劉 鶴， 楊 朝 政

(國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 雅安 625304)

0 引 言

瀑布溝水電站是中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司裝機(jī)最大的水電站，是國(guó)家“十五”重點(diǎn)工程和西部大開(kāi)發(fā)標(biāo)志性工程，是大渡河中游的控制性水庫(kù)，是一座以發(fā)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(jiān)測(cè)、保護(hù)等設(shè)備系統(tǒng)較多，各系統(tǒng)在電力生產(chǎn)過(guò)程中都發(fā)揮重要作用，單一系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、故障工況等均會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，因此需要不同多系統(tǒng)之間建立數(shù)據(jù)和信號(hào)通信關(guān)系，但各類系統(tǒng)來(lái)自不同的廠家，存在系統(tǒng)之間通訊協(xié)議不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)類型不相同、數(shù)據(jù)點(diǎn)表編碼規(guī)則不一致，系統(tǒng)之間缺乏互聯(lián)互通等缺點(diǎn)。為了解決這一難題，提出了建設(shè)瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，把電站所有的生產(chǎn)系統(tǒng)接入到平臺(tái)，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一編碼和規(guī)范，為電站的智慧建設(shè)做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)施目的

為解決水電站各電力生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通的難題，提升各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)交互水平，實(shí)施了瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)項(xiàng)目，該平臺(tái)在滿足安全防護(hù)要求的基礎(chǔ)上，在電站各安全分區(qū)分別設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)本區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)系統(tǒng)接入綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)各服務(wù)器，建立系統(tǒng)與平臺(tái)的通信鏈，并將各系統(tǒng)的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范處理和整合，最終形成電站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)池。通過(guò)制定瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)命名規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)的規(guī)范接入和管理，并與大渡河公司“云中心”進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了電站數(shù)據(jù)的云端存儲(chǔ)和應(yīng)用。綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)與各生產(chǎn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中匯聚和數(shù)據(jù)共享，確保數(shù)據(jù)采集無(wú)死角、無(wú)重復(fù)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間高級(jí)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，提供了系統(tǒng)硬件和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

瀑布溝電站綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建設(shè)計(jì)原則：

(1)先進(jìn)實(shí)用原則：瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)注重先進(jìn)性和實(shí)用性的統(tǒng)一，以實(shí)用為目的，合理選用各類成熟、先進(jìn)技術(shù)。在體系結(jié)構(gòu)、功能算法等諸多方面都采用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和理論，應(yīng)用功能體現(xiàn)其實(shí)用性[2]。

(2)統(tǒng)一整合原則：符合國(guó)電大渡河公司數(shù)據(jù)資源整合和管理標(biāo)準(zhǔn)，解決瀑布溝電站各應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部或應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無(wú)法充分共享的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一交換、統(tǒng)一存儲(chǔ)、綜合應(yīng)用及一體化展現(xiàn)。

(3) 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展原則：系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，應(yīng)用需求的不斷深化、技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展要求瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)具備相應(yīng)的適應(yīng)能力，因此瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)各部分包括硬件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、支撐軟件、系統(tǒng)功能等都遵循開(kāi)放、可擴(kuò)充的原則。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、外部設(shè)備、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)環(huán)境、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、平臺(tái)功能軟件和平臺(tái)系統(tǒng)軟件等選用符合模塊化設(shè)計(jì)、遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品(包括產(chǎn)品的各種接口)，方便系統(tǒng)的擴(kuò)展性、互操作性和可維護(hù)性，最大限度地提高系統(tǒng)的使用壽命[3]。

(4)運(yùn)維方便原則：系統(tǒng)提供方便、友好的管理、維護(hù)工具及界面，方便運(yùn)行管理人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置、修改、管理、維護(hù)。

1.3 平臺(tái)技術(shù)要求

本系統(tǒng)的搭建，涉及到了多應(yīng)用系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)與綜合應(yīng)用等多方面協(xié)調(diào)與技術(shù)融合，需要對(duì)電站既有的電力生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)分析，理順現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系和接口，通過(guò)通信接口開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)接入綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，解決水電站各電力生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)之間相互孤立的缺點(diǎn)，提升各生產(chǎn)數(shù)據(jù)交互水平。平臺(tái)應(yīng)滿足下列技術(shù)要求。

1.3.1 符合二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系

綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施需滿足二次安全防護(hù)體系的最新要求。

1.3.2 系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性

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

(2)軟件的擴(kuò)展性：綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保持良好的擴(kuò)展性，適應(yīng)將來(lái)系統(tǒng)需求的變化。

