霍雪松，裴 培

(國網(wǎng)江蘇省電力公司，南京 210024)

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基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的調(diào)度控制系統(tǒng)地區(qū)互備通信模式研究

霍雪松，裴 培

(國網(wǎng)江蘇省電力公司，南京 210024)

隨著公司“大運(yùn)行”體系逐步深化，四個(gè)“一體化”建設(shè)深入開展，對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和備用系統(tǒng)都提出了更高要求，主要研究利用現(xiàn)有調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面基礎(chǔ)設(shè)施，利用GRE等技術(shù)探討在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)前置系統(tǒng)互備采集、后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能，滿足日益發(fā)展的集約化與一體化要求。

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；區(qū)域調(diào)度；組網(wǎng)方式；GRE

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是為電力調(diào)度生產(chǎn)服務(wù)的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，是調(diào)度中心之間及調(diào)度中心與廠站之間計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)設(shè)施。江蘇電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)包括骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)兩部分，其中，骨干網(wǎng)包括數(shù)據(jù)網(wǎng)第一、二平面，接入網(wǎng)包括省調(diào)接入網(wǎng)和地調(diào)接入網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)覆蓋了江蘇電網(wǎng)所有直調(diào)電廠、35 kV及以上電壓等級(jí)變電站。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、變電站集中監(jiān)控系統(tǒng)、電能量自動(dòng)采集系統(tǒng)、繼電保護(hù)信息遠(yuǎn)傳系統(tǒng)等應(yīng)用業(yè)務(wù)提供了有力的支持。

隨著公司“大運(yùn)行”體系建設(shè)的和諧運(yùn)轉(zhuǎn)，電網(wǎng)運(yùn)行管理模式發(fā)生了深刻變化。調(diào)度機(jī)構(gòu)承擔(dān)了調(diào)度監(jiān)控業(yè)務(wù)一體化運(yùn)行的工作，對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求，為進(jìn)一步加強(qiáng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)支撐能力，江蘇電網(wǎng)在地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)過程中，利用地區(qū)間的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互備用，提高區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)高可用性，在自然災(zāi)害、通訊網(wǎng)絡(luò)、關(guān)鍵設(shè)備故障等突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，保證調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，為電網(wǎng)調(diào)控指揮提供可靠支撐。

本文針對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)地區(qū)互備需求，提出了優(yōu)化調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的互備系統(tǒng)之間通信模式。

1 控制系統(tǒng)地區(qū)互備網(wǎng)絡(luò)通信需求

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)地區(qū)互備是指互為備用的兩個(gè)地區(qū)智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)采集本地區(qū)和互備地區(qū)的廠站信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用級(jí)的系統(tǒng)互備。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)地區(qū)互備實(shí)現(xiàn)上發(fā)揮了重要作用，具體來說主要有以下幾個(gè)方面：

(1)提供可靠的地區(qū)系統(tǒng)前置采集網(wǎng)絡(luò)。正常運(yùn)行時(shí)，A、B地區(qū)系統(tǒng)均能實(shí)時(shí)采集兩地區(qū)所有廠站信息。特殊情況下，如A地區(qū)系統(tǒng)或骨干網(wǎng)絡(luò)失效時(shí)，B地區(qū)系統(tǒng)能夠完成A地區(qū)所有廠站的數(shù)據(jù)采集。

(2)提供可靠的地區(qū)系統(tǒng)后臺(tái)交互網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)信息、檢修置牌信息等數(shù)據(jù)交互。

(3)提供可靠的系統(tǒng)遠(yuǎn)程工作站交互網(wǎng)絡(luò)。適應(yīng)地縣一體化系統(tǒng)要求，為縣公司遠(yuǎn)程工作站提供網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

調(diào)度控制系統(tǒng)主站前置通信網(wǎng)關(guān)機(jī)接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)骨干網(wǎng)，地調(diào)廠站接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入網(wǎng)，目前地區(qū)的接入網(wǎng)僅與地區(qū)的骨干網(wǎng)跨域互聯(lián)，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀圖如圖1所示。

圖1 電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

地調(diào)接入網(wǎng)A與地調(diào)骨干網(wǎng)B缺少備份鏈路，故在某些情況下，地調(diào)B無法采集地調(diào)A廠站的數(shù)據(jù)，無法滿足區(qū)域互備系統(tǒng)的采集要求。

為提高采集可靠性，地調(diào)A接入網(wǎng)新增500 kV變電站核心節(jié)點(diǎn)與地調(diào)B骨干網(wǎng)互聯(lián)，地調(diào)B接入網(wǎng)新增500 kV變電站核心節(jié)點(diǎn)與地調(diào)A骨干網(wǎng)互聯(lián)，500 kV變電站核心節(jié)點(diǎn)作為地調(diào)接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)之間的第二網(wǎng)絡(luò)出口，優(yōu)化后的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可較好滿足區(qū)域互備系統(tǒng)的前置采集要求。網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

