李成鑫，劉俊勇

(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065;2.智能電網(wǎng)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川 成都 610065)

0 引言

電力調(diào)度機(jī)構(gòu)是電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的控制指揮中心，承擔(dān)著組織、指揮、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要任務(wù)，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果因?yàn)?zāi)難事故(火災(zāi)、電源中斷、通信系統(tǒng)大面積中斷、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)全停等重大事故)、自然災(zāi)害(臺(tái)風(fēng)、地震、洪水等自然災(zāi)害;傳染性疾病威脅)、突發(fā)事件(恐怖襲擊、社會(huì)動(dòng)亂或騷亂;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒及黑客攻擊、集團(tuán)式攻擊等事件)、戰(zhàn)爭(zhēng)等情況下導(dǎo)致電網(wǎng)主調(diào)度指揮系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱主調(diào))癱瘓，調(diào)度員也將隨之成為“瞎子”、“聾子”，電網(wǎng)處于不可監(jiān)視與控制狀態(tài)，這樣的后果將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［1－5］。為保障電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行等調(diào)度指揮的不間斷，提高電網(wǎng)防御各種災(zāi)難的能力和增強(qiáng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的水平，建設(shè)電網(wǎng)備用調(diào)度指揮系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱備調(diào))已成必然。在5·12大地震之后，四川電網(wǎng)率先進(jìn)行了異地備調(diào)的建設(shè)，目前國(guó)內(nèi)很多網(wǎng)省調(diào)也已實(shí)施了備調(diào)的建設(shè)。

研究表明，人眼對(duì)圖形的敏感度大大高于對(duì)數(shù)據(jù)的敏感度，將該理論實(shí)踐用于電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控，調(diào)度員很容易從可視化后的圖形中及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)存在的問題和變化趨勢(shì)，提高決策效率。可視化技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展需要不斷進(jìn)步，從最初的電網(wǎng)單線圖的數(shù)據(jù)原始表示及列表表示，逐步向二維/三維圖形化、動(dòng)畫發(fā)展，并吸收了信息學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科技術(shù)，形成了一系列與電力系統(tǒng)運(yùn)行相適應(yīng)的可視化表達(dá)方式?；趫D形化的可視化系統(tǒng)有效提高了實(shí)時(shí)信息的可閱性、提示性和概括性，為調(diào)度運(yùn)行提供了良好的監(jiān)視平臺(tái)，提供給了調(diào)度員精選后的監(jiān)視信息，建立起了電網(wǎng)運(yùn)行預(yù)警機(jī)制，為事故預(yù)想、調(diào)度狀態(tài)重演評(píng)估提供了快速、準(zhǔn)確的分析工具。系統(tǒng)在調(diào)度運(yùn)行指揮過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)作用日益鮮明［6－7］。備調(diào)系統(tǒng)使用概率小，但一旦使用，必然是緊急情況，這時(shí)情況紛繁復(fù)雜，電網(wǎng)調(diào)度任務(wù)緊急，調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)必須能快速有效地向調(diào)度員提供所關(guān)心的電網(wǎng)運(yùn)行情況，特別是有關(guān)全網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的數(shù)據(jù)。因此，備調(diào)建設(shè)中可視化調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)是很必要的。

對(duì)于備用系統(tǒng)，因?yàn)樗褂玫母怕史浅Ｐ?，如果要像維護(hù)主系統(tǒng)那樣維護(hù)備用系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)和不經(jīng)濟(jì)的。從系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況來(lái)看，主系統(tǒng)的維護(hù)工作量比較大，不可能因?yàn)橛幸惶讉溆孟到y(tǒng)后，維護(hù)人員成倍增加［1］，因此，要求備用系統(tǒng)建成后的日常維護(hù)工作量應(yīng)盡可能少，當(dāng)然也包括備調(diào)可視化系統(tǒng)。

1 備用調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵

備用調(diào)度中心，作為主用調(diào)度中心的后備，在正常情況下處于備用狀態(tài)，不參與電網(wǎng)的調(diào)度指揮，因此備調(diào)系統(tǒng)應(yīng)該有別于主調(diào)系統(tǒng)，建設(shè)一個(gè)必要的縮減版的精要的調(diào)度系統(tǒng)，而不是大而全的主調(diào)系統(tǒng)的拷貝。這就涉及到應(yīng)該在備調(diào)中心部署哪些系統(tǒng)。

電網(wǎng)備用調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)必須減少與主調(diào)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，使之在主調(diào)系統(tǒng)癱瘓后還能很好地生存，所以宜采用備調(diào)完全獨(dú)立于主調(diào)的建設(shè)模式。包括數(shù)據(jù)信道、數(shù)據(jù)采集、調(diào)度運(yùn)行展示等。為了保證主備調(diào)系統(tǒng)從模型、參數(shù)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，需采用統(tǒng)一的設(shè)備命名方式。

