控(SCADA)系統，貫通(送電)的技術手段。由調度管控系統變更運行狀態，確保數字電網與物理電網保持100%同步，解決營配調貫通數據“前清后亂”的問題，由增量電網引發的圖模變化為增量數據。“業務一條線”管理手段示意圖如圖1所示。

圖1 “業務一條線”管理手段示意圖

1.2 增量同步機制

為確保運行電網與規劃電網同步更新，在數據同步前期需將SCADA模型與EP3M建立一一映射關系并存儲該關系，后期EP3M只要有模型變更，將同步至SCADA，同時SCADA可將運行數據反饋給EP3M。

2 電力調控特點及存在問題

電網拓撲模型是對現實中復雜物理電網的抽象化。當將物理電網抽象到極致時，所有細節均被剝離，僅留下點和線兩類設備。其中，點類設備對應現實中的變壓器、開關等設備，在模型中表達為圖元(包括基本圖元和組合圖元)；線類設備對應現實中的架空導線、電纜等設備，在模型中表達為連線，用于連接兩個且恰好兩個點類設備，可采用這一電網拓撲模型來精練準確地刻畫物理電網。

在模型中，任何一個節點均采用面向對象技術內嵌了相應的數據邏輯和處理方法，兩個點類設備一旦通過一個線類設備連接在一起，就好像被一根“超級牛筋線”捆綁在一起，其拓撲的邏輯正確性將不受其他因素變化的影響而永遠得到保持，在機制上可稱為“存在即合理”，在表現上可稱為“所見即所得”。

電網拓撲是完整的，而電網拓撲的改變卻是局部的，改變的部分與未改變的部分總是存在共同邊界，如何有效處理這一局部更新問題，始終保持電網拓撲的完整性和一致性。事實上，很多業務系統均在這個環節出現問題，實為數據“前清后亂”的底層技術原因。

電網拓撲模型與其他系統之間的數據同步顆粒度也是影響實用化的一個重要問題。如果顆粒度太大，總是以整站、整線為單位進行數據同步，將給接收側系統造成過大的數據校核壓力。

將調度專業納入“一張藍圖繪到底”的業務鏈中，并經由調度專業數據復核及與自動化二次設備綁定后，反向校核精準拓撲電系圖，以達到最高的數據準確度；將經過EP3M校核后的精準拓撲電系圖推廣應用到其他相關專業，最大化數據資產的效益。

基于調度業務需求的增量同步數據分析圖如圖2所示。

圖2 基于調度業務需求的增量同步數據分析圖

3 增量數據在線維護與自動更新的關鍵技術

3.1 實時同步模型設計

通過規范配網模型設計，獲取變電站、開關站以及某類設備模型信息，進而對變電站內10 kV出線開關設備模型比對，獲取所有變電站信息。根據變電站Devid，獲取出線開關信息，根據開關站Devid，獲取開關站內需要比對的開關信息，通過此功能，將EMS和EP3M中變電站內的出線開關進行匹配，在EP3M系統中建立模型映射關系。本文中的功能實現需使用EMS數據接口，在配網模型增量同步的配電設備結構中的每種設備都需要新增錯誤碼屬性(Error Code)。同步線路失敗時，將根據此錯誤碼做出某些動作，便于下次同步。

3.2 基于增量數據的實時同步需求分析

EP3M通過調度日計劃模塊實現與規劃業務模塊的貫通。同時通過數據同步將相關模型同步EMS中，在EMS實現日計劃確認及發布，從而將EMS系統也作為電力生產業務流程中的節點，實現以“調”定貫通的“用數字資產促動實物資產精細化管理”總體建設目標，確保數字電網與物理電網保持100%同步。

調度日計劃在EP3M生成后，經過運方專員審核后進入EMS，EMS需從EP3M中獲取日計劃許可、匯報信息及其關聯的圖形異動信息，自動化專員完成廠站聯調后調度員可對需發布圖形的日計劃進行圖形發布，并將相關圖形異動消息返回EP3M。實現EP3M、EMS圖模的同源維護。EP3M錄入日計劃并抽取增量變化圖形和模型，通過日計劃模塊同步到EMS鏡像管理信息大區日計劃模塊中，根據設備增量變化情況生成紅圖模型和圖形，并通過EMS圖模同步機制自動同步到生產控制大區。

