基于調度數據網絡技術的調度控制系統地區互備通信模式研究

霍雪松，裴 培

(國網江蘇省電力公司，南京 210024)

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基于調度數據網絡技術的調度控制系統地區互備通信模式研究

霍雪松，裴 培

(國網江蘇省電力公司，南京 210024)

隨著公司“大運行”體系逐步深化，四個“一體化”建設深入開展，對智能電網調度控制系統的穩定運行和備用系統都提出了更高要求，主要研究利用現有調度數據網雙平面基礎設施，利用GRE等技術探討在調度數據網絡上實現前置系統互備采集、后臺網絡互聯等功能，滿足日益發展的集約化與一體化要求。

電力調度數據網；區域調度；組網方式；GRE

電力調度數據網是為電力調度生產服務的專用數據網絡，是調度中心之間及調度中心與廠站之間計算機監控系統實現實時數據通信的基礎設施。江蘇電力調度數據網包括骨干網和接入網兩部分，其中，骨干網包括數據網第一、二平面，接入網包括省調接入網和地調接入網。網絡覆蓋了江蘇電網所有直調電廠、35 kV及以上電壓等級變電站。調度數據網絡為調度自動化系統、變電站集中監控系統、電能量自動采集系統、繼電保護信息遠傳系統等應用業務提供了有力的支持。

隨著公司“大運行”體系建設的和諧運轉，電網運行管理模式發生了深刻變化。調度機構承擔了調度監控業務一體化運行的工作，對調度自動化系統的安全穩定運行提出了更高要求，為進一步加強調度自動化系統的業務支撐能力，江蘇電網在地區智能電網調度控制系統建設過程中，利用地區間的系統實現相互備用，提高區域內系統高可用性，在自然災害、通訊網絡、關鍵設備故障等突發事件發生時，保證調度自動化系統不間斷運行，為電網調控指揮提供可靠支撐。

本文針對智能電網調度控制系統地區互備需求，提出了優化調度數據網絡結構，分析基于調度數據網絡技術的互備系統之間通信模式。

1 控制系統地區互備網絡通信需求

智能電網調度控制系統地區互備是指互為備用的兩個地區智能電網控制系統通過調度數據網絡同時采集本地區和互備地區的廠站信息，實現應用級的系統互備。

調度數據網絡在控制系統地區互備實現上發揮了重要作用，具體來說主要有以下幾個方面：

(1)提供可靠的地區系統前置采集網絡。正常運行時，A、B地區系統均能實時采集兩地區所有廠站信息。特殊情況下，如A地區系統或骨干網絡失效時，B地區系統能夠完成A地區所有廠站的數據采集。

(2)提供可靠的地區系統后臺交互網絡。系統正常運行時，系統間需要進行數據維護信息、檢修置牌信息等數據交互。

(3)提供可靠的系統遠程工作站交互網絡。適應地縣一體化系統要求，為縣公司遠程工作站提供網絡平臺。

2 調度數據網絡結構優化

調度控制系統主站前置通信網關機接入調度數據網骨干網，地調廠站接入調度數據網接入網，目前地區的接入網僅與地區的骨干網跨域互聯，調度數據網網絡現狀圖如圖1所示。

圖1 電力調度數據網拓撲結構示意圖

地調接入網A與地調骨干網B缺少備份鏈路，故在某些情況下，地調B無法采集地調A廠站的數據，無法滿足區域互備系統的采集要求。

為提高采集可靠性，地調A接入網新增500 kV變電站核心節點與地調B骨干網互聯，地調B接入網新增500 kV變電站核心節點與地調A骨干網互聯，500 kV變電站核心節點作為地調接入網與骨干網之間的第二網絡出口，優化后的調度數據網絡可較好滿足區域互備系統的前置采集要求。網絡示意圖如圖2所示。