冷備用方式下，系統(tǒng)恢復(fù)的速度慢、啟用是否成功缺乏可靠的保障。溫備用方式下，備調(diào)切換時(shí)，備調(diào)系統(tǒng)將通過(guò)人工切換的方式啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信道采集，通過(guò)自己的前置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，備用系統(tǒng)恢復(fù)的速度也相對(duì)較慢，但平時(shí)至少能反映實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。宜采用熱備用方式，主備調(diào)系統(tǒng)同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，可以確保備用系統(tǒng)在災(zāi)難發(fā)生時(shí)的快速、無(wú)縫切換和不受主調(diào)系統(tǒng)的影響。

但當(dāng)主調(diào)癱瘓后，備調(diào)要能快速恢復(fù)對(duì)全網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度，備調(diào)要具備與主調(diào)相同的調(diào)度手段和工作環(huán)境，特別是能正確反映電網(wǎng)運(yùn)行工況并能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行閉環(huán)控制，要具有高效的調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)。因此，備調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)既與主調(diào)密切相關(guān)，又有較大差別。因此，備調(diào)技術(shù)支持系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能:在主調(diào)正常運(yùn)行時(shí)，其電網(wǎng)模型、參數(shù)、電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與主調(diào)一致;在主調(diào)癱瘓后，可自動(dòng)地采集電網(wǎng)及廠站的數(shù)據(jù)，以便備調(diào)系統(tǒng)可以立即承擔(dān)起電網(wǎng)指揮調(diào)度的功能。

備調(diào)智能型調(diào)度面臨的難題如下。

(1)多數(shù)據(jù)源的融合與挖掘，眾多的孤立系統(tǒng)如何整合形成統(tǒng)一的調(diào)度指揮權(quán);

(2)調(diào)度員如何介入以計(jì)算機(jī)為主的調(diào)度技術(shù)系統(tǒng)，發(fā)揮其主觀或直覺的作用;

(3)主備調(diào)切換方式和時(shí)機(jī)問題，在什么情況下備調(diào)啟用?是否有技術(shù)指標(biāo)?備調(diào)啟用是手工方式還是自動(dòng)方式?

(4)如何保證在啟用備調(diào)時(shí)，電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)和圖形能反映電網(wǎng)當(dāng)前實(shí)際情況。

這里就第四個(gè)問題進(jìn)行探討。

2 備調(diào)可視化系統(tǒng)建設(shè)方案

2.1 備調(diào)可視化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

備調(diào)可視化系統(tǒng)部署在安全I(xiàn)I區(qū)，采用和主調(diào)完全獨(dú)立的方式，以防止主調(diào)系統(tǒng)停掉之后備調(diào)可視化沒有數(shù)據(jù)來(lái)源，備調(diào)可視化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)防火墻和備調(diào)SCADA/EMS等系統(tǒng)相連，獲取模型、量測(cè)等電網(wǎng)數(shù)據(jù)。備調(diào)可視化系統(tǒng)服務(wù)器采用雙網(wǎng)口，一個(gè)網(wǎng)口和內(nèi)部交換機(jī)相連，另一個(gè)網(wǎng)口通過(guò)防火墻獨(dú)立和主調(diào)可視化服務(wù)器相連，以和主調(diào)可視化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 備調(diào)可視化硬件結(jié)構(gòu)

圖2 備調(diào)可視化軟件結(jié)構(gòu)

2.2 備調(diào)可視化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。備調(diào)可視化所需模型以CIM模型文件的方式從備調(diào)SCADA/EMS系統(tǒng)獲取，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以E文件形式從SCADA/EMS系統(tǒng)獲取，圖形文件以SVG形式從SCADA/EMS系統(tǒng)獲取，這些數(shù)據(jù)都是單向傳輸，從安全I(xiàn)區(qū)傳到II區(qū)。圖形文件中維護(hù)平臺(tái)上經(jīng)SVG解析成可視化專用圖形格式后發(fā)布到可視化整個(gè)系統(tǒng)，模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由服務(wù)器入庫(kù)后分發(fā)到系統(tǒng)內(nèi)各工作平臺(tái)。備調(diào)可視化系統(tǒng)通過(guò)服務(wù)器和主調(diào)可視化系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

