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1、智能变电站数据中心及其应用服务 葛亮 张建华 余斌 北京四方继保自动化股份有限公司 摘 要： 重点研究了智能变电站数据中心的实现方法, 包括数据中心的组织和访问。该方法基于统一建模技术, 将多种专业数据有效融合和关联, 按照标准模型存储;以多源量测为连接枢纽, 提供以一次设备对象为基础的数据访问接口。提出了一种基于数据中心的变电站自动化系统架构, 并对数据中心部署及信息交互进行了研究。同时, 提出基于数据中心的变电站对外应用服务体系架构, 其核心是建立不依赖通信协议的标准化信息服务, 为调度中心和本地智能应用提供通用数据服务、面向应用的服务。关键词： 智能变电站; 数据中心; 多源量测; 对外
2、应用服务; 作者简介：葛亮 (1968) , 男, 通信作者, 硕士, 教授级高级工程师, 主要研究方向:变电站自动化、调度自动化、软件平台。E-mail:geliangsf-作者简介：张建华 (1973) , 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向:变电站自动化、软件平台、一体化监控系统、智能远动机。作者简介：余斌 (1976) , 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向:变电站自动化、一体化监控系统、智能远动机。收稿日期：2012-10-24Smart Substation Data Center and Its Application ServiceGE Liang ZHANG Ji
3、anhua YU Bin Beijing Sifang Automation Co.Ltd.; Abstract： The focus is on the realization method of the smart substation data center, including the organization and access of the data center.Based on the unified modeling techniques, this method is committed to effectively merging and connecting the
4、data in all related professional fields, while storing the data according to the standard model.Taking the multi-source measurement as a connection center, the data center provides various data access services based on the primary equipment object.An architecture of substation automation system base
5、d on the data center is provided, and the deployment of the data center and the information interaction are studied.An architecture of substation external application service based on the data center is proposed to establish standard information service independent of communication protocols, thus p
6、roviding various common data services and application-oriented services to the dispatch center and the local intelligent applications.Keyword： smart substation; integrated data center; multi-source measurement; external application service; Received： 2012-10-240 引言传统变电站自动化系统包括远动装置、保护信息子站、监控系统、同步相量测量
7、单元 (PMU) 集中器、“五防”工作站、辅助应用子系统、状态监测子系统等众多子系统, 子系统间相互独立存在, 数据冗余严重, 专业数据之间很难共享。变电站作为电力传输、信息采集的关键节点, 其数据的全面性、完整性是实现智能电网的信息基础。变电站与调控中心之间通过具体的通信协议通信, 功能与具体协议绑定, 无法进行功能扩展, 调试涉及主站、厂站, 后期维护工作量大1。智能变电站需要为电网安全运行提供统一、简洁、准确的数据支撑。随着 DL/T 860 通信协议在变电站的大范围使用, 自动化装置通过站内的高速通信网实现了信息互通2。但是, 一方面, 采集的数据冗余、重复, 采集中出现的错误无法纠正
8、;另一方面, 不加屏蔽的数据大量上送, 造成上送数据量成倍上涨, 对主站系统造成较大压力。随着智能电网的发展, 部分高级功能需要由电网级、变电站级两层应用协作完成, 例如区域电压无功控制、顺序化控制、智能分布式告警、源端维护等, 这也要求传统的电网主站系统应加强与变电站之间的功能协作、信息交互。变电站可以为各级电网主站系统提供两类数据:一类是实时运行数据, 包括从测控、保护装置获得的实时采集等稳态数据, 从 PMU 上获得的同步采样等动态数据, 从保护装置、故障录波器、电能质量分析仪上获得的暂态数据;另一类是非实时数据与历史数据, 包括一、二次设备参数与信息模型、拓扑连接关系、运行参数和定值等
