谈电力自动化配电网管理系统

　　摘要：本文作者提出的按口值班的工作模式，能充分发挥系统硬件资源的最大优势，合理调度和分配各资源的使用，不但能完成调度自动化系统设计规范中要求的解决所有单点故障，还能解决交叉双点故障，甚至多点故障，并保证冗余设备间的无扰动切换.提高了系统的性能指标。
　　关键词：电力自动化；配电网
　　前言
　　目前的能量管理系统(EMS)、配电网管理系统(DMS)中前置数据采集子系统的各种工作模式的进行了全面的分析，并指出这些系统中由于资源和应用分配不合理，导致系统运行中的资源浪费、冗余设备不能正确发挥作用、丢失信息、不能解决多点故障、误发控制命令等严重问题。给出了一种全新的按口值班工作模式，该模式不但能使系统的硬件资源和软件资源得到充分利用，且能对所有资源进行监视，各采集设备按照集群方式工作使得负荷均衡，保证系统冗余设备之间的无扰动切换，大大提高了系统的可用率。同时也为EMS}DMS中的其他子系统的多机冗余或其他信息通信系统的运行方式改进提供了一个新的思路。
　　
　　图1前置子系统配置
　　1现有系统实现方案分析
　　1.1典型的前置子系统的配置方案。前置子系统配置如图1所示。
　　1.2主备机工作模式及优缺点
　　目前市场上广泛采用主备机工作模式，无论系统中配置了几台前置机，都是有一台是主机，另一台或其余几台都是备用机。主机担负对所有通信厂站的值班，备用机的任务不仅是与主机同步数据，而且时刻准备着当主机故障时能及时将自己升为主机，保证系统正常运行。主备机运行模式的优点为二控制方式简单;设备分工明确;容易识别每个设备的身份;检查设备故障容易入手。主备机运行模式的缺点为:
　　它必须将计算机和所有的采集、通信设备分成2组，并且确定为2种不同的身份，一组主用，另一组备用。由图2可知，涉及的设备有计算机、终端服务器或其他串行采集设备、调制解调设备或光电隔离设备等。
　　
　　图2前置子系统主备运行方式示意
　　
　　正常情况下，平时只有一半设备在正常值班工作，另一半设备处于闲置状态，造成资源浪费。
　　当主用设备正常工作时，这些备用设备的状态没有得到有效的监视，一旦备用设备故障而因为没有被有效的监视，则起不到备用作用。
　　不能同时有效监视主备用通道的好坏。前置机的主机只监视一个通道，或者主备机都接收一个相同的通道信息而不去监视另一通道的情况。实际应用中，采用解调器之前切换通道的系统从硬件上就不具备同时监视双通道的条件。
　　出现单点故障只要进行一次主备机的切换就可解决问题，但在某种情况下如果出现交叉故障，主机和备用机都分别只能接收到一部分厂站的信息，这时无论怎样切换主备机都会有一部分厂站的信息无法被主机接收到，后台及其他应用无法获得全部实时信息。
　　1.3双主机工作模式及存在的问题，双主机工作模式如图3所示。
　　双主机工作模式与主备机工作模式不同，它没有主用设备和备用设备的区分，,2台或多台前置机分别绑定一组采集设备，各自接收相同或不同的通信厂站，而且每台前置机都将接收到的实时数据同时向EMS/DMS服务器发送，由服务器对来自多台前置机的实时数据进行比较和取舍。双主机运行模式会出现的新问题有以下方面:
　　工作的盲目性和无序性严重。对于本机没有监督也没有分工，不利于不同计算机之间的负荷平衡和任务协调;几台前置机之间没有通信联系，没有对所有采集、通信设备的状态进行正确有效的监视;多台前置机同时将信息向服务器发送，在网络通信中增加了实时系统网络负荷的压力;对于变化遥测和变化遥信的处理应该由前置机完成的任务，却将过滤和比较的工作交给服务器去完成，增加了服务器的工作压力;最严重的是控制命令的发送问题，多台前置机会将自己当作值班主机，它们同时通过不同通道下发同一条控制命令。虽然有的远动终端设备(RTU)的接收软件增加对相同命令的过滤处理，能磷保响应最先到的控制命令而屏蔽后续命令但这不符合电网运行的安全规定。
　　1.4性能分析
　　在主备机运行模式下，主备机之间虽然有简单通信，但也只是主机将实时数据不断复制到备用机，或者备用机监听主机所发送的实时数据;在双主机运行模式下，多台前置机之间没有实质的通信内容。因此，首先要解决多台前置机之间的通信和各自运行情况的报告问题，然后解决多台机器对系统资源的合理分配和使用问题，以达到所有的处理、采集、通信设备能协调工作，使所有的系统资源得到充分利用，并且对硬件的运行状态实时监视，打破成组值班的传统方法，将硬件设备的主备冗余细化到最小的通信单元一通信端口。这种不同于前2种运行模式的新运行模式为按口值班运行模式。
