一種基于調度數據網雙平面自動化系統采集方案

【摘要】為提升變電站調度自動化系統數據采集的可靠性，結合調度數據網的雙平面冗余技術，研究了在調度數據網雙平面條件下系統運行模式，提出了一種多機多鏈路采集方案，該方案在主站端采用了多通道負載均衡、多級并列運行、多路熱備冗余技術，提高了數據采集的穩定性和可靠性，同時結合主站控制中心系統節點管理等技術解決了因單點故障導致數據不刷新等問題，保障了調度生產需要。通過此方法所研究的數據采集系統已在某地調度中心投入現場運行。

【關鍵詞】調度自動化； 雙平面； 多機； 多鏈路

Abstract： To enhance data collection reliability of substation SCADA system， and combining with technology of redundancy for dual-plane， the system operating mode studied under conditions of dispatching data network. A method under multi-machine and multi-link collection was proposed， The method uses the multi-line in load balancing multi-machine in parallel running multi-link in hot standby and multi-link data processing technology to improve the stability and reliability of data acquisition which ends in the master load balancing using a multi-channel， multi-level parallel operation， multiple hot standby redundancy technology to improve the stability and reliability of data acquisition， solve the Accuracy problem of the data caused by a single node failure to meet the needs of grid dispatching operation and control，TheData acquisition system based on this method is in operation in control center.

Keywords：SCADA； dual-plane； multi-machine； multi-link

引言

隨著調度系統高級應用的深化和推廣以及變電站無人值守的全面實行，對調度系統采集數據的可靠性提出了更高的要求，傳統調度自動化系統采用同一個調度數據網內變電站遠動終端雙機互為備用方式，該方式在一定程度上提升了采集的可靠性，但切換過程中容易造成數據采集中斷，影響相關監控指標。迫切需要研究新的運行方式以提升采集數據的穩定性和準確性。

調度數據網第二平面的實施為數據采集提供了可靠物理的通道，提高了信息采集的可靠性，但電網設備數量多，跨代產品在一定程度上無法適應雙機雙平面要求。

本文研究了一種基于調度數據網雙平面結構的遠動信息采集策略[7]，通過分析目前調度自動化系統主要的采集的方式，指出廠站主站滿足一定技術條件下，多機多鏈路信息采集策略，該方法很好地解決了傳統單平面數據網故障或單一遠動裝置故障引起的信息采集中斷等問題。為信息采集提供可靠的技術手段。

1、不同采集方式的技術分析

影響電網調度自動化系統采集方式關鍵因素在廠站端遠動終端，可根據廠站端遠動裝置的用途將調度自動化系統采集方式分為：主/備機采集方式、雙主獨立運行方式。以下將詳細分析每種采集方式下的技術特點。

1.1 主/備機采集

采用該方式的采集策略，廠站端為雙機運行方式，上/下機互為備用，若上機在運行，下機自動運行在熱備用狀態下，若上機故障自動切換到下機運行。以南瑞繼保RCS9000系列遠動終端為例， 一臺遠動機由于故障失去與調度主站聯系時，內部集成的雙機監視和切換總線背板迅速將各通信接口切換至備機，將故障主機與外部接口隔離，同時啟動備用總控單元進入工作狀態，實現無縫切換。該采集策略是在單平面條件下實現，雙機均與調度控制中心前置機連接，地調和省調數據采用同樣方式傳輸，故同時通同時斷，同時備機從熱備用轉為運行，需要一定的時間，在此過程中會導致數據終端，在多年的實際運行過程中，存在切換失敗等原因造成全站數據長時間失去。

1.2 雙機采集

與主/備機采集方式不同，雙機采集主要分為雙機單平面以及雙機雙平面采集方式。對于雙機單平面，其采集方式的特點主要表現在每一臺遠動終端與調度數據網的一個平面連接，定義A機通過一平面傳輸，則B機通過二平面傳輸，該采集方式不存在切換。若要實現調度控制中心主站與兩臺遠動機均相連，則其必須具備跨平面處理能力，對廠站端遠動裝置沒有更高的技術要求。通信方式可靠。雙機雙平面運行方式，與雙機單平面唯一不同之處在于，遠動終端可以同時接入調度數據網一、二平面，要求遠動終端具備至少2塊網卡。

通過以上分析，可以得出雙機采集方式較主備機采集方式可靠， 基于雙機采集方案，本文研究了一種多機多鏈路采集方案，以下詳細分析了該方案的技術特點及工作原理。

2、多機多鏈路采集技術分析

根據信息采集的流程，基于電力調度數據網的雙平面多機多鏈路采集方案需要在電力調度控制中心以及變電站端遠動裝置進行相關技術改造，以下分別分析主站端以及廠站端技術要求。

2.1 調度控制中心系統

調度控制中心主站系統采用雙機雙網結構，網絡通信采用基于IEC60870-5-104規約的以太網通訊，以及基于IEC60870-5-101規約的點對點串口通信方式，根據工作用途分類一般包括：服務器、工作站、通信前置機，如圖1所示是典型的調度控制中心主站系統架構。