3 主備調(diào)可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步方案

為了保證啟用備用時(shí)，電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)和圖形能正確反映電網(wǎng)當(dāng)前實(shí)際情況，但盡量減少備調(diào)系統(tǒng)的日常維護(hù)量;同時(shí)在主調(diào)恢復(fù)功能，備調(diào)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)為正常備用模式時(shí)，需將應(yīng)急模式期間的模型和圖形變化情況同步到主調(diào)，需要對(duì)主、備調(diào)系統(tǒng)之間的同步進(jìn)行研究。

3.1 圖形同步

主、備調(diào)系統(tǒng)之間，如果是同構(gòu)系統(tǒng)，則圖形可以通過(guò)覆蓋方式進(jìn)行同步。

主、備調(diào)系統(tǒng)之間如果是異構(gòu)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)圖形的同步，主、備調(diào)需遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)，按照可縮放向量圖形(scalable vector graphics，SVG)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出圖形文件，傳到對(duì)端，然后在對(duì)端解析SVG圖形并更新同名圖形文件，從而實(shí)現(xiàn)圖形的同步。

在主、備調(diào)可視化之間同步圖形屬于同構(gòu)系統(tǒng)，直接覆蓋就能同步。

3.2 模型同步

主、備調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型同步的方式主要有實(shí)時(shí)同步、定期同步、延時(shí)同步和手工同步4種［1－2］。

1)實(shí)時(shí)同步的方式要求主系統(tǒng)將其數(shù)據(jù)維護(hù)信息立即傳輸?shù)絺湔{(diào)系統(tǒng)中，備調(diào)系統(tǒng)及時(shí)更新以反映最新的模型。這種方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但可以保證備調(diào)系統(tǒng)模型的及時(shí)性與有效性。

2)定期同步的方式是由主系統(tǒng)將模型定期傳輸?shù)絺湔{(diào)系統(tǒng)中，備調(diào)系統(tǒng)更新后反映最新的模型。

3)延時(shí)同步方式時(shí)，當(dāng)主調(diào)進(jìn)行模型更新時(shí)，備調(diào)延時(shí)同步;當(dāng)主調(diào)進(jìn)行計(jì)劃值修改時(shí)，備調(diào)實(shí)時(shí)同步。延時(shí)時(shí)間和需要實(shí)時(shí)同步的消息可靈活在配置文件中定義。

4)手工同步方式，系統(tǒng)提供手工同步工具，由自動(dòng)化維護(hù)人員定期同步主、備調(diào)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)，備調(diào)系統(tǒng)更新后反映最新的電網(wǎng)運(yùn)行模型。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步模式雖然減輕了維護(hù)工作量，提高了工作效率，但也帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。如果主系統(tǒng)模型或數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)異常，會(huì)直接影響到備調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，可能出現(xiàn)主、備調(diào)系統(tǒng)同時(shí)故障的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。定期同步模式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是在兩次更新之間的一段時(shí)間里備調(diào)系統(tǒng)的模型存在滯后性。

經(jīng)過(guò)對(duì)主、備調(diào)系統(tǒng)模型同步機(jī)制的分析研究，在保證主調(diào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，提出延時(shí)同步方式和手工同步方式相結(jié)合的模式。正常模式下，主調(diào)系統(tǒng)模型以延時(shí)方式自動(dòng)向備調(diào)同步;當(dāng)主調(diào)恢復(fù)正常后，備調(diào)采用手工方式將應(yīng)急期間模型、參數(shù)的變化同步到主調(diào)，確保主調(diào)模型、參數(shù)最新。

3.3 數(shù)據(jù)同步

正常模式下，主、備調(diào)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立保存歷史數(shù)據(jù)，不需要數(shù)據(jù)同步。

應(yīng)急模式下，當(dāng)主調(diào)恢復(fù)正常后，視情況決定是否需要備調(diào)向主調(diào)同步歷史數(shù)據(jù)。如果主調(diào)端是因傳染病等因素失去控制職能，應(yīng)急模式期間主調(diào)端數(shù)據(jù)采集正常，則不需要同步歷史數(shù)據(jù)。如果主調(diào)端是因自然災(zāi)害等其他因素失去控制職能，應(yīng)急模式期間主調(diào)端數(shù)據(jù)采集不正?；蛑袛啵瑒t需要從備調(diào)向主調(diào)同步歷史數(shù)據(jù)。

綜合上述3方面的同步要求，可將系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步分成兩大類。

(1)主調(diào)向備調(diào)延時(shí)自動(dòng)同步

在正常工作模式下，系統(tǒng)圖形、模型實(shí)行從主調(diào)延時(shí)自動(dòng)同步備調(diào)的方式。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不同步，備調(diào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由備調(diào)端獨(dú)立采集。

