鄭廣森 國網(wǎng)安徽省電力有限公司合肥供電公司

冗余技術(shù)作為當(dāng)前廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性以及可靠性的保障措施，對于整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行都有著重要影響。在冗余技術(shù)的保護(hù)之下，廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了極大地提升，同時(shí)在降低系統(tǒng)維護(hù)成本方面也凸顯出了其重要作用。因此，加強(qiáng)對于冗余技術(shù)的研究和應(yīng)用是十分有必要的。

一、冗余技術(shù)及其應(yīng)用

（一）冗余技術(shù)的概念

冗余技術(shù)也被稱作是儲(chǔ)備技術(shù)或者是容災(zāi)備份技術(shù)，該技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)冗余技術(shù)的實(shí)際需求，可將其劃分為工作冗余以及后備冗余兩種類型，工作冗余就是指由兩個(gè)或者兩個(gè)以上單元并行的工作模式，后備冗余是指在平常系統(tǒng)運(yùn)行過程中，僅需要保持一個(gè)單元處于運(yùn)行狀態(tài)，另一個(gè)單元?jiǎng)t處于待機(jī)備用狀態(tài)。

（二）冗余的實(shí)現(xiàn)方式

在廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，冗余技術(shù)是以增加元件的方式，參與到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行處理當(dāng)中的，以此減少或者消除系統(tǒng)意外故障下引起的損失?；谌哂嗉夹g(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，其在自動(dòng)化方面得到了十分廣泛應(yīng)用。而電力系統(tǒng)作為自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用最為深入和廣泛的行業(yè)之一，冗余技術(shù)在其中的應(yīng)用更是十分成熟。冗余技術(shù)的應(yīng)用可以是通過硬件方式，也可以通過軟件，或者軟硬結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)[1]。

（三）冗余應(yīng)用的類型

根據(jù)冗余技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，可將其劃分為系統(tǒng)冗余以及單元冗余兩種類型。其中系統(tǒng)冗余，是以實(shí)現(xiàn)某一功能為目的，針對于整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行的冗余處理；而單元冗余，則是以系統(tǒng)當(dāng)中不同單元為基礎(chǔ)的冗余處理。二者之間的比較情況如圖1所示。根據(jù)圖1所示情況，進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，相比于系統(tǒng)冗余而言，單元冗余的可靠性相對更高。實(shí)際上在應(yīng)用冗余技術(shù)的過程中，這兩種冗余設(shè)計(jì)存在一定相對性，例如，在小系統(tǒng)范圍之內(nèi)，所設(shè)置的系統(tǒng)冗余，對于大系統(tǒng)而言，可能就是單元冗余。

圖1 系統(tǒng)冗余和單元冗余比較示意圖

二、廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及冗余配置

典型的廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中主要包括高低壓保護(hù)測控裝置、監(jiān)控裝置、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)、通道切換裝置、GPS接收裝置、衛(wèi)星以及調(diào)度中心等多個(gè)部分，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成采用的是分層方式，其中當(dāng)?shù)乇O(jiān)控以及遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備等隸屬于站控層，保護(hù)裝置、測控裝置以及其他智能裝置等屬于間隔層。

事實(shí)上，當(dāng)前冗余技術(shù)已經(jīng)參與應(yīng)用到廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)。遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備方面，配備了兩臺冗余主機(jī)，用于遠(yuǎn)動(dòng)以及通信功能的實(shí)現(xiàn)；當(dāng)?shù)乇O(jiān)控方面，也采用的是雙主機(jī)結(jié)構(gòu)；站控層則是雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)；與調(diào)度主站之間采用的是雙冗余通道通信方式；遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備當(dāng)中的供電裝置，也為雙冗余電源；負(fù)責(zé)對時(shí)的GPS時(shí)鐘同步裝置為對時(shí)源冗余。

冗余技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，本文就冗余技術(shù)在廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)中的典型應(yīng)用策略展開詳細(xì)探討。

三、冗余技術(shù)在廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）主機(jī)冗余

在廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，主機(jī)的狀態(tài)及其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，因此，需要應(yīng)用冗余技術(shù)，對主機(jī)運(yùn)行加以保障。結(jié)合上述典型廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況，其主機(jī)冗余設(shè)計(jì)主要包括監(jiān)控主機(jī)以及遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)兩個(gè)部分。監(jiān)控主機(jī)是通過站級網(wǎng)絡(luò)以及間隔層，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)之間的信息交換的。

