配網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)配電自動(dòng)化終端接入模式技術(shù)研究

范英 ，楊仁利

（1廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州，510000；2廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名，510000）

0 引言

隨著配網(wǎng)調(diào)度集約化進(jìn)一步加強(qiáng)，配網(wǎng)自動(dòng)化終端在電網(wǎng)故障隔離和恢復(fù)中起了關(guān)鍵作用，但目前受制于成本、重要性等原因，大量已投運(yùn)配電自動(dòng)化終端不具備數(shù)據(jù)雙發(fā)功能，未能同時(shí)與兩個(gè)主站通信，無(wú)法同時(shí)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻蓚€(gè)不同主站。提出了一種基于主網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的配網(wǎng)備用調(diào)控控制系統(tǒng)建設(shè)方法，主要是依托主網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)與參數(shù)，提出建立云備用調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)，主要解決電網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步與采集問(wèn)題。

目前配網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)研究主要是沿用主網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)模式，但是配電自動(dòng)化終端接入配網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)研究較少，在當(dāng)前配電自動(dòng)化終端不具備接入雙主站情況，研究一種適合接入方法至關(guān)重要。本文從實(shí)際出發(fā)，在配網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)初期階段，提出一種通過(guò)NAT轉(zhuǎn)換設(shè)備把配電自動(dòng)化終端接入配網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)方法，配電終端接入通道相當(dāng)于熱備用，改造難度相對(duì)容易，工程建設(shè)成本不高。

1 NAT轉(zhuǎn)換和端口鏡像技術(shù)

NAT（Network Address Translation），網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，借助于NAT，私有地址的“內(nèi)部”網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，私有地址被轉(zhuǎn)換成合法數(shù)據(jù)網(wǎng)IP地址，對(duì)于一個(gè)平面數(shù)據(jù)網(wǎng)只需使用少量數(shù)據(jù)網(wǎng)IP地址即可實(shí)現(xiàn)私有地址網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)網(wǎng)的通信需求。

端口鏡像（Port Mirroring）功能是通過(guò)在交換機(jī)或路由器上，將一個(gè)或多個(gè)源端口的數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)到某一個(gè)指定端口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)聽，指定端口稱之為“鏡像端口”或“目的端口”，在不嚴(yán)重影響源端口正常吞吐量的情況下，可以通過(guò)鏡像端口對(duì)目的端口通信原碼進(jìn)行監(jiān)控和分析。

2 配電自動(dòng)化終端接入方式

2.1 冷備用模式

備用系統(tǒng)采用與主系統(tǒng)相同的前置采集地址，三遙終端同時(shí)只能鏈接一個(gè)前置。主系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，備系統(tǒng)為備用狀態(tài)，不具備與配電終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互能力，僅通過(guò)主系統(tǒng)同步獲取數(shù)據(jù)。主系統(tǒng)失效后，切斷主系統(tǒng)公、專網(wǎng)采集通道，由備系統(tǒng)使用原主系統(tǒng)前置采集地址，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集功能。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需增加現(xiàn)場(chǎng)配電終端額外運(yùn)維成本，基于原有的終端設(shè)備配置即可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：主備系統(tǒng)前置無(wú)法同時(shí)對(duì)外實(shí)現(xiàn)采集功能，主備切換測(cè)試?yán)щy，存在主備切換失敗后全量配電終端無(wú)法采集的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 配電自動(dòng)化終端雙發(fā)模式

備系統(tǒng)新增獨(dú)立采集地址，三遙終端同時(shí)鏈接兩個(gè)前置，如圖1所示。主系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，備系統(tǒng)前置也為運(yùn)行狀態(tài)，可以接受配電終端的數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求。主系統(tǒng)失效后，配電終端通過(guò)通信模塊上新增的前置機(jī)地址配置，與備系統(tǒng)建立連接。