(3)軟件系統(tǒng)的跨平臺(tái)支持：綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)集成軟件，具備跨平臺(tái)特性，可在當(dāng)前流行的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行。

(4)數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)展性：綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)通過(guò)可視化的數(shù)據(jù)模型定義工具，支持平臺(tái)數(shù)據(jù)模型的動(dòng)態(tài)調(diào)整和擴(kuò)充；

(5)接口的擴(kuò)展性：系統(tǒng)可以通過(guò)靈活的定義和組織，滿足各種數(shù)據(jù)類型采集需求，并具備采集方式和接口的良好擴(kuò)展性。

(6)數(shù)據(jù)服務(wù)接口的擴(kuò)展性：系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)接口以及滿足現(xiàn)有系統(tǒng)需求的非標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口，并可動(dòng)態(tài)擴(kuò)充，滿足今后數(shù)據(jù)服務(wù)需求的不斷變換。

(7)應(yīng)用的擴(kuò)展性：本在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，具備良好的應(yīng)用擴(kuò)展性，可承載今后數(shù)據(jù)的綜合查詢及展現(xiàn)、分析等各種應(yīng)用。

1.3.3 數(shù)據(jù)整合集成

(1)全站數(shù)據(jù)的整合與集成在Ⅲ區(qū)中主數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)器完成。

(2)提供完善的日志記錄、分析功能。平臺(tái)提供數(shù)據(jù)整合執(zhí)行過(guò)程的跟蹤能力，保證數(shù)據(jù)整合執(zhí)行過(guò)程的可監(jiān)控，并提供方便友好的監(jiān)控界面。

(3)具備通道阻塞/故障恢復(fù)后的重新執(zhí)行功能，避免發(fā)生通道阻塞。

(4)數(shù)據(jù)整合可以采用周期啟動(dòng)(周期可在線調(diào)整)、人工啟動(dòng)、事件驅(qū)動(dòng)等多種方式。

(5)保障數(shù)據(jù)交換的可靠性、可用性及實(shí)效性。

(6)數(shù)據(jù)整合集成符合二次安全防護(hù)的總體要求。

(7)一般數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間多于2個(gè)月，對(duì)于關(guān)鍵系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)永久保存。

1.3.4 保障數(shù)據(jù)安全

綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)采取必要的措施保障數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)安全主要包括數(shù)據(jù)的物理安全、存儲(chǔ)安全、傳輸安全以及數(shù)據(jù)使用安全。

(1)數(shù)據(jù)物理安全：數(shù)據(jù)的物理安全主要指由于硬件缺陷和故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，例如硬盤失效、數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)遭受災(zāi)難造成存儲(chǔ)系統(tǒng)的損毀。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全包括物理存儲(chǔ)策略、訪問(wèn)控制、傳輸安全、數(shù)據(jù)使用權(quán)限、數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)等方面構(gòu)成。

(3)數(shù)據(jù)的傳輸安全：系統(tǒng)根據(jù)安防要求部署硬件防火墻、單向隔離裝置等安全防護(hù)設(shè)備，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

(4)數(shù)據(jù)的使用安全：平臺(tái)具備根據(jù)不同應(yīng)用系統(tǒng)、不同的用戶或角色采用不同的使用策略、權(quán)限管理等措施。

1.4 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

瀑布溝水電站綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系結(jié)構(gòu)如圖1所示：

水電站綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，網(wǎng)絡(luò)采用千兆以太網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備科通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)NTP對(duì)時(shí)，具體結(jié)構(gòu)為：

在安全Ⅰ區(qū)配置1臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)器和1臺(tái)三層網(wǎng)主交換機(jī)，以滿足Ⅰ區(qū)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、交互和本區(qū)內(nèi)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能需要；

在安全Ⅱ區(qū)配置1臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)器和1臺(tái)三層網(wǎng)主交換機(jī)，以滿足Ⅱ區(qū)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、交互和本區(qū)內(nèi)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能需要；

在安全Ⅲ區(qū)配置2臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)器和1臺(tái)三層網(wǎng)主交換機(jī)，采用冗余配置，作為綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)管理機(jī)和存儲(chǔ)機(jī)，以滿足數(shù)據(jù)整合、綜合信息展現(xiàn)、數(shù)據(jù)查詢及多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)等應(yīng)用需求；

圖1 瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在安全Ⅲ區(qū)配置1臺(tái)“云中心”通信工作站，用于瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)與集控“云中心”數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)云端存儲(chǔ)。

在二區(qū)設(shè)備交換機(jī)和一區(qū)設(shè)備交換機(jī)之間設(shè)立1臺(tái)防火墻，在生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間，使用兩臺(tái)安全隔離裝置進(jìn)行隔離操作，滿足安全防護(hù)規(guī)定。