傳統(tǒng)廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)冗余技術(shù)應(yīng)用過程中，通常會(huì)采用后備冗余設(shè)計(jì)方式，即將主機(jī)看作成為一個(gè)系統(tǒng)，其中的各種實(shí)時(shí)庫、歷時(shí)庫以及通信接口看作單元結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)是從系統(tǒng)整體的角度進(jìn)行，即在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)之下，僅有一臺主機(jī)工作，而另外一臺主機(jī)則作為后備冗余處于待機(jī)狀態(tài)。但是隨著當(dāng)前冗余技術(shù)的發(fā)展以及設(shè)計(jì)理念的更新，目前更多的廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是工作冗余形式，通過單元冗余的設(shè)計(jì)，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求的基礎(chǔ)上，將不同的服務(wù)劃分給不同的主機(jī)，控制兩臺主機(jī)同時(shí)運(yùn)行，以此幫助主機(jī)分擔(dān)運(yùn)行負(fù)荷，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

除了上述以增加硬件方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)的方式，為進(jìn)一步保障數(shù)據(jù)的安全性，還需要通過軟件的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步和信息實(shí)時(shí)交換。同時(shí)，為確保監(jiān)控主機(jī)與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)冗余功能的有效發(fā)揮，要求其通信通道也必須是冗余的[2]。

（二）網(wǎng)絡(luò)冗余

網(wǎng)絡(luò)是連接整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要結(jié)構(gòu)，因此，為保障系統(tǒng)運(yùn)行可靠、安全，各單元冗余功能的有效發(fā)揮，系統(tǒng)中的站級網(wǎng)絡(luò)也必須要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。在典型的廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，站級網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)以太網(wǎng)或者現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)形式，在應(yīng)用冗余技術(shù)的過程中，可結(jié)合實(shí)際情況以及系統(tǒng)運(yùn)行需求，進(jìn)行同構(gòu)或者異構(gòu)的雙網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。雙冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，其主要的功能作用在于幫助主網(wǎng)絡(luò)線路分擔(dān)負(fù)荷，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性。在雙冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之下，當(dāng)出現(xiàn)主動(dòng)上送規(guī)約時(shí)，系統(tǒng)所傳輸?shù)纳闲行畔ⅲ瑫?huì)通過兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)行傳輸并由主機(jī)從中選擇數(shù)據(jù)，在進(jìn)行下行信息傳輸?shù)倪^程中，先由主機(jī)確定一個(gè)當(dāng)前有效的網(wǎng)絡(luò)，然后該網(wǎng)絡(luò)會(huì)上送一個(gè)應(yīng)答信息，以此確保信息傳遞的唯一性。一方面，能夠避免流量的浪費(fèi)，另一方面，當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障問題的時(shí)候，冗余技術(shù)的應(yīng)用還能夠及時(shí)進(jìn)行切換線路，確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

在本文所討論的典型廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，站控層當(dāng)中的監(jiān)控設(shè)備，并不是只對站級網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)其中的每一臺監(jiān)控設(shè)備都對應(yīng)監(jiān)控著間隔層的相應(yīng)裝置，以及雙網(wǎng)運(yùn)行情況，這樣就能夠確保在出現(xiàn)交叉故障的情況下，系統(tǒng)數(shù)據(jù)仍然能夠正常傳輸。此外，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障的情況下，在切換網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，還會(huì)向上報(bào)送告警信息，為后續(xù)相關(guān)工作人員進(jìn)行系統(tǒng)故障處理和維護(hù)提供參考。

（三）通道冗余

結(jié)合典型廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文主要討論的遠(yuǎn)動(dòng)通道的冗余情況專門指的是串行接口。在主機(jī)冗余設(shè)計(jì)的過程中，在信息上行傳輸時(shí)，主機(jī)需要通過切換冗余通道，以此實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的選擇。通常情況下，遠(yuǎn)動(dòng)通道的切換包括軟件以及硬件兩種形式，即內(nèi)置軟件或者外接通道切換裝置。