　　2按口值班的工作模式
　　2.1模式的描述
　　系统中配置的所有采集设备不再人为地被分成哪些是主用设备，哪些是备用设备，完全是根据各自的运行状态而动态调整。
　　摒弃设备的集中或成组冗余方案，将采集设备细化到设备内部的各个独立端口。终端服务器是按冗余方式配置的，每个终端服务器都有8-犯个串行端口，但不是让某一组终端服务器上的所有端口都同时值班，或者另一组终端服务器的所有端口都是备用，而是同样将值班权分配到不同终端服务器的不同端口上。通道有主通道和备通道之分，但不是让所有的主通道都值班，或者是让所有的备通道都备用，而是让通道运行情况较好的通道值班，另一个运行情况较差的通道作为备用。
　　所有运行设备的值班和备用状态都可以动态调整，并支持人工调整，最好是通过人为设定条件让软件自动调整。如某厂占有光纤和载波2个通道，通常情况下光纤通道的误码率总比载波通道的误码率低，如果人为固定将光纤通道设定为值班通道，一旦光纤通道中断，则载波通道便无权值班;反之，如果仅将光纤通道设定为优先通道，光纤通道就能优先值班。关键是所有设备的工作状态能受到监视，无论是值班设备还是备用设备出现故障，除了决定值班权是否转移外，还要能对故障设备给出报警。
　　2.2设备值班和备用情况
　　图4给出了按口值班工作模式下的设备值班或备用情况，与图2和图3相比明显可知值班设备或备用设备不是由成组设备完成，而是将原来成组的设备细化到一个个具体的端口，一个设备上可以有某些端口是值班的，同时该设备上的另一些端口又可能是备用的。2.3按口值班的优点
　　负荷平衡。系统中的多台计算机分别承担对一部分厂站的值班权，多台计算机分担。所有的值班任务，既解决了主备机的一忙一闲的运行问题，又解决了双主机模式中的多台计算机都在无序忙碌的问题。按口值班方式下，任务调度模块可使多台计算机保持基本相同的CPU负荷率。
　　系统资源利用充分。如果1个厂站有主备2个通道，按口值班下的任务调度模块会将其中的一个通道通过终端服务器A链接到其中的一台主机，将另一个通道通过终端服务器B链接到另一台主机。这样主机、终端服务器、通道都在工作河以根据各个设备及其具体端口状态的变化实时调整各自的值班设备。
　　备用设备得到监视。由于按口值班运行方式改变了其他运行模式中成组冗余的单一模式，所有采集设备的工作状态被细化到每个具体端口的状态，因此所有的采集设备无论是值班的还是备用的，工作状态都得到了监视。如果备用设备的工作状态不被监视，则所谓的冗余设备不仅不能起到冗余的作用，还会给电力安全生产带来隐患。
　　采集设备的无扰动切换。系统正常情况下，按口值班的任务调度模块都能将主备通道分配到不同的采集设备上，因此即使值班端口或者值班通道发生故障，其备用端口或备用通道仍然在工作，数据的连续性得到了保证，数据不可能丢失。
　　取消了传统意义上主备机的概念。按口值班不存在单一的主备机身份问题，采集设备在冗余切换时只是值班任务的接管或失去。有了上述无扰动切换机制的保证，解决了主备机切换时间长短的突出问题，一旦某台计算机或某组采集设备发生故障，值班权就会转移到正常的计算机或另一组采集设备上。为了方便用户的使用，也可提供一个友好的人机界面供维护人员选择设备的值班权，但该选择只能作为一种辅助手段，实时系统在正常运行时最好选择自动判断方式。
　　3结束语
　　电力系统配电网自动化是当前电网建设和热点，无论是大型、中小型城市都是把电网建设改造及自动化的实施列为工作重点，投入大量的资金和人力，其目的都是为了扩大供电能力，提高供电可靠性，优化电力服务。从目前的应用情况，有些内容只限于开发、研制和试用阶段，因此，各地应本着从实际出发，统筹安排，循序渐进的原则，从本地配电网的网络结构改造入手，做好规划，根据效益反馈，来逐步建设，完善适合于本地区电网发展的配电网自动化系统。

《谈电力自动化配电网管理系统》

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