電網故障錄波主站系統的設計

張琳波，李本瑜，翟海燕，廖曉春，王慧瓊

(1.云南電力調度控制中心，昆明 650011；2.武漢順承科技有限公司，武漢 430071)

電網故障錄波主站系統的設計

張琳波1，李本瑜1，翟海燕1，廖曉春2，王慧瓊2

(1.云南電力調度控制中心，昆明 650011；2.武漢順承科技有限公司，武漢 430071)

介紹了一種高性能電網故障錄波主站系統的設計，包括系統架構、硬件部署、數據處理方式等，重點對大數據處理時系統的負載均衡、實時性、安全性及數據存儲可靠性等關鍵指標展開了闡述，并提出了蟻陣系統、三級數據存儲處理等新穎設計思路，最后針對系統的存儲容量指標進行測算和論證，保證了設計的實用性和合理性。

故障錄波主站；電網故障信息；蟻陣系統；三級數據存儲處理

0 前言

隨著我國電網自動化水平日益提高，如何在復雜電網結構、運行方式變化等情況下快速、準確判斷線路故障和保護動作行為，正成為新課題。在此情形下，故障錄波器提供的豐富詳盡的現場實測數據，尤其是故障或非正常狀態下的數據，將具有重要的價值。故障錄波主站系統采用統一平臺[1]的軟、硬件系統，處理全網所有故障錄波器的全部業務，符合20分鐘內向總調值班調度員匯報事故、異常簡要情況[2]的監管要求，還達到了一體化電網運行智能系統提出的指標。

1 蟻陣通信服務系統

所謂 “蟻陣系統”，是指在主站系統負荷較大的通信接入環節，運用多臺普通獨立的通信設備替代一臺超級通信設備，以平攤數據吞吐、分散流量風險的方法，目標是最大限度保障主站系統的安全性和實時性。

電網故障錄波主站系統涵蓋的故障錄波器省、網級別的建設規模在1 000套左右，處理的電網故障信息[3]除經常性因素外，還受山風、山火、臺風、雷雨、覆冰[4]等地域性特征因素影響。僅采用單套服務器來處理如此多個通信點，在通信規約、數據格式、流量分布等均無法預期的前提下，即使提升性能和雙機熱備，也無法保證萬無一失。一旦操作系統崩潰、網線連接松動、熱備系統失靈等情況發生，影響面將覆蓋整個主站系統，破壞極大。

采用蟻陣系統最直觀的好處就是把原本施加在一套服務器上的負荷，分散到多個服務器上，以共同完成主站端對廠站端錄波數據的采集處理任務。如圖1。

圖1 6+1“蟻陣”通信服務系統

蟻陣系統架構方案的特點：

1)對安全要求較高的500 kV系統錄波器，采用增強型 (或雙機熱備)服務器接入；

2)對啟動較頻繁的220 kV系統錄波器，采用增強型通信服務器接入；

3)對正常負荷的220 kV系統錄波器，采用兩臺獨立通信服務器平均接入；

4)對于220 kV電廠的錄波器，采用一臺獨立通信服務器集中接入；

5)專設一臺測試通信服務器。對于新增或罕見、非主流的錄波器型號，在接入主站系統前，先在測試通信服務器上試運行以評估實際應用效果，如長期穩定性、遠程定值校核、IEEE1588對時過程[5]測試等；

6)測試通信服務器還承擔廠站端錄波器遠程桌面控制、主站系統性能評估、主站新增功能開發和極限環境測試等額外任務；

7)對500 kV系統進行重點保障，對220 kV系統進行分散接入降低風險，對不遵循電網招標體系框架、涉及的非主流錄波器較多的電廠進行專門隔離處理，預留緩沖空間應對特殊型號錄波器可能對主站系統造成的直接沖擊。這些有保有放的措施最大限度的利用了硬件資源，也符合電網調度管理習慣；

8)各服務器獨立運行，互不干擾。即使在極端情況下發生局部崩潰，對整個主站系統的沖擊也極其有限。各服務器可隨時角色互換或分拆合并，自由靈活協同運行；

9)在通信服務層面，用多樣化的手段解決了故障錄波器在數據來源、接口、規約、格式、版本等方面的差異性，完成了采集數據就地標準化轉換，保證了錄波數據在后續處理及二次運用等環節的一致性。

2 三級數據存儲處理

數據處理流程主要有規約接入、標準轉換、通信服務器就地存儲 (一級存儲)、數據分析(數據服務器上進行)、數據服務器本地存儲 (二級存儲)、寫磁盤陣列 (三級存儲)幾個環節，如圖2。

三級數據存儲設計的特點在于：

1)規約接入：按照具體接入錄波器型號的規約格式，通過以太網方式采集錄波器數據。

圖2 主站數據處理示意圖

2)標準轉換：通信服務器除了按規約采集錄波器數據，還要對數據進行格式規范和統一，如通信狀態、錄波簡報、COMTRADE采樣數據等。標準轉換是主站系統對錄波數據進行的最基層處理，能夠保證主站系統不受錄波器型號差異影響，且使得數據具有較高一致性。

