配網備用調度系統配電自動化終端接入模式技術研究

范英 ，楊仁利

（1廣東機電職業技術學院，廣東廣州，510000；2廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東茂名，510000）

0 引言

隨著配網調度集約化進一步加強，配網自動化終端在電網故障隔離和恢復中起了關鍵作用，但目前受制于成本、重要性等原因，大量已投運配電自動化終端不具備數據雙發功能，未能同時與兩個主站通信，無法同時把數據傳輸到兩個不同主站。提出了一種基于主網調度系統的配網備用調控控制系統建設方法，主要是依托主網調度系統數據與參數，提出建立云備用調度自動化主站系統，主要解決電網備用調度系統的數據同步與采集問題。

目前配網備用調度系統建設技術研究主要是沿用主網備用調度系統建設模式，但是配電自動化終端接入配網備用調度系統研究較少，在當前配電自動化終端不具備接入雙主站情況，研究一種適合接入方法至關重要。本文從實際出發，在配網備用調度系統建設初期階段，提出一種通過NAT轉換設備把配電自動化終端接入配網備用調度系統方法，配電終端接入通道相當于熱備用，改造難度相對容易，工程建設成本不高。

1 NAT轉換和端口鏡像技術

NAT（Network Address Translation），網絡地址轉換，借助于NAT，私有地址的“內部”網絡通過路由器發送數據包時，私有地址被轉換成合法數據網IP地址，對于一個平面數據網只需使用少量數據網IP地址即可實現私有地址網絡內所有計算機與數據網的通信需求。

端口鏡像（Port Mirroring）功能是通過在交換機或路由器上，將一個或多個源端口的數據流量轉發到某一個指定端口來實現對網絡的監聽，指定端口稱之為“鏡像端口”或“目的端口”，在不嚴重影響源端口正常吞吐量的情況下，可以通過鏡像端口對目的端口通信原碼進行監控和分析。

2 配電自動化終端接入方式

2.1 冷備用模式

備用系統采用與主系統相同的前置采集地址，三遙終端同時只能鏈接一個前置。主系統正常運行時，備系統為備用狀態，不具備與配電終端進行數據交互能力，僅通過主系統同步獲取數據。主系統失效后，切斷主系統公、專網采集通道，由備系統使用原主系統前置采集地址，承擔數據采集功能。

優點：無需增加現場配電終端額外運維成本，基于原有的終端設備配置即可實現。缺點：主備系統前置無法同時對外實現采集功能，主備切換測試困難，存在主備切換失敗后全量配電終端無法采集的風險。

2.2 配電自動化終端雙發模式

備系統新增獨立采集地址，三遙終端同時鏈接兩個前置，如圖1所示。主系統正常運行時，備系統前置也為運行狀態，可以接受配電終端的數據連接請求。主系統失效后，配電終端通過通信模塊上新增的前置機地址配置，與備系統建立連接。

圖1 配電終端雙發示意圖

優點：備系統使用獨立的采集地址，在主系統保持運行的情況下便于實現部分配電終端的連接切換，該方法再為可靠。

缺點：三遙終端需要具備雙發功能，需在三遙終端通信模塊上新增備調前置采集地址，對無線公網接入三遙終端需要增加SIM卡，該方法工程改造量巨大，成本商，增加額外現場終端改造及運維工作量。

2.3 NAT轉換模式

由于配網主備調系統均需具備對配電網的運行情況監視和控制的能力，采用NAT轉換設備和端口鏡像技術，通過NAT轉換設備，將原主調系統前置機的IP地址映射到NAT轉換設備外端口上，主調系統前置機及備調系統前置機均配置為內網網段地址，連接到NAT轉換設備的內端口上，現場所有的配電終端均不做改動，所連接的IP仍是原主調的前置機IP，同時通過交換機端口鏡像實現備調前置機對主調前置機端口接收數據的監聽。

（1）端口鏡像功能

端口鏡像子系統是基于端口鏡像的SCADA仿真采集系統的核心子系統，主要功能是鏡像報文匯聚和鏡像報文自適應分配。

a）鏡像報文匯聚

鏡像報文匯聚是把生產系統采集交換機上采集通訊的端口作為鏡像源端口，同時在生產系統的采集交換機上選取某個空閑的端口作為鏡像目的端口，并把鏡像目的端口連到升級/換型系統采集服務器采集網卡上，這樣就能在升級/換型系統獲取生產系統的鏡像通訊報文。

為保障報文捕獲程序正常運行，需在鏡像配置文件中記錄所有的配置信息，包括：1）生產系統采集網交換機上的鏡像源端口、鏡像目的端口；2）生產系統的前置采集網絡、前置采集網卡、前置通訊服務器；3）升級/換型系統的前置采集網絡、前置采集網卡、前置通訊服務器等。

b）鏡像報文自適應分配

鏡像報文自適應分配是為每個鏡像通道創建一個對應的設備驅動實例，自適應讀取鏡像通訊報文，讀取成功后提交通道報文緩沖區，等待下一級報文傳遞。以鏡像通道為最小單位，為每個鏡像通道實例化一個設備對象，利用“網絡號”和“連接號”，鏡像錄波檢測函數從鏡像報文中實時檢測屬于本通道的通訊報文，然后調用“鏡像寫”操作將鏡像報文保存到通道報文緩沖區，提交鏡像報文數據解析子系統處理。

（2）鏡像報文數據解析功能

鏡像報文數據解析子系統為每個通道創建一個數據處理對象及相應的路徑對象、規約對象、報文緩沖區對象。它們工作在監聽模式，實時檢測通道報文緩沖區，讀取鏡像報文之后，發送給不同的規約對象進行數據解析處理。規約對象將通訊報文送入“規約接收”流程進行解析，完成后利用遠程過程調用將數據提交給SCADA進行數據刷新。SCADA數據刷新正常后，可以將生產系統和升級/換型系統的遙測、遙信自動比對，實時檢測升級系統遙信位置異常、遙測跳變等情況，還可以進行遙控模擬下發。

以采用光纖通訊方式接入配電終端為例，如圖2所示，假設原主調系統光纖專網接入區前置服務器A機外端口IP為145.20.10.3，前置服務器B機外端口為145.20.10.4。則主備調系統前置采集架構示意圖具體如下：

圖2 NAT轉換技術示意圖

1）通過NAT路由器A，將主調前置服務器A的IP地址178.1.200.1和備調前置服務器A的IP地址178.10.200.1 NAT轉化為145.20.10.3；

2）通過NAT路由器B，將主調前置服務器B的IP地址178.1.200.2和備調前置服務器B的IP地址178.10.200.2 NAT轉化為145.20.10.3；

3）備調前置服務器A通過17#口監聽1#口主調前置服務器A機采集的數據；

4）備調前置服務器B通過19#口監聽3#口主調前置服務器B機采集的數據；

5）主調前置服務器A通過2#口監聽18#口備調前置服務器A機采集的數據；

6）主調前置服務器B通過4#口監聽20#口備調前置服務器B機采集的數據；

7）正常運行情況下主調系統啟動前置服務，具備數據采集和控制命令下發的能力；備調系統僅啟動前置監聽服務，僅具備數據監聽的能力；

8）主調系統退出運行后，備調系統切主運行，并啟動前置服務，進而具備數據采集和控制命令下發的能力；

9）主調系統恢復運行后，可先啟動前置監聽服務，在具備數據監聽能力的基礎上驗證系統可用性。待確定系統功能及性能無礙后再將其切主運行，并啟動前置服務，同時備調系統退出前置服務，并啟動前置監聽服務。