(2)備調(diào)向主調(diào)手動(dòng)同步

在應(yīng)急模式下，如果主調(diào)端數(shù)據(jù)采集不正?；蛑袛?，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，系統(tǒng)圖形、模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要手動(dòng)方式由備調(diào)向主調(diào)同步。

4 數(shù)據(jù)同步方案的軟件實(shí)現(xiàn)

由于主、備調(diào)同步的兩端都是可視化系統(tǒng)，處理圖形、模型和數(shù)據(jù)的機(jī)制都是一樣的，所以同步相對(duì)簡(jiǎn)單。

4.1 主調(diào)向備調(diào)延時(shí)自動(dòng)同步

軟件實(shí)現(xiàn)延時(shí)自動(dòng)同步的步驟如下。

步驟1:備調(diào)服務(wù)器上開一個(gè)FTP服務(wù)。

步驟2:當(dāng)主調(diào)可視化模型變動(dòng)時(shí)，將已入庫(kù)模型數(shù)據(jù)打包成一個(gè)文件FTP到備調(diào)服務(wù)器上;當(dāng)主調(diào)可視化新增圖形或圖形修改時(shí)，將這些圖形文件FTP到備調(diào)服務(wù)器上。

步驟3:備調(diào)可視化服務(wù)器上運(yùn)行一個(gè)程序，定時(shí)掃描FTP服務(wù)目錄A下是否有新送來(lái)的圖形文件和模型文件。如果檢測(cè)到有新的，立即拷貝到本機(jī)另一目錄B，延時(shí)一段時(shí)間(延時(shí)時(shí)長(zhǎng)可預(yù)先人工設(shè)定)，過(guò)了延時(shí)時(shí)間如果沒有同名新文件過(guò)來(lái)，則說(shuō)明主調(diào)的修改有效，可以進(jìn)行同步。如果目錄B下有圖形文件，程序逐個(gè)將目錄B下的圖形文件覆蓋可視化系統(tǒng)的同名圖形文件，由于主、備調(diào)系統(tǒng)ID號(hào)不一致，為了使主調(diào)的圖形中備調(diào)能直接用，還需根據(jù)圖形中設(shè)備名升級(jí)設(shè)備ID，然后發(fā)布到備調(diào)各機(jī)。如果目錄B下有模型文件，則將打包的模型文件解開，然后逐條和本機(jī)內(nèi)存庫(kù)的模型比較，有新的就添加入庫(kù)。由于模型的ID可由可視化系統(tǒng)自動(dòng)編號(hào)，所以模型入庫(kù)只需按本機(jī)模型入庫(kù)規(guī)則編號(hào)就行。

圖3 主備調(diào)同步示意圖

4.2 備調(diào)向主調(diào)手動(dòng)同步

將應(yīng)急模式工作期間新的模型、圖形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步到主調(diào)系統(tǒng)。這和4.1中介紹的主調(diào)向備調(diào)同步數(shù)據(jù)差不多，有差別的在于以下兩方面。

(1)在主調(diào)端將已經(jīng)送到本機(jī)的文件同步本機(jī)可視化系統(tǒng)時(shí)，不需要從FTP服務(wù)目錄拷走，也不需要延時(shí)，直接進(jìn)行同步即可。

(2)手工同步時(shí)，需要同步歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)的同步和模型文件同步過(guò)程類似，只是歷史數(shù)據(jù)斷面多，只能循環(huán)方式同步，每次同步一個(gè)斷面數(shù)據(jù)。首先，將歷史庫(kù)中一個(gè)斷面數(shù)據(jù)取出打包成一個(gè)文件，通過(guò)FTP傳送到主調(diào)FTP服務(wù)目錄下;然后主調(diào)端解開文件后逐條添加進(jìn)主調(diào)可視化歷史庫(kù)。

5 結(jié)語(yǔ)

在啟用備調(diào)的緊急情況下，情況紛繁復(fù)雜，調(diào)度人員希望快速掌握全網(wǎng)運(yùn)行工況及系統(tǒng)可控能力，系統(tǒng)基于調(diào)度員思維，以“看我想看的”思想組織各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)形成可視化調(diào)度，便于調(diào)度員快速對(duì)全網(wǎng)情況了然于胸。

但備調(diào)可視化系統(tǒng)增加了維護(hù)人員工作量，為了減少維護(hù)工作，使備調(diào)系統(tǒng)能真正發(fā)揮“備用”作用，則根據(jù)備調(diào)可視化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)需求，提出了一套主、備調(diào)可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步方案，除了人工啟動(dòng)一下程序外，基本做到零維護(hù)，從實(shí)際使用過(guò)程中的維護(hù)角度保證了備調(diào)可視化系統(tǒng)的可用性。

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