圖1所示的典型調度控制中心主站系統，主站通過通信前置服務器與廠站端相連，由雙網交換機實現數據全網共享。要實現多機多鏈路采集方案，該系統必須具備以下條件：

（1）主站系統的通信前置機滿足接入調度數據網任一平面要求；

（2）通信前置機可以并列運行；

（3）通信前置機至少配置3塊網卡，其中一塊經主站網絡交換機與調度自動化系統連接，另外兩塊網卡分別于調度數據網雙平面連接；

（4）主站系統的通信前置機具備配置調度數據網兩個平面的能力，同時應具備單一平面中的單個廠站/變電站允許設置單個或多個IP地址能力，每臺通信前置機均能與配置的IP地址建立網絡鏈接。

2.2 廠站端遠動系統

作為電力調度數據網信息直接采集端的變電站遠動通信裝置負責將站內重要信息以四遙點表形式上傳至調度控制中心主站，由于技術發展等原因，廠站端遠動通信裝置存在不同廠家，不同代產品，早期的產品例如南瑞繼保RCS-9698D型產品應用在220kV變電站主要采用電氣閉鎖形式的主/備運行方式，該產品不能滿足雙機同時運行條件，故多機多鏈路信息采集方案對廠站端遠動裝置的要求如下：

（1）雙機不存在任何形式的電氣切換方式；

（2）每臺遠動通信裝置至少配置雙網卡，分別負責接入到相應的調度數據網雙平面；

（3）每臺遠動通信裝置允許配置1個或多個IP地址，允許主站控制中心系統同時訪問；

（4）每臺遠動通信裝置中不能因單個RTU 或者單一調度數據網平面故障而終止提供數據服務。

3、多機多鏈路采集工作原理

多機多鏈路采集方案要求調度主站與廠站的鏈接分別通過雙平面建立鏈接，該方案主要結構包括：通信前置機的并列運行管理、多通道采集管理、單一廠站多鏈路鏈接管理。

方案的結構如圖2所示，其主要步驟是在主站控制中心數據采集應用多機部署的前提下進行多機管理，實現多個通信前置機同時在線工作，通過對多個通道狀態檢測實現通道切換管理，單臺采集服務器單個通道可通過調度數據網雙平面與廠站/變電站RTU 建立至少2條鏈路，并通過多鏈路管理對在線鏈路進行控制和切換，最終實現多機多鏈路采集策略。

4、關鍵技術分析

4.1 多機并列運行管理

主站控制中心數據采集節點的多機并列運行技術是基于調度自動化系統平臺的節點管理實現的。根據系統的節點管理對多采集應用節點進行主備運行模式部署，采集主節點上的采集多機管理模塊負責進行采集節點的管理和通道分配，驅動各采集節點在線工作，每個采集節點在“主”狀態下運行，實現多機并列運行和通道按需分擔。

4.2 負載均衡策略

前置系統是整個調度自動化系統的關口，是數據采集的中樞機構，運行模式不局限于主備機切換，可實現端口切換，遠動終端采用單通道或多通道方式均衡地與各前置機相連，在系統運行過程中，與RTU的主通道連接的前置機控制其在主備通道切換，由后臺機的監視進程控制前置端口的切換，在設備正常工作時，各前置機的運行性能（如：CPU占用率，內存使用情況等數據）傳送到后臺應用程序，應用程序根據傳送數據判斷各前置機的運行情況進行端口的合理分配，實現負載的均衡。

值班前置機統計傳送誤碼率和投退狀態合理選擇通道作為主通道通信。在RTU值班機和RTU通信故障情況下，系統自動切換，當某前置機發生故障情況下，其下所有運行端口將被轉移到正常運行前置機，在一定時間內可能發生所有采集通道將會集中在同一前置采集節點上。需在前置機發生故障情況下，將故障采集節點運行通道按照節點優先級分配給優先級別高的運行節點，當故障節點恢復后，將重新分配通道運行模式，將本節點作為最高優先級的通道切換到本節點。

4.3 多鏈路采集技術

多鏈路采集技術根據廠站端遠動終端連接方式以及轉發區設置，在主站端確立為某個節點采集情況下，設置帶有優先級標志的多鏈路采集技術。

每個通道同時建立與廠站端多鏈路連接，當優先級高的鏈路故障后，若故障是網絡平面引起的，采集通道管理自動切換至其他平面次優先級的鏈路上。若優先級高的鏈路恢復，為避免廠站/變電站網絡在線RTU 異常而導致頻繁切換，采集通道管理禁止該通道運行權自動恢復到最優先的鏈路上。

5、結語

本文論述的基于雙平面調度數據網的信息采集方案適用于電網調度自動化系統的數據采集，該方案可以很好保障數據采集的可靠性，目前該方案已在某地調控制中心實施，且運行情況良好，表明該方案的數據采集與交換方式是符合運行要求。

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作者簡介：史非（1982- ），女，工程師，主要研究方向：電網通信技術。