電網海量實時數據服務平臺設計

后躍興,楊哲,楊云翠

(云南電網公司文山供電局,云南 文山 663000)

電網海量實時數據服務平臺設計

后躍興,楊哲,楊云翠

(云南電網公司文山供電局,云南 文山 663000)

為了能夠為電網中各系統間海量數據的挖掘、分析、交互、共享提供數據服務平臺,提出了對數據通信接入格式、數據存儲以及相關服務接口標準化的海量實時數據服務平臺。在分類分析現有控制、監視和管理系統中實時數據信息的基礎上,研究并設計了統一的實時數據接入格式,并且詳細描述分析了服務平臺相關的設計方案。

實時數據；服務平臺；數據接入；通信協議

1 前言

隨著電力信息化建設的不斷推進,大量實時和非實時系統得到建立,大體可以分為監視系統、控制系統以及管理系統,這些系統對電網的安全管理、安全生產以及經營起到了極其重要的作用。但已有的系統大多都是在不同時期由不同單位建設的。因此,各系統的通信接口迥異,無標準化的整體設計和建設規范,系統間的數據關聯較弱,無法有效進行實時數據的共享與交互,嚴重阻礙了電力信息化建設的發展。這也使得跨區多系統協作時,系統間數據的傳輸容量,傳輸效率得不到保證。建立標準化的實時數據服務平臺顯得十分必要。以下提出一種新的海量電網實時數據服務平臺設計構架,在研究各類電網系統數據即基本數據、運行數據、試驗數據、在線監測數據和事故數據的基礎上,建立了標準化實時數據的數據接入格式,統一了電網內系統間的數據通信協議,消除了以往通信接口、數據存儲接口以及服務接口相互孤立的缺陷,形成了標準化的不同系統數據交互的海量實時數據的服務平臺。

2 數據平臺發展現狀

由于電網實時系統應用范圍的不斷擴大,以及安全分區的推進,傳統數據的傳輸交換結構已經無法滿足現實的需求,孤立接口模式來實現數據傳輸交換正逐漸被中心數據平臺所代替。調度數據中心[1-3]向著一體化、集成化發展,逐步形成圖形、數據、模型等為一體的調度數據平臺,有效增強了電網應用系統間的數據交互與協同。實現電力生產海量實時信息交互和生產實時數據的共享的基礎上,需要更好地為電網的經濟、安全運行以及經營管理服務。顯然,對于這一 “企業級”的管理和生產需求,調度數據中心卻并不能完全滿足,因此,企業級數據平臺成為了研究熱點。企業級數據平臺的數據并非來自孤立單一的系統,而是來源于電網中各部門相關的系統,并且其數據平臺能夠為電網整體提供服務,實現各類數據的共享與交互。

3 實時數據服務平臺標準化

3.1 標準規定

國際電工委員會制定的IEC61970/61968協議標準以其先進的理念,為電網自動化提供了指導,給出了電網企業相關業務相適應的電網模型和接口規范,即公共信息模型[4]CIM和組件接口規范CIS。這一協議標準徹底改變了電網中各系統信息無法有效交互,效率較低等缺點,使得電網中各電力信息化系統能夠實現無障礙對接,真正做到互通互聯,極大地降低了電網各系統的集成應用成本。CIM是整個IEC61970協議標準的核心部分,是一個抽象的模型,提供了標準化方法,描述了電力系統中所有對象的邏輯結構和關系信息模型。這就使得能夠把電網的物理設備層抽象為資源層,不僅考慮到了主網的物理設備資源,而且囊括了配用電等。傳統的電力生產調度常常用CIM作為電網模型,隨著應用范圍的不斷擴大,在其他相關電力業務的描述上使用也越來越廣泛。比如電網電氣、風電網、微電網[5]等都可以用CIM來建立電網模型,獲得抽象應用,其意義不言而喻,對電力系統中其他各類信息相關系統的集成與融合起到了指導性作用。從整體來看,一整套CIM模型過于龐大、覆蓋面廣,所建模對象之間的邏輯關系極其復雜,因此,CIM中的對象類被對應成多個邏輯包,某一個電力系統模型都對應著一個邏輯包。公共信息模型是由一組完整的包所組成,這些包的集合逐漸發展成為獨立的標準。