圖2 電力調度數據網拓撲結構優化示意圖

3 MSTP通信模式

智能電網調度控制系統互備地調系統之間通信，傳統的做法是基于MSTP網絡專線，目前地縣一體化系統地調與縣調之間的通信基于MSTP網絡專線，主要存在以下不足：

(1) 網絡結構較為復雜，為了使地縣一體化網絡具備冗余性，需要將網絡建成較為復雜的冗余結構。

(2) 二次安防設備部署較為復雜，為了使地調與縣調之間的網絡通信更加安全，需要在地調與縣調通信的邊界鏈路上部署二次安全防護設備，地調與縣調之間通信可能經過多個其他縣調邊界，導致了二次安全防護設備部署及策略配置也較為復雜。

(3) 使用了較多MSTP網絡資源。

針對基于MSTP網絡專線的地縣一體化網絡存在的不足，本文提出了基于調度數據網絡MPLS-VPN隧道代替MSTP網絡專線的智能電網調度控制系統互備地調系統之間通信模式，相較于MSTP網絡專線，基于調度數據網絡的地調系統之間的通信模式有以下幾個優點：

(1)網絡結構簡單，僅需要將系統后臺網絡接入調度數據網絡雙平面，由調度數據網雙平面提供冗余的網絡通道。

(2)二次安防設備部署簡單，僅需要在系統后臺網絡與調度數據網之間部署二次安防防護設備。

(3)節約了MSTP網絡資源。

因為地調系統中的私有IP地址無法在調度數據網中傳遞，需要采用NAT地址轉換或者GRE隧道實現地調系統之間通信，調度數據網絡雙平面可以滿足互備地調系統間通信的冗余性要求，采用BFD技術可以實現主、備鏈路的快速切換。

4 GRE技術

GRE協議是對某些網絡層協議的數據報文進行封裝，使這些被封裝的數據報文能夠在另一個網絡層協議中傳輸。GRE采用了Tunnel技術，是VPN的第三層隧道協議。

Tunnel是一個虛擬的點對點的連接，提供了一條通路使封裝的數據報文能夠在這個通路上傳輸，并且在一個Tunnel的兩端分別對數據報進行封裝及解封裝。

GRE協議的主要用途有兩個：協議封裝和私有地址封裝。

5 BFD技術

為了保護關鍵應用，網絡中會設計有一定的冗余備份鏈路，網絡發生故障時就要求網絡設備能夠快速檢測出故障并將流量切換至備份鏈路以加快網絡收斂速度。目前有些鏈路(如POS)通過硬件檢測機制來實現快速故障檢測。但是某些鏈路(如以太網鏈路)不具備這樣的檢測機制。此時，應用就要依靠上層協議自身的機制來進行故障檢測，上層協議的檢測時間都在1 s以上，這樣的故障檢測時間對某些應用來說是不能容忍的。某些路由協議如OSPF、IS-IS雖然有Fast Hello功能來加快檢測速度，但是檢測時間也只能達到1 s的精度，而且Fast Hello功能只是針對本協議的，無法為其它協議提供快速故障檢測。

BFD協議就是在這種背景下產生的，提供了一個通用的標準化的介質無關和協議無關的快速故障檢測機制。具有以下優點：

(1)對網絡設備間任意類型的雙向轉發路徑進行故障檢測，包括直連物理鏈路、虛電路、隧道、MPLS LSP、多跳路由路徑以及單向鏈路等。

(2)可以為不同的上層應用服務，提供一致的快速故障檢測時間。

(3)提供小于1 s的檢測時間，從而加快網絡收斂速度，減少應用中斷時間，提高網絡的可靠性。

BFD在兩臺網絡設備上建立會話，用來檢測網絡設備間的雙向轉發路徑，為上層應用服務。BFD本身并沒有鄰居發現機制，而是靠被服務的上層應用通知其鄰居信息以建立會話。會話建立后會周期性地快速發送BFD報文，如果在檢測時間內沒有收到BFD報文則認為該雙向轉發路徑發生了故障，通知被服務的上層應用進行相應的處理。

