瀑布溝電站綜合數據平臺設計

劉 鶴， 楊 朝 政

(國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 雅安 625304)

0 引 言

瀑布溝水電站是中國國電集團公司裝機最大的水電站，是國家“十五”重點工程和西部大開發標志性工程，是大渡河中游的控制性水庫，是一座以發電為主，兼有防洪、攔沙等綜合效益的特大型水利水電樞紐工程[1]。

水電站各類控制、監測、保護等設備系統較多，各系統在電力生產過程中都發揮重要作用，單一系統的運行狀態、故障工況等均會對其他系統的運行產生一定的影響，因此需要不同多系統之間建立數據和信號通信關系，但各類系統來自不同的廠家，存在系統之間通訊協議不統一、數據類型不相同、數據點表編碼規則不一致，系統之間缺乏互聯互通等缺點。為了解決這一難題，提出了建設瀑布溝綜合數據平臺，把電站所有的生產系統接入到平臺，對各個系統的數據進行統一編碼和規范，為電站的智慧建設做好基礎數據支撐。

1 綜合數據平臺設計

1.1 綜合數據平臺實施目的

為解決水電站各電力生產應用系統之間不能互聯互通的難題，提升各種生產數據交互水平，實施了瀑布溝綜合數據平臺系統項目，該平臺在滿足安全防護要求的基礎上，在電站各安全分區分別設置數據服務器，實現本區內各生產系統接入綜合數據平臺各服務器，建立系統與平臺的通信鏈，并將各系統的完整數據進行規范處理和整合，最終形成電站的生產數據池。通過制定瀑布溝綜合數據平臺系統的數據命名規范和標準，實現對不同電力生產數據的規范接入和管理，并與大渡河公司“云中心”進行數據對接，實現了電站數據的云端存儲和應用。綜合數據平臺與各生產系統的互聯互通，實現全廠生產數據集中匯聚和數據共享，確保數據采集無死角、無重復，為實現系統之間高級應用的開發，提供了系統硬件和數據基礎。

1.2 平臺設計原則

瀑布溝電站綜合數據平臺搭建設計原則：

(1)先進實用原則：瀑布溝綜合數據平臺注重先進性和實用性的統一，以實用為目的，合理選用各類成熟、先進技術。在體系結構、功能算法等諸多方面都采用先進計算機技術和理論，應用功能體現其實用性[2]。

(2)統一整合原則：符合國電大渡河公司數據資源整合和管理標準，解決瀑布溝電站各應用系統內部或應用系統之間數據無法充分共享的問題，實現數據統一交換、統一存儲、綜合應用及一體化展現。

(3) 動態擴展原則：系統數據整合是一個長期的過程，應用需求的不斷深化、技術的進一步發展要求瀑布溝綜合數據平臺具備相應的適應能力，因此瀑布溝綜合數據平臺各部分包括硬件平臺、網絡結構、支撐軟件、系統功能等都遵循開放、可擴充的原則。計算機、網絡設備、外部設備、操作系統、開發環境、關系數據庫系統、平臺功能軟件和平臺系統軟件等選用符合模塊化設計、遵循國際標準的產品(包括產品的各種接口)，方便系統的擴展性、互操作性和可維護性，最大限度地提高系統的使用壽命[3]。

(4)運維方便原則：系統提供方便、友好的管理、維護工具及界面，方便運行管理人員對系統進行相應的設置、修改、管理、維護。

1.3 平臺技術要求

本系統的搭建，涉及到了多應用系統接口、數據集中存儲與綜合應用等多方面協調與技術融合，需要對電站既有的電力生產應用系統進行技術分析，理順現有系統的數據關系和接口，通過通信接口開發，實現各系統接入綜合數據平臺，解決水電站各電力生產應用系統之間相互孤立的缺點，提升各生產數據交互水平。平臺應滿足下列技術要求。