3.2 統一實時數據接入格式

3.2.1 標準體系結構

隨著電力系統實時監控及決策支持系統的不斷發展,現有的電網內各系統間的數據交互性能、傳輸速率與安全可靠性以無法滿足發展的需要,建立能與海量數據流通相匹配的通信標準,且能支撐電網中跨區域多系統的互通互聯勢在必行。應用較為廣泛、技術較成熟的網絡技術有ISOOSI[6]參考模型,這一參考模型大體上能夠適應對電網中的實時動態數據的通信要求。ISO-OSI參考模型共分以下幾層：應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層以及物理層。ISO-OSI參考模型中的傳輸層采用的是TCP協議,面向鏈接的TCP能夠提供可靠、全雙工的字節流,具有多路服用、全雙工、控制流、同步和確認等功能。數據服務平臺與其他各外部系統之間需要建立多通道和完成多發多收,采用C/S模式的基于TCP的應用程序符合這些要求。各外部子系統的TCP/IP網絡傳輸功能與數據的單元格式組成了實時數據傳輸的標準,那么這個標準在基于TCP/IP的各類網絡中均能使用。

3.2.2 數據單元格式

實時數據單元格式主要由4部分組成：頭幀、命令幀、配置幀和數據幀。頭幀規定了算法、變送器類型、模擬濾波器、數據源等說明性信息；命令幀規定了海量數據服務平臺與電網各子系統通信的控制命令；配置幀主要描述了數據幀在傳送實時數據時的數據類型及通信通道等信息。數據幀包含了同步相量測量值以及全球定位系統同步時間。而每個不同的幀有統一的功能字節分配,前兩個字節是幀的同步字 (SYNC),然后是占兩個字節的幀字節數 (FRAMESIZE),再在后面的四個字節是世紀秒 (SOC)。每個幀的幀頭都提供了時間同步信息以及幀的類型,幀與幀之間在傳輸的過程中無分界符,每一幀都以CRC16校驗字結束。

3.2.3 通信構架

圖1 實時通信建立過程

海量數據服務平臺與各系統之間的實時數據傳輸流程是通信標準的重要部分。實時通信基于面向連接的TCP通信協議,使用C/S模式建立實時數據管道及管理管道,圖1簡要說明了實時通信的建立過程。系統啟動或重建通信時,實時通信管道未建立,服務平臺與各系統的通信過程分解為若干子通信流程。

4 平臺設計方案

4.1 整體架構

在建立配網模型標準、計量信息標準的基礎上,實現主配網信息的共享,計量信息與配網設備的信息關聯、主網設備與配網設備的關聯以及設備功能位置與設備臺帳的關聯,能夠提供基于SVG圖形的生產、運行綜合信息的查詢手段。配網系統和主站系統以適配器的方式接入海量實時數據平臺,系統的技術構架如圖2。

圖2 集成與展現技術構架

4.2 技術路線

電網海量實時數據服務平臺系統整體被設計為5個層次,分別是用戶接口、核心服務層、核心組件層、數據層以及操作系統層,技術路線圖3。用戶接口層為用戶提供統一的界面入口,并根據授權的劃分可以讓用戶能夠完成不同模塊應用。核心服務層提供以核心組件層為基礎,為標準協議層提供支持,并且為各相關模塊應用的調用的接口,可使用本系統成為它們管理系統的一部分。核心組件層該層為實施實時協議標準提供支持服務,其中核心組件層和核心服務層是基于C/S體系結構,基于面向對象方法開發數據服務平臺與相關基礎組件和業務組件。數據層通過異構數據庫各個組成部分的自治性,實現數據的共享和透明訪問,同時實現不同數據庫之間的數據整合,其中每個數據庫系統應保有自己的應用特性、完整性控制和安全性控制。操作系統層是基于 C/S的架構,支持各種流行的硬件平臺和操作系統來為系統提供穩定安全的操作系統環境。