6 應用實例

6.1 基于NAT地址轉換的通信模式

地調核心交換機A接入調度數據網第一平面，核心交換機B接入調度數據網第二平面，利用加密裝置對地調私網地址與調度數據網應用地址進行NAT地址轉換，網絡拓撲圖如圖3所示。

圖3 基于NAT地址轉換通信模式的電力調度數據網拓撲圖

地調A與地調B兩臺核心交換運行VRRP冗余協議，確定核心交換機A為主轉發交換機，調度數據網第一平面作為地調間數據主轉發主平面，數據網第二平面作為地調間數據轉發備平面。

如果加密裝置配置NAT源地址轉換，則地調系統之間采用調度數據網的地址相互通信，但地調系統之間數據流流經不同的數據網平面，則被轉換為不同的地址，不滿足應用的需要。如果加密裝置配置NAT目的地址轉換，則地調系統之間可采用系統內私網地址相互通信，故確定加密裝置配置NAT目的地址轉換。

通過BFD和VRRP協議聯動的方式確保主備鏈路可以相互切換，地調A核心交換機A上行鏈路接口地址與地調B核心交換機上行鏈路接口地址經加密裝置地址轉換后可以相互通信，地調A與地調B核心交換機A之間利用BFD報文相互監測，主轉發鏈路發生故障的情況下，促發地調A與地調B核心交換機均進行VRRP主備切換，區域間通信鏈路切換至備用鏈路。

6.2 基于GRE隧道的通信模式

地調核心交換機A接入調度數據網第一平面，核心交換機B接入調度數據網第二平面，地調核心交換機A之間建立GRE隧道，核心交換機B之間建立GRE隧道，網絡拓撲圖如圖4所示。

圖4 基于GRE隧道通信模式的電力調度數據網拓撲圖

利用GRE隧道，可以在地調A與地調B核心交換機之間運行OSPF路由協議，地調系統之間可以采用私網地址相互通信。

通過BFD和OSPF協議聯動的方式確保主備鏈路可以相互切換，地調A與地調B核心交換機A之間、核心交換機B之間利用BFD報文相互監測，同時核心交換機提前計算備用鏈路，主用鏈路故障時不依賴于控制平面的收斂而直接在轉發平面切換至備用鏈路。

基于GRE隧道的通信模式相較于基于NAT地址轉換的通信模式有如下幾個優點：

(1) 基于NAT地址轉換模式，地調系統之間新增加一個通信需求，就需要配置一次NAT地址轉換策略，配置工作量較大，基于GRE隧道的通信模式，可以實現地調系統間完全互聯互通。

(2) 基于NAT地址轉換模式，主鏈路故障會導致模式一中地調兩側核心交換機都需要進行VRRP主備切換，對系統的影響較大。基于GRE隧道的通信模式僅影響地調系統之間的數據通信，對系統內部通信沒有影響。

綜上所述，智能電網調度控制系統互備地調系統之間通信建議采用基于GRE隧道的通信模式。

7 結語

本文利用調度數據網絡相關技術，實現了對調控一體化、地縣一體化、區域互備系統數據通信需求的有效支撐。下一步需要針對各種通信模式的安全性進行深入研究。

(本文編輯：嚴 加)

Research of Regional Mutual Backup Communicationg Mode of Scheduling Control System Based on Scheduling Data Network Technology

HUO Xue-song, PEI Pei

(Jiangsu Electric Power Company,Nanjing 210024, China)

With company "big operation" system and the four "integrations" gradually advanced, there has been higher requirements for the stable operation of the dispatch control system and backup system of smart grid. This paper researches to employ the existing data network scheduling biplane infrastructure, GRE and other technologies to achieve the mutual scheduling data network equipment acquisition by using front-end system, as well as backstage networking capabilities, in order to meet the requirements of increasingly intensive development and integration.

power scheduling data network; regional scheduling; network mode; GRE

10.11973/dlyny201506001

霍雪松(1976)，男，博士，主要從事調度自動化方面研究和管理工作。

TM76；TM73

A

2095-1256(2015)06-0747-04

2015-10-08

電網技術