圖2 電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

3 MSTP通信模式

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)互備地調(diào)系統(tǒng)之間通信，傳統(tǒng)的做法是基于MSTP網(wǎng)絡(luò)專線，目前地縣一體化系統(tǒng)地調(diào)與縣調(diào)之間的通信基于MSTP網(wǎng)絡(luò)專線，主要存在以下不足：

(1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了使地縣一體化網(wǎng)絡(luò)具備冗余性，需要將網(wǎng)絡(luò)建成較為復(fù)雜的冗余結(jié)構(gòu)。

(2) 二次安防設(shè)備部署較為復(fù)雜，為了使地調(diào)與縣調(diào)之間的網(wǎng)絡(luò)通信更加安全，需要在地調(diào)與縣調(diào)通信的邊界鏈路上部署二次安全防護(hù)設(shè)備，地調(diào)與縣調(diào)之間通信可能經(jīng)過多個(gè)其他縣調(diào)邊界，導(dǎo)致了二次安全防護(hù)設(shè)備部署及策略配置也較為復(fù)雜。

(3) 使用了較多MSTP網(wǎng)絡(luò)資源。

針對(duì)基于MSTP網(wǎng)絡(luò)專線的地縣一體化網(wǎng)絡(luò)存在的不足，本文提出了基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)MPLS-VPN隧道代替MSTP網(wǎng)絡(luò)專線的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)互備地調(diào)系統(tǒng)之間通信模式，相較于MSTP網(wǎng)絡(luò)專線，基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的地調(diào)系統(tǒng)之間的通信模式有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，僅需要將系統(tǒng)后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙平面，由調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面提供冗余的網(wǎng)絡(luò)通道。

(2)二次安防設(shè)備部署簡單，僅需要在系統(tǒng)后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)之間部署二次安防防護(hù)設(shè)備。

(3)節(jié)約了MSTP網(wǎng)絡(luò)資源。

因?yàn)榈卣{(diào)系統(tǒng)中的私有IP地址無法在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳遞，需要采用NAT地址轉(zhuǎn)換或者GRE隧道實(shí)現(xiàn)地調(diào)系統(tǒng)之間通信，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙平面可以滿足互備地調(diào)系統(tǒng)間通信的冗余性要求，采用BFD技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)主、備鏈路的快速切換。

4 GRE技術(shù)

GRE協(xié)議是對(duì)某些網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行封裝，使這些被封裝的數(shù)據(jù)報(bào)文能夠在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中傳輸。GRE采用了Tunnel技術(shù)，是VPN的第三層隧道協(xié)議。

Tunnel是一個(gè)虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，提供了一條通路使封裝的數(shù)據(jù)報(bào)文能夠在這個(gè)通路上傳輸，并且在一個(gè)Tunnel的兩端分別對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行封裝及解封裝。

GRE協(xié)議的主要用途有兩個(gè)：協(xié)議封裝和私有地址封裝。

5 BFD技術(shù)

為了保護(hù)關(guān)鍵應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)中會(huì)設(shè)計(jì)有一定的冗余備份鏈路，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)就要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠快速檢測(cè)出故障并將流量切換至備份鏈路以加快網(wǎng)絡(luò)收斂速度。目前有些鏈路(如POS)通過硬件檢測(cè)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)快速故障檢測(cè)。但是某些鏈路(如以太網(wǎng)鏈路)不具備這樣的檢測(cè)機(jī)制。此時(shí)，應(yīng)用就要依靠上層協(xié)議自身的機(jī)制來進(jìn)行故障檢測(cè)，上層協(xié)議的檢測(cè)時(shí)間都在1 s以上，這樣的故障檢測(cè)時(shí)間對(duì)某些應(yīng)用來說是不能容忍的。某些路由協(xié)議如OSPF、IS-IS雖然有Fast Hello功能來加快檢測(cè)速度，但是檢測(cè)時(shí)間也只能達(dá)到1 s的精度，而且Fast Hello功能只是針對(duì)本協(xié)議的，無法為其它協(xié)議提供快速故障檢測(cè)。

BFD協(xié)議就是在這種背景下產(chǎn)生的，提供了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)化的介質(zhì)無關(guān)和協(xié)議無關(guān)的快速故障檢測(cè)機(jī)制。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間任意類型的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑進(jìn)行故障檢測(cè)，包括直連物理鏈路、虛電路、隧道、MPLS LSP、多跳路由路徑以及單向鏈路等。

(2)可以為不同的上層應(yīng)用服務(wù)，提供一致的快速故障檢測(cè)時(shí)間。

(3)提供小于1 s的檢測(cè)時(shí)間，從而加快網(wǎng)絡(luò)收斂速度，減少應(yīng)用中斷時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

BFD在兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上建立會(huì)話，用來檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑，為上層應(yīng)用服務(wù)。BFD本身并沒有鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制，而是靠被服務(wù)的上層應(yīng)用通知其鄰居信息以建立會(huì)話。會(huì)話建立后會(huì)周期性地快速發(fā)送BFD報(bào)文，如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)沒有收到BFD報(bào)文則認(rèn)為該雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生了故障，通知被服務(wù)的上層應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的處理。