1.5 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件配置

1.5.1 軟件配置及設(shè)計(jì)原則

(1)本系統(tǒng)采用成熟的應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)挖掘展現(xiàn)工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘功能。

(2)整個(gè)系統(tǒng)采用層次化設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)。

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

1.5.2 各系統(tǒng)軟件的技術(shù)要求

(1)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)采用Linux 64位操作系統(tǒng)，服務(wù)器的操作系統(tǒng)應(yīng)采用64位系統(tǒng)，系統(tǒng)配置完備的殺毒軟件，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)的核心，必須滿足對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的安全訪問(wèn)，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)必須有較大的擴(kuò)充能力，并必須具有較高的開(kāi)放程度和良好的互操作性，可滿足關(guān)鍵性業(yè)務(wù)的高可靠性要求[4]。目前使用的是mongodb數(shù)據(jù)庫(kù)和mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，其中mongodb數(shù)據(jù)庫(kù)主要用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，mysql數(shù)據(jù)庫(kù)主要用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)。`

(3)智能聯(lián)動(dòng)軟件。多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)軟件滿足接入綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)的各電力應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)需求，系統(tǒng)按照設(shè)定邏輯自動(dòng)實(shí)現(xiàn)流程化操作，并在聯(lián)動(dòng)功能啟動(dòng)時(shí)向電站值班人員發(fā)出提示信號(hào)。

(4)殺毒軟件。殺毒軟件選擇360企業(yè)版殺毒軟件，它具有技術(shù)穩(wěn)定成熟、較高的產(chǎn)品知名度、國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)或在國(guó)內(nèi)登記為國(guó)產(chǎn)軟件產(chǎn)品、信息安全認(rèn)證證書(shū)、有國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全專用產(chǎn)品銷售許可證、通過(guò)中國(guó)公安部評(píng)測(cè)等特點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)命名規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，明確數(shù)據(jù)整合與集成的范圍和基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)類型均定義了數(shù)據(jù)庫(kù)格式，對(duì)不同系統(tǒng)上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的處理與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)水電站數(shù)據(jù)統(tǒng)一交換、統(tǒng)一存儲(chǔ)、綜合應(yīng)用及一體化展現(xiàn)。

數(shù)據(jù)編碼以設(shè)備編碼原則為基礎(chǔ)進(jìn)行修改。數(shù)據(jù)編碼遵循唯一性、可讀性、統(tǒng)一性和相關(guān)性原則。采用數(shù)字與字母結(jié)合的方式對(duì)全廠各類數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。采用分層、分類的方法對(duì)電站數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，具備一定的可讀性，標(biāo)識(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)的所屬位置、設(shè)備，便于管理人員高效、準(zhǔn)確、定位管理所有設(shè)備數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)編碼分為6個(gè)碼段，共20位字符(見(jiàn)表1)。

表1 數(shù)據(jù)編碼規(guī)則

3 結(jié) 語(yǔ)

瀑布溝電站各個(gè)電力生產(chǎn)、管理應(yīng)用系統(tǒng)分別來(lái)自不同廠家，各系統(tǒng)之間存在協(xié)議不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)規(guī)范不一致，導(dǎo)致系統(tǒng)之間無(wú)法互聯(lián)互通，形成系統(tǒng)信息孤島，阻礙了系統(tǒng)之間高級(jí)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。為解決這一難題，設(shè)計(jì)了瀑布溝綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)。瀑布溝水電站綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案在監(jiān)控系統(tǒng)各安全分區(qū)布置服務(wù)器和接入設(shè)備，并采用安全隔離裝置進(jìn)行物理隔離，在硬件設(shè)備基礎(chǔ)上部署系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，通過(guò)Modbus、TCP/IP等多種通信方式實(shí)現(xiàn)水電站電力生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)與綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的互聯(lián)互通，通過(guò)制定綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)命名規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)將水電站所有生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立水電站全方位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，為開(kāi)展電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合利用奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

[1] 周霖，宋志剛，何鵬.瀑電總廠對(duì)標(biāo)管理的實(shí)踐與應(yīng)用.科技風(fēng)，2016.[2] 李嘯.基于數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)水電站集控中心信息化建設(shè)[J].低碳世界，2016：94-95.

[3] 邢紀(jì). 配電地理信息系統(tǒng). 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2013.

[4] 杜振東，蘭洲，戴攀.面向電網(wǎng)規(guī)劃平臺(tái)的應(yīng)用數(shù)據(jù)子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].微型電腦應(yīng)用，2015：60-63.