圖3 系統技術路線層次圖

4.3 全網模型

分層、分區時我國電網管理與運行的典型特點,所以電網信息的集成、交互、共享需以CIM來建立全網模型。全網模型的形成把各系統異構接口統一成標準化的接口方式,使得可以任意獲取電壓等級范圍內的設備參數、拓撲結構和電網模型。主要的核心設計是模型的導出以及全網模型的拼接與拆分。

4.4 數據接口

數據接口分為三大部分：配網系統適配器、計量自動化系統適配器以及生產系統接口。配網適配器連接信息集成平臺與實時數據平臺,是其數據交互的接口,依據CIM相關類對配網進行建模,并且描述連接關系,從信息集成平臺獲取按照CIM組織的配網模型和SVG圖形。計量自動化系統適配器是實時數據平臺接入計量主站系統的方式,計量自動化系統相關量測數據的主要特點是多樣,因此,量測與表計的模型需重點把握。生產數據與實時數據平臺連接的接口可使用專用的接口方式,生產系統接受展示服務器查詢到的設備代碼信息,然后,把設備缺陷信息或者設備臺賬反饋回去。

5 結束語

文中在提出適合電網實時數據傳輸的通信數據協議標準的同時,給出了海量實時數據平臺的設計方案,通過研究各類電網系統數據即基本數據、運行數據、試驗數據、在線監測數據和事故數據,建立了標準化實時數據的數據接入格式,統一了電網內系統間的數據通信協議,消除了以往通信接口、數據存儲接口以及服務接口相互孤立的缺陷,形成了標準化的不同系統數據交互的海量實時數據的服務平臺,該數據平臺能夠提升電力系統整體的穩定性、安全性和可靠性,為電網中各系統間海量數據的挖掘、分析、交互、共享提供途徑,極大的節約了電力生產中系統集成成本,對于電網信息的整合起到了重要作用。

[1]丁鵬,何云良,陳國平,等.金華電網基于IEC61970標準的SCADA/PAS一體化集成 [J].浙江電力,2005,22(1)：18-21.

[2]王曉波,樊紀元.電力調度中心統一數據平臺的設計 [J].電力系統自動化,2006,30(22)：89-92.

[3]孫宏斌,李鵬,李矛,等.中國南方電網在線分布式建模系統研究與設計 [J].電力系統自動化,2007,31(10)：1-6.

[4]潘毅,周京陽,吳杏平,等.基于電力系統公共信息模型的互操作試驗 [J].電網技術,2003,27(10)：25-28.

[5]丁銀,丁明,畢銳,等.微電網系統CIM/XML模型研究 [J] .電力系統保護與控制,2010,38(9)：37-41.

[6]李丹,韓福坤,郭子明,等.華北電網廣域實時動態監測系統 [J].電網技術,2004,28(23)：52-56.

Research and Design of Power Grid Massive Real-time Data Services Platform

HOU Yuexing,YANG Zhe,YANG Yuncui
(Wenshan Power Supply Bureau,Wenshan,Yunnan 663000)

To provide a common data service platform for the massive data mining,analysis,interaction and sharing among different systems,this paper proposes a massive real-time data service platform which includes standardization of data communication access format,data storage and related service interfaces.Based on classification analysis of the real-time data information of the current monitoring,control and management systems,it develops a unified real-time data access format,and describes the design scheme of the service platform in detail.

real-time data；data service platform；data access；communication protocols

TM76

B

1006-7345(2014)02-0035-03

2014-02-14

后躍興 (1977),男,助理工程師,云南電網公司文山供電局,擔任文山供電局系統運行部副主任,主要專業特長電力系統調度自動化和通信技術 (e-mail)kyx2415@163.com。

楊哲 (1982),男,助理工程師,云南電網公司文山供電局,擔任文山供電局系統運行部通信組組長,主要專業特長電力通信技術 (e-mail)yesyangzhe@163.com。

楊云翠 (1982),女,助理工程師,云南電網公司文山供電局,擔任文山供電局調度中心運動自動化組組長,主要從事自動化研究工作 (e-mail)yyuncui@163.com。