1.3.1 符合二次系統安全防護體系

綜合數據平臺項目設計和實施需滿足二次安全防護體系的最新要求。

1.3.2 系統具有較好的擴展性

(1)硬件的擴展性：所選擇的硬件設備本身具有良好的擴展性，可以隨著需求的變化不斷升級，以滿足系統對硬件性能的需求增長。

(2)軟件的擴展性：綜合數據平臺的軟件體系結構設計，保持良好的擴展性，適應將來系統需求的變化。

(3)軟件系統的跨平臺支持：綜合數據平臺系統集成軟件，具備跨平臺特性，可在當前流行的硬件平臺和操作系統平臺上運行。

(4)數據模型的擴展性：綜合數據平臺通過可視化的數據模型定義工具，支持平臺數據模型的動態調整和擴充；

(5)接口的擴展性：系統可以通過靈活的定義和組織，滿足各種數據類型采集需求，并具備采集方式和接口的良好擴展性。

(6)數據服務接口的擴展性：系統具備標準數據服務接口以及滿足現有系統需求的非標準服務接口，并可動態擴充，滿足今后數據服務需求的不斷變換。

(7)應用的擴展性：本在系統體系結構及數據結構上，具備良好的應用擴展性，可承載今后數據的綜合查詢及展現、分析等各種應用。

1.3.3 數據整合集成

(1)全站數據的整合與集成在Ⅲ區中主數據平臺服務器完成。

(2)提供完善的日志記錄、分析功能。平臺提供數據整合執行過程的跟蹤能力，保證數據整合執行過程的可監控，并提供方便友好的監控界面。

(3)具備通道阻塞/故障恢復后的重新執行功能，避免發生通道阻塞。

(4)數據整合可以采用周期啟動(周期可在線調整)、人工啟動、事件驅動等多種方式。

(5)保障數據交換的可靠性、可用性及實效性。

(6)數據整合集成符合二次安全防護的總體要求。

(7)一般數據存儲時間多于2個月，對于關鍵系統的重要數據，可以實現永久保存。

1.3.4 保障數據安全

綜合數據平臺采取必要的措施保障數據安全。數據安全主要包括數據的物理安全、存儲安全、傳輸安全以及數據使用安全。

(1)數據物理安全：數據的物理安全主要指由于硬件缺陷和故障導致的數據丟失，例如硬盤失效、數據平臺系統遭受災難造成存儲系統的損毀。

(2)數據存儲安全：數據存儲安全包括物理存儲策略、訪問控制、傳輸安全、數據使用權限、數據的備份與恢復等方面構成。

(3)數據的傳輸安全：系統根據安防要求部署硬件防火墻、單向隔離裝置等安全防護設備，保障數據傳輸的安全。

(4)數據的使用安全：平臺具備根據不同應用系統、不同的用戶或角色采用不同的使用策略、權限管理等措施。

1.4 綜合數據平臺結構

瀑布溝水電站綜合數據平臺系結構如圖1所示：

水電站綜合數據平臺系統設計方案，網絡采用千兆以太網星形結構，整個系統內服務器、網絡設備科通過網絡接口實現NTP對時，具體結構為：

在安全Ⅰ區配置1臺數據平臺服務器和1臺三層網主交換機，以滿足Ⅰ區各系統數據的采集、存儲、交互和本區內多系統聯動功能需要；

在安全Ⅱ區配置1臺數據平臺服務器和1臺三層網主交換機，以滿足Ⅱ區各系統數據的采集、存儲、交互和本區內多系統聯動功能需要；

在安全Ⅲ區配置2臺數據平臺服務器和1臺三層網主交換機，采用冗余配置，作為綜合數據平臺系統管理機和存儲機，以滿足數據整合、綜合信息展現、數據查詢及多系統聯動功能實現等應用需求；