6 應(yīng)用實(shí)例

6.1 基于NAT地址轉(zhuǎn)換的通信模式

地調(diào)核心交換機(jī)A接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第一平面，核心交換機(jī)B接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第二平面，利用加密裝置對(duì)地調(diào)私網(wǎng)地址與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)用地址進(jìn)行NAT地址轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 基于NAT地址轉(zhuǎn)換通信模式的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)拓?fù)鋱D

地調(diào)A與地調(diào)B兩臺(tái)核心交換運(yùn)行VRRP冗余協(xié)議，確定核心交換機(jī)A為主轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第一平面作為地調(diào)間數(shù)據(jù)主轉(zhuǎn)發(fā)主平面，數(shù)據(jù)網(wǎng)第二平面作為地調(diào)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)備平面。

如果加密裝置配置NAT源地址轉(zhuǎn)換，則地調(diào)系統(tǒng)之間采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的地址相互通信，但地調(diào)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)流流經(jīng)不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)平面，則被轉(zhuǎn)換為不同的地址，不滿足應(yīng)用的需要。如果加密裝置配置NAT目的地址轉(zhuǎn)換，則地調(diào)系統(tǒng)之間可采用系統(tǒng)內(nèi)私網(wǎng)地址相互通信，故確定加密裝置配置NAT目的地址轉(zhuǎn)換。

通過BFD和VRRP協(xié)議聯(lián)動(dòng)的方式確保主備鏈路可以相互切換，地調(diào)A核心交換機(jī)A上行鏈路接口地址與地調(diào)B核心交換機(jī)上行鏈路接口地址經(jīng)加密裝置地址轉(zhuǎn)換后可以相互通信，地調(diào)A與地調(diào)B核心交換機(jī)A之間利用BFD報(bào)文相互監(jiān)測(cè)，主轉(zhuǎn)發(fā)鏈路發(fā)生故障的情況下，促發(fā)地調(diào)A與地調(diào)B核心交換機(jī)均進(jìn)行VRRP主備切換，區(qū)域間通信鏈路切換至備用鏈路。

6.2 基于GRE隧道的通信模式

地調(diào)核心交換機(jī)A接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第一平面，核心交換機(jī)B接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)第二平面，地調(diào)核心交換機(jī)A之間建立GRE隧道，核心交換機(jī)B之間建立GRE隧道，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖4 基于GRE隧道通信模式的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)拓?fù)鋱D

利用GRE隧道，可以在地調(diào)A與地調(diào)B核心交換機(jī)之間運(yùn)行OSPF路由協(xié)議，地調(diào)系統(tǒng)之間可以采用私網(wǎng)地址相互通信。

通過BFD和OSPF協(xié)議聯(lián)動(dòng)的方式確保主備鏈路可以相互切換，地調(diào)A與地調(diào)B核心交換機(jī)A之間、核心交換機(jī)B之間利用BFD報(bào)文相互監(jiān)測(cè)，同時(shí)核心交換機(jī)提前計(jì)算備用鏈路，主用鏈路故障時(shí)不依賴于控制平面的收斂而直接在轉(zhuǎn)發(fā)平面切換至備用鏈路。

基于GRE隧道的通信模式相較于基于NAT地址轉(zhuǎn)換的通信模式有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1) 基于NAT地址轉(zhuǎn)換模式，地調(diào)系統(tǒng)之間新增加一個(gè)通信需求，就需要配置一次NAT地址轉(zhuǎn)換策略，配置工作量較大，基于GRE隧道的通信模式，可以實(shí)現(xiàn)地調(diào)系統(tǒng)間完全互聯(lián)互通。

(2) 基于NAT地址轉(zhuǎn)換模式，主鏈路故障會(huì)導(dǎo)致模式一中地調(diào)兩側(cè)核心交換機(jī)都需要進(jìn)行VRRP主備切換，對(duì)系統(tǒng)的影響較大?；贕RE隧道的通信模式僅影響地調(diào)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部通信沒有影響。

綜上所述，智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)互備地調(diào)系統(tǒng)之間通信建議采用基于GRE隧道的通信模式。

7 結(jié)語

本文利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)控一體化、地縣一體化、區(qū)域互備系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信需求的有效支撐。下一步需要針對(duì)各種通信模式的安全性進(jìn)行深入研究。

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Research of Regional Mutual Backup Communicationg Mode of Scheduling Control System Based on Scheduling Data Network Technology

HUO Xue-song, PEI Pei

(Jiangsu Electric Power Company,Nanjing 210024, China)

With company "big operation" system and the four "integrations" gradually advanced, there has been higher requirements for the stable operation of the dispatch control system and backup system of smart grid. This paper researches to employ the existing data network scheduling biplane infrastructure, GRE and other technologies to achieve the mutual scheduling data network equipment acquisition by using front-end system, as well as backstage networking capabilities, in order to meet the requirements of increasingly intensive development and integration.

power scheduling data network; regional scheduling; network mode; GRE

10.11973/dlyny201506001

霍雪松(1976)，男，博士，主要從事調(diào)度自動(dòng)化方面研究和管理工作。

TM76；TM73

A

2095-1256(2015)06-0747-04

2015-10-08

電網(wǎng)技術(shù)