圖1 配電終端雙發(fā)示意圖

優(yōu)點(diǎn)：備系統(tǒng)使用獨(dú)立的采集地址，在主系統(tǒng)保持運(yùn)行的情況下便于實(shí)現(xiàn)部分配電終端的連接切換，該方法再為可靠。

缺點(diǎn)：三遙終端需要具備雙發(fā)功能，需在三遙終端通信模塊上新增備調(diào)前置采集地址，對(duì)無(wú)線公網(wǎng)接入三遙終端需要增加SIM卡，該方法工程改造量巨大，成本商，增加額外現(xiàn)場(chǎng)終端改造及運(yùn)維工作量。

2.3 NAT轉(zhuǎn)換模式

由于配網(wǎng)主備調(diào)系統(tǒng)均需具備對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行情況監(jiān)視和控制的能力，采用NAT轉(zhuǎn)換設(shè)備和端口鏡像技術(shù)，通過(guò)NAT轉(zhuǎn)換設(shè)備，將原主調(diào)系統(tǒng)前置機(jī)的IP地址映射到NAT轉(zhuǎn)換設(shè)備外端口上，主調(diào)系統(tǒng)前置機(jī)及備調(diào)系統(tǒng)前置機(jī)均配置為內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)段地址，連接到NAT轉(zhuǎn)換設(shè)備的內(nèi)端口上，現(xiàn)場(chǎng)所有的配電終端均不做改動(dòng)，所連接的IP仍是原主調(diào)的前置機(jī)IP，同時(shí)通過(guò)交換機(jī)端口鏡像實(shí)現(xiàn)備調(diào)前置機(jī)對(duì)主調(diào)前置機(jī)端口接收數(shù)據(jù)的監(jiān)聽。

（1）端口鏡像功能

端口鏡像子系統(tǒng)是基于端口鏡像的SCADA仿真采集系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，主要功能是鏡像報(bào)文匯聚和鏡像報(bào)文自適應(yīng)分配。

a）鏡像報(bào)文匯聚

鏡像報(bào)文匯聚是把生產(chǎn)系統(tǒng)采集交換機(jī)上采集通訊的端口作為鏡像源端口，同時(shí)在生產(chǎn)系統(tǒng)的采集交換機(jī)上選取某個(gè)空閑的端口作為鏡像目的端口，并把鏡像目的端口連到升級(jí)/換型系統(tǒng)采集服務(wù)器采集網(wǎng)卡上，這樣就能在升級(jí)/換型系統(tǒng)獲取生產(chǎn)系統(tǒng)的鏡像通訊報(bào)文。

為保障報(bào)文捕獲程序正常運(yùn)行，需在鏡像配置文件中記錄所有的配置信息，包括：1）生產(chǎn)系統(tǒng)采集網(wǎng)交換機(jī)上的鏡像源端口、鏡像目的端口；2）生產(chǎn)系統(tǒng)的前置采集網(wǎng)絡(luò)、前置采集網(wǎng)卡、前置通訊服務(wù)器；3）升級(jí)/換型系統(tǒng)的前置采集網(wǎng)絡(luò)、前置采集網(wǎng)卡、前置通訊服務(wù)器等。

b）鏡像報(bào)文自適應(yīng)分配

鏡像報(bào)文自適應(yīng)分配是為每個(gè)鏡像通道創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)例，自適應(yīng)讀取鏡像通訊報(bào)文，讀取成功后提交通道報(bào)文緩沖區(qū)，等待下一級(jí)報(bào)文傳遞。以鏡像通道為最小單位，為每個(gè)鏡像通道實(shí)例化一個(gè)設(shè)備對(duì)象，利用“網(wǎng)絡(luò)號(hào)”和“連接號(hào)”，鏡像錄波檢測(cè)函數(shù)從鏡像報(bào)文中實(shí)時(shí)檢測(cè)屬于本通道的通訊報(bào)文，然后調(diào)用“鏡像寫”操作將鏡像報(bào)文保存到通道報(bào)文緩沖區(qū)，提交鏡像報(bào)文數(shù)據(jù)解析子系統(tǒng)處理。