在實(shí)際進(jìn)行通道冗余設(shè)計(jì)的過程中，為保障后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行正常，需要考慮的因素和條件相對較多，主要包括以下四個(gè)方面：第一，遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)實(shí)際情況，是否為雙主機(jī)形式；第二，廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是系統(tǒng)冗余形式還是單元冗余形式；第三，每臺主機(jī)所對應(yīng)的通道是單通道還是雙通道；第四，在系統(tǒng)為雙通道冗余的情況下，兩個(gè)通道的運(yùn)行情況，是否都有數(shù)據(jù)。不同配置狀態(tài)之下，通道冗余的切換功能可采取不同方式。在不同配置條件下的通道冗余情況如表1所示。

表1 通道冗余情況

對于不同的通道冗余情況，需要采取不同措施實(shí)現(xiàn)通道切換功能。其中單遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)下的A、B兩種情況，可以借助軟件實(shí)現(xiàn)通道切換。

對于雙遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)而言，在實(shí)際進(jìn)行通道情況分析時(shí)，可將主機(jī)及其通道作為整個(gè)系統(tǒng)，主機(jī)部分以及通道部分則分別作為系統(tǒng)中的一個(gè)單元。在此情況下，若采用的是系統(tǒng)冗余形式，那么對于C、D兩種情況，則需要將兩個(gè)通道分別與一臺主機(jī)相連即可。若采用的是單元冗余形式，那么在進(jìn)行通道切換功能分析時(shí)，則需要分成兩種情況進(jìn)行討論，其一是每臺主機(jī)接一通道，即E、F兩種狀態(tài)，此時(shí)包括兩種連接形式：第一種為通道1與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1相連，通道2與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2相連；第二種為通道1與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2相連，通道2與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1相連。其二，是每臺主機(jī)接兩通道形式，即G、H情況，此時(shí)包括四種工作狀態(tài)：第一，通道1與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1的接口1相連，通道2與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1的接口2相連；第二，通道1與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1的接口1相連，通道2與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2的接口2相連；第三，通道1與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2的接口1相連，通道2與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1的接口2相連；第四，通道1與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2的接口1相連，通道2與遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2的接口1相連。

在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過程中，若調(diào)度主站要求僅有一個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，那么上述存在的多種工作狀態(tài)中，僅需要有一個(gè)連接情況是正常運(yùn)行的即可。若調(diào)度主站要求，兩個(gè)通道均需要進(jìn)行運(yùn)作時(shí)，則需要兩個(gè)連接狀態(tài)都能夠提供數(shù)據(jù)交換功能。

（四）電源冗余

系統(tǒng)運(yùn)行需要依靠電源模塊，結(jié)合本文所研究的廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際情況，在進(jìn)行電源冗余設(shè)計(jì)的過程中，可采用兩塊或者兩塊以上的電源，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部的冗余供電。電源冗余實(shí)際上是一種通過硬件處理方式，實(shí)現(xiàn)冗余功能的情況，其冗余功能的實(shí)現(xiàn)包括以下兩種方式，第一，可選用專業(yè)的冗余電源適配器，并外接兩路電源，以此確保任何一路電源供電出現(xiàn)異常時(shí)，另外一路都能夠保持正常供電。第二，在進(jìn)行電源模塊設(shè)計(jì)時(shí)，就考慮到其冗余功能需求，以此直接為系統(tǒng)其他部分供電。

（五）對時(shí)源冗余

廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對于時(shí)鐘同步功能有一定要求，由于該系統(tǒng)運(yùn)行是通過自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的，因此必須要確保系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)裝置的時(shí)間統(tǒng)一，對時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的功能就在于此，為保障對時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)裝置運(yùn)行的可靠性，需要對其進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。對時(shí)源的冗余包括以下內(nèi)容：即GPS裝置與調(diào)度主站的冗余、兩臺冗余主機(jī)之間的對時(shí)源冗余，以及GPS裝置的雙冗余。在實(shí)際進(jìn)行對時(shí)源冗余設(shè)計(jì)的過程中，值得注意的是，同一時(shí)刻僅能有一個(gè)對時(shí)源是有效的[3]。

四、結(jié)束語

經(jīng)研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，相比于系統(tǒng)冗余而言，單元冗余的可靠性相對更高，但是單元冗余技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程相對較為困難，因此，在實(shí)際應(yīng)用冗余技術(shù)的過程中，需要結(jié)合對系統(tǒng)可靠性的要求，盡可能選擇性價(jià)比更好的措施。相信隨著對冗余技術(shù)的深入探索和實(shí)踐應(yīng)用，我國廠站端自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性將會(huì)得到進(jìn)一步提升。