3)一級存儲：通信服務器將原始數據和轉換后的標準數據進行就地存儲，每臺通信服務器自帶600 GB硬盤，對于增強型配置的通信服務器專門配置SAS接口以保證數據存儲效率及降低旋轉部件損壞幾率。建立第一級數據存儲是為了保證通信服務器到數據服務器過程中因網絡環境、鏈路故障及數據服務器崩潰等極端條件下，通信服務器有足夠的緩存能力，不至于丟失數據。

4)數據分析：數據分析在數據服務器上進行。數據服務器首先要完全接收通信服務器轉發的錄波數據以及各種消息、狀態指示，對于錄波數據，還要進行一系列在線分析。

5)二級存儲：數據服務器自帶磁盤陣列卡和獨立硬盤，用于支撐快速數據存儲及承載主站系統實時數據庫。第二級存儲滿足實時數據查詢及Web發布、廠站端設備通信狀態在線瀏覽、分析策略設定和優化配置、人工干預等功能。

6)三級存儲：第三級存儲在磁盤陣列上進行，通過數據服務器的增量備份方式由第二級存儲介質經過篩選策略之后形成歷史備份并固化到磁盤陣列。第三級存儲的建立是為了滿足主站系統常年運行所產生的海量數據歸檔需要，也為電網調度管理提供了歷史數據統計、綜合智能挖掘等支撐手段。

3 系統數據容量測算

系統數據容量測算分為兩個部分：通信服務器就地緩存能力 (一級存儲)；數據服務器存儲開銷 (二級存儲 /三級存儲)。

3.1 第一級數據存儲能力測算

以單個通信服務器接入錄波器上限200套為例。第一級數據存儲采用的本地磁盤容量為600 GB，其中操作系統分區占60 GB，備份分區占40 GB，數據分區占500 GB，如圖3。數據分區采用先進先出循環存儲策略，存儲臨界值保守設定為80%，即400 GB。

圖3 通信服務器本地600 GB磁盤空間分配

存儲測算結果表明：第一級數據存儲能力達到100天，非常充裕。

3.2 第二級數據存儲能力測算

以云南電網2014年統計的錄波數據運行情況進行第二級存儲測算，結果表明完全滿足主站系統的第二級存儲要求。

鑒于故障錄波器的無效啟動率很高 (超過98%)，因此主站系統1年的存儲開銷會幾十倍甚至上百倍于篩選過濾后的歷史數據，故不再對第三級存儲開銷進行單獨測算。

4 結束語

文中介紹了電網故障錄波主站的設計，良好的適應了我國電網系統中故障錄波器設備數多、信息量大、啟動率高、存儲安全規格嚴苛等一系列條件。基于本設計研制的云南電網故障錄波主站系統已成功上線，為云南電網故障信息整合提供了統一平臺滿足了對電網調度運行信息的全面、及時、準確掌控，保證了云南電網安全、穩定、優質、經濟運行。

[1] 高翔，張沛超，章堅民.電網故障信息系統應用技術 [M] .北京：中國電力出版社，2006.

[2] 中國南方電網有限責任公司.中國南方電網調度信息管理辦法[R].廣州：中國南方電網電力調度通信中心，2010.

[3] 倪益民，丁杰，趙金榮，等.電網繼電保護及故障信息管理系統的設計與實現 [J].電力系統自動化，2003，27 (17)：86-88.

[4] 翟海燕，趙明，李本瑜，等.2008年云南電網抗擊冰災繼電保護技術措施 [J].南方電網技術，2008，2(2)：40 -43.

[5] 寧楠，廖曉春，鄧其軍，等.基于IEEE1588的智能變電站多時鐘域數據同步技術 [J].武漢大學學報 (工學版)，2014，47(3)：344-349.

Design of High-performance Main System of Fault Recording in Power Grid

ZHANG Linbo1，LI Benyu1，ZHAI Haiyan1，LIAO Xiaochun2，WANG Huiqiong2
(1.Yunnan Power Dispatching Control Center，Kunming 650011，China；2.Wuhan Shuncheng Science Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430071，China)

This paper introduces the design of High-performance Main System of Fault Recorder in Power Grid，which includes system architecture，hardware deployment，the method of data processing，etc.，and discusses the key indicators of load balancing，real-timing，security and data storage reliability，etc.，in the processing of huge data processing system，and develops new conceptions of ant array system，level-three data storage processing，and finally reckons the system's storage capacity index，ensuring that the design is reasonable and practicable.

main system of fault recorder；power grid fault information；ant array system；level-three data storage processing

TM73

B

1006-7345(2015)05-0089-03

2015-03-14

張琳波 (1981)，男，工程師，云南電力調度控制中心，主要從事電網調度運行管理工作 (e-mail)eleckson＠163.com。

李本瑜 (1975)，男，碩士，高級工程師，云南電力調度控制中心，主要從事電力系統繼電保護技術管理工作 (e-mail) jkjdk＠163.com。

翟海燕 (1965)，女，碩士，高級工程師，云南電力調度控制中心，主要從事電力系統繼電保護技術管理工作 (e-mail)zhhy910603＠sina.com。