（2）鏡像報(bào)文數(shù)據(jù)解析功能

鏡像報(bào)文數(shù)據(jù)解析子系統(tǒng)為每個(gè)通道創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)處理對(duì)象及相應(yīng)的路徑對(duì)象、規(guī)約對(duì)象、報(bào)文緩沖區(qū)對(duì)象。它們工作在監(jiān)聽模式，實(shí)時(shí)檢測(cè)通道報(bào)文緩沖區(qū)，讀取鏡像報(bào)文之后，發(fā)送給不同的規(guī)約對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)解析處理。規(guī)約對(duì)象將通訊報(bào)文送入“規(guī)約接收”流程進(jìn)行解析，完成后利用遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用將數(shù)據(jù)提交給SCADA進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。SCADA數(shù)據(jù)刷新正常后，可以將生產(chǎn)系統(tǒng)和升級(jí)/換型系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信自動(dòng)比對(duì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)升級(jí)系統(tǒng)遙信位置異常、遙測(cè)跳變等情況，還可以進(jìn)行遙控模擬下發(fā)。

以采用光纖通訊方式接入配電終端為例，如圖2所示，假設(shè)原主調(diào)系統(tǒng)光纖專網(wǎng)接入?yún)^(qū)前置服務(wù)器A機(jī)外端口IP為145.20.10.3，前置服務(wù)器B機(jī)外端口為145.20.10.4。則主備調(diào)系統(tǒng)前置采集架構(gòu)示意圖具體如下：

圖2 NAT轉(zhuǎn)換技術(shù)示意圖

1）通過(guò)NAT路由器A，將主調(diào)前置服務(wù)器A的IP地址178.1.200.1和備調(diào)前置服務(wù)器A的IP地址178.10.200.1 NAT轉(zhuǎn)化為145.20.10.3；

2）通過(guò)NAT路由器B，將主調(diào)前置服務(wù)器B的IP地址178.1.200.2和備調(diào)前置服務(wù)器B的IP地址178.10.200.2 NAT轉(zhuǎn)化為145.20.10.3；

3）備調(diào)前置服務(wù)器A通過(guò)17#口監(jiān)聽1#口主調(diào)前置服務(wù)器A機(jī)采集的數(shù)據(jù)；

4）備調(diào)前置服務(wù)器B通過(guò)19#口監(jiān)聽3#口主調(diào)前置服務(wù)器B機(jī)采集的數(shù)據(jù)；

5）主調(diào)前置服務(wù)器A通過(guò)2#口監(jiān)聽18#口備調(diào)前置服務(wù)器A機(jī)采集的數(shù)據(jù)；

6）主調(diào)前置服務(wù)器B通過(guò)4#口監(jiān)聽20#口備調(diào)前置服務(wù)器B機(jī)采集的數(shù)據(jù)；

7）正常運(yùn)行情況下主調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)前置服務(wù)，具備數(shù)據(jù)采集和控制命令下發(fā)的能力；備調(diào)系統(tǒng)僅啟動(dòng)前置監(jiān)聽服務(wù)，僅具備數(shù)據(jù)監(jiān)聽的能力；

8）主調(diào)系統(tǒng)退出運(yùn)行后，備調(diào)系統(tǒng)切主運(yùn)行，并啟動(dòng)前置服務(wù)，進(jìn)而具備數(shù)據(jù)采集和控制命令下發(fā)的能力；

9）主調(diào)系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行后，可先啟動(dòng)前置監(jiān)聽服務(wù)，在具備數(shù)據(jù)監(jiān)聽能力的基礎(chǔ)上驗(yàn)證系統(tǒng)可用性。待確定系統(tǒng)功能及性能無(wú)礙后再將其切主運(yùn)行，并啟動(dòng)前置服務(wù)，同時(shí)備調(diào)系統(tǒng)退出前置服務(wù)，并啟動(dòng)前置監(jiān)聽服務(wù)。