9、。电力企业向集约化发展, 同时引导变电站向无人值班化、远程维护化发展, 在变电站的站控层建立统一的数据中心, 汇集站内不同专业、不同时间尺度、不同类型、不同来源的数据, 实现多专业数据的分类存储、集中管理、统一建模与接口。变电站数据中心作为电网基础数据的存储与处理中心, 可面向各级电网提供应用服务。同时作为调度中心、站内智能应用提供信息服务的提供者, 可按照各专业要求, 提供基于多视图的数据服务模式。本文提出的基于变电站数据中心的实现方法, 基于统一建模技术, 将多种专业数据有效融合和关联, 按照标准模型存储;以多源量测为连接枢纽, 提供以一次设备对象为基础的数据访问接口。同时, 提出变电站对
10、外应用服务体系架构, 其核心是建立不依赖任何通信协议的标准化信息服务, 以数据全景视图的方式为调度中心及本地智能应用提供通用数据服务、面向应用的服务, 并提供多种面向技术的服务封装方式。1 基于数据中心的变电站自动化系统架构1.1 系统架构基于数据中心的变电站自动化系统体系可以很好地支撑面向调控一体化的变电站运行模式3-4, 在技术上有以下特点: (1) 变电站内建立模型统一、多态数据融合的数据中心; (2) 建立统一的对外信息服务体系, 规范与主站的交互信息, 将通信协议与具体功能进行“解耦”, 通过“通信协议无关框架”, 实现对外信息服务与通信协议的动态映射。本文提出一种基于数据中心的变电
11、站自动化系统体系架构如图 1 所示, 其中 IED 表示智能电子设备。图 1 基于数据中心的变电站自动化系统体系图 Fig.1 Architecture of substation automation system based on the integrated data center 下载原图数据服务器实现数据中心的管理、存储, 体现数据统一采集、统一处理;数据通信网关与变电站外的自动化系统通信, 实现原始数据的直采直送, 处理后的熟数据上送、模型交互、简报上送等功能。该技术架构采用了一体化的信息平台设计思想, 将变电站原有的 PMU 数据集中器、保护信息子站、电能量计量子站、安全稳定子站
12、等设备的功能移植到一体化平台上, 利用一体化平台对多型硬件平台的良好适应, 完全可以按照电网公司相关规范要求, 实现系统的定制化部署, 并适应国内智能变电站发展的技术路线5。1.2 数据中心部署及信息交互本文所论述的变电站数据中心是一个软件逻辑上的概念, 是实现智能变电站“信息高度集成、支撑调控一体”的数据支撑层, 具备多态、多专业数据的分散存储、分布管理、跨安全区部署、远程数据访问等能力。采用了“微内核”的设计思想, 数据中心的核心系统支持在嵌入式、服务器模式下的混合运行;通过可伸缩的系统架构设计, 亦支持单节点系统、多节点复杂系统的分布式冗余系统运行。变电站数据中心采用了数据总线、服务总线
13、双总线的实现方式, 两条总线独立启动、运行, 互不干扰, 分别服务于不同的目标。数据总线侧重于一个专业、一个子系统内的高速数据同步, 如监控系统内部的通信;服务总线侧重于多专业、多子系统之间的数据交互与通信, 如远动通信网关、监控系统之间的通信。变电站数据中心有多个子系统存在, 亦有相应的多个数据总线运行, 数据总线之间的通信互不干扰。服务总线以数据中心为边界, 一个变电站只有唯一的服务总线, 提供跨子系统的数据交互。变电站数据中心通过内部实现的数据总线“数据插口”, 实现了各专业数据库的独立加载与注册、数据跨专业/跨安全区流动、多专业服务功能在线访问等功能。数据总线在各个自动化设备之间、进程
14、之间建立多条连接通道, 提供可靠、有序的实时、准实时数据交互, 任何一个功能节点的故障不会影响系统其他部分的正常工作。数据中心在安全区、区和安全区建立一直在线可用的数据服务, 该服务支持通过高速数据访问服务接口向安全区、安全区和安全区的应用提供实时数据。各安全区内的实时数据服务在逻辑上是统一、一致的, 保证同一时刻任意节点同一数据点的值完全一致。安全区的实时数据与安全区、安全区的实时数据保持同步更新。变电站数据中心逻辑框图如图2 所示, 其中 KPI 表示关键性能指标, MMS 表示制造报文规范。图 2 变电站数据中心逻辑框图 Fig.2 Logic diagram of substation
15、 data center 下载原图变电站数据中心的实时数据库分为物理层与逻辑层。物理实时数据库按照专业, 以数据表集为单元进行划分, 存储相关专业实际的数据;而逻辑实时数据库作为代理在客户端访问时从相应的服务提供者处读写数据。实时数据服务负责屏蔽实时数据的这种实现差异, 为客户应用提供透明和一致的数据访问方式。数据中心在标准化的基础上提供系统运行数据的集中收集和发布机制。系统的运行数据从广义上来讲, 包括电力系统的模型、图形及实时/历史运行数据和事件、告警信息。数据中心从时间、空间、专业等维度收集并整合这些信息。所有信息由数据中心协调一致地进行管理。数据中心作为各类数据的仓库, 可以接收来自于
16、不同数据来源的原始数据, 并根据需要对数据进行整合、统计、存储等处理, 以数据服务的方式提供给数据使用者。通过全面完善的数据中心, 保证数据及模型和图形的一致性, 促进信息范围的全面覆盖和各类数据在全网的共享, 为对电网及相关系统进行全面的监测及信息的综合利用奠定良好的基础。2 变电站数据中心2.1 全景数据采集与交互变电站数据中心位于变电站层, 是全站数据汇集点, 也是电网信息流动的关键节点。通过对不同来源的数据进行统一采集、处理, 实现了全站数据的信息融合, 采用实时数据库、关系型数据库、文件系统等, 建立实时、准实时、非实时数据共存的变电站端统一数据平台。变电站数据中心实现了站内统一数据采集、统一数据接口、统一数据组织、统一对外信息服务的思想。变电站数据中心是通过与间隔层智能二次装置和其他子系统的数据总线通信建立起来的, 变电站内的实时通信将统一到 DL/T 860和 IEEE C37.118 等少数通信协议上来, 其他非实时数据的获取可以通过 Web Service