自動化專員在生產控制大區生成紅圖設備前置信息，該前置信息不同步到管理信息大區，調試專員在生產控制大區紅圖態下完成廠站聯調。調度員停送電操作當天，由調度員在管理信息大區完成調度日計劃發布，EMS在管理信息大區鏡像系統將紅圖的圖模改為投運狀態，并通過圖模同步機制自動同步到生產控制大區。在紅圖投運同時，發送日計劃發布消息給EP3M，EP3M完成地理圖到EMS地理圖的更新。

4 增量數據實時處理技術

增量數據同步捕獲圖模變化作為數據庫系統層面數據同步的基礎，其方法包括以下幾種[1-2]：基于觸發器法、基于快照法、基于日志法、基于應用程序接口(API)法等。基于觸發器法是在源數據庫為同步對象創建觸發器，當對同步對象進行增刪改等數據操縱語言(DML)命令時，觸發器被喚醒將變化傳遞到目標數據庫；基于日志法是通過分析數據庫日志信息來捕獲同步對象的變化序列；基于快照法是指數據庫中存儲對象在某一時刻的即時映像，通過為同步對象定義一個快照或采用類似方法將它的當前映像作為更新副本；基于API法是指在應用程序和數據庫之間引入中間件，由它提供一系列API，在完成應用程序對數據庫修改的同時，也把同步對象的變化序列記錄下來從而達到捕獲的目的。

基于觸發器的結構化語言(SQL)文件級[3]異構數據庫同步方法的基本思想就是為源數據庫創建觸發器，當源數據庫發生變化時，觸發器在變更表中通過SQL語句的重組記錄目標庫能夠直接執行的SQL語句，然后將SQL語句定時導出到文件，并通過網閘將文件傳輸到目標端，目標庫定時執行SQL文件將源庫中的變更數據更新到目標庫，同時再將執行完結果狀態向源數據庫端反饋，針對同步過程中出現的不同失敗狀態采取不同措施，以實現整個數據同步過程的故障定位與恢復。

實時數據基于用戶數據報協議(UDP)消息機制發送，商用數據庫基于結構化SQL文件機制實現。當Model Modify Server接受應用程序操作請求后，首先向源端商用數據庫處理服務SqlSp Server提交操作，并生成結構化的SQL語句，以文件形式存儲于服務器，以Session_id+timestamp進行編號，SqlSp Server異步按順序執行，執行成功的SQL以1 s或128個SQL文件為單位生成時間戳+(128個實際SQL數量)的List Seq文件在對應的SQL文件全部發送后，傳至目標端數據庫服務器；目標端數據庫服務器收到List Seq后，按照清單依次執行結構化的SQL，從List中去除該SQL，形成處理校核結果更新List Seq，執行完成后將List通過正向隔離返回給SqlSp Server，三區SqlSp檢查如有缺失則啟動補發，直至一區返回全部處理成功的List Seq,三區移除該List Seq，表示一個完整周期完成。

安全一/三區實時庫與商用庫分別有數據比較與同步服務持續比較實時庫和商用庫數據一致性情況。安全一區、三區分別以本區商用庫為基準，如發現數據不一致，則強制利用商用庫數據向實時庫同步，確保本端數據一致。

以表為基本單位進行跨區商用庫、實時庫數據同步，確定需要進行數據同步的設備表及參數表，通過安全一/三區商用庫周期性全表同步保證兩端數據一致性。

5 圖模同步機制在電網模型中的應用

EMS需將三區維護的模型及歷史數據向一區同步。EMS向三區應用層提供Model Modify Server服務支撐對商用庫、實時庫的一體化操作，通過以下機制保證三區與一區的數據同步，同步流程圖如圖3所示。

圖3 同步機制在電網模型應用流程圖

6 結語

本文針對存在物理隔離的網絡應用環境，提出了一種基于觸發器的SQL文件級增量數據同步方法。該方法利用數據庫觸發器捕獲源數據庫變化情況，并轉換成目標庫可直接執行的SQL語句且定時導出到數據文件，通過執行數據文件更新目標數據庫，從而達到兩端數據同步。該方法具有適應異構系統、效率高、可靠性強、穩定性佳的特點。此外，還設計并實施了一整套環環相扣的管理制度和互相校驗的技術手段，以保證圖模數據的質量。下一步，精準拓撲電系圖還將在以下幾方面繼續完善。

(1)實現“現狀電網的運行狀態，規劃電網的方案場景，歷史電網的時空溯源”三融合；

(2)與管道、桿塔等支撐體系全面關聯整合，實現分米級電子地圖背景下的電力設備設施三維化。

逐步擴大圖模引擎的應用領域，驗證其可靠性與適用性，為公司今后數字化轉型總體框架進行前期探索。