圖1 瀑布溝綜合數據平臺系統結構圖

在安全Ⅲ區配置1臺“云中心”通信工作站，用于瀑布溝綜合數據平臺系統與集控“云中心”數據通信，實現數據云端存儲。

在二區設備交換機和一區設備交換機之間設立1臺防火墻，在生產控制大區與管理信息大區之間，使用兩臺安全隔離裝置進行隔離操作，滿足安全防護規定。

1.5 綜合數據平臺軟件配置

1.5.1 軟件配置及設計原則

(1)本系統采用成熟的應用系統平臺和數據挖掘展現工具，實現數據挖掘功能。

(2)整個系統采用層次化設計的體系結構。

(3)整個軟件系統具備良好的跨平臺特性，支持包括UNIX、WINDOWS、LINUX等主流的操作系統。

1.5.2 各系統軟件的技術要求

(1)操作系統。操作系統采用Linux 64位操作系統，服務器的操作系統應采用64位系統，系統配置完備的殺毒軟件，確保系統運行安全。

(2)數據庫軟件。數據庫是系統的核心，必須滿足對數據庫數據的安全訪問，其存儲的數據必須有較大的擴充能力，并必須具有較高的開放程度和良好的互操作性，可滿足關鍵性業務的高可靠性要求[4]。目前使用的是mongodb數據庫和mysql數據庫，其中mongodb數據庫主要用來存儲系統實時數據，mysql數據庫主要用來存儲系統歷史數據。`

(3)智能聯動軟件。多系統聯動軟件滿足接入綜合數據平臺系統的各電力應用系統之間的聯動需求，系統按照設定邏輯自動實現流程化操作，并在聯動功能啟動時向電站值班人員發出提示信號。

(4)殺毒軟件。殺毒軟件選擇360企業版殺毒軟件，它具有技術穩定成熟、較高的產品知名度、國內自主知識產權或在國內登記為國產軟件產品、信息安全認證證書、有國內計算機信息系統安全專用產品銷售許可證、通過中國公安部評測等特點。

2 數據規范和標準

瀑布溝綜合數據平臺設計了統一的數據命名規范和標準，明確數據整合與集成的范圍和基礎，對實時數據、非實時數據等數據類型均定義了數據庫格式，對不同系統上送的數據進行標準化的處理與存儲，實現水電站數據統一交換、統一存儲、綜合應用及一體化展現。

數據編碼以設備編碼原則為基礎進行修改。數據編碼遵循唯一性、可讀性、統一性和相關性原則。采用數字與字母結合的方式對全廠各類數據進行標識。采用分層、分類的方法對電站數據進行編碼，具備一定的可讀性，標識每個數據的所屬位置、設備，便于管理人員高效、準確、定位管理所有設備數據。數據編碼分為6個碼段，共20位字符(見表1)。

表1 數據編碼規則

3 結 語

瀑布溝電站各個電力生產、管理應用系統分別來自不同廠家，各系統之間存在協議不統一，數據規范不一致，導致系統之間無法互聯互通，形成系統信息孤島，阻礙了系統之間高級應用的開發。為解決這一難題，設計了瀑布溝綜合數據平臺。瀑布溝水電站綜合數據平臺的設計方案在監控系統各安全分區布置服務器和接入設備，并采用安全隔離裝置進行物理隔離，在硬件設備基礎上部署系統功能和數據庫軟件，通過Modbus、TCP/IP等多種通信方式實現水電站電力生產應用系統與綜合數據平臺的互聯互通，通過制定綜合數據平臺的數據命名規范和標準將水電站所有生產系統數據進行集中存儲和標準化處理，建立水電站全方位的生產數據中心，為開展電力生產數據的綜合利用奠定數據基礎。

[1] 周霖，宋志剛，何鵬.瀑電總廠對標管理的實踐與應用.科技風，2016.[2] 李嘯.基于數據交換系統水電站集控中心信息化建設[J].低碳世界，2016：94-95.

[3] 邢紀. 配電地理信息系統. 東北大學碩士學位論文, 2013.

[4] 杜振東，蘭洲，戴攀.面向電網規劃平臺的應用數據子系統架構設計[J].微型電腦應用，2015：60-63.