青海电网水调自动化系统的开发与设计.pdf

3 2卷第 2 2 l期 5 0 2 01 1年 3月 1 0 日 电 力 系统通信 Te l e c o mmu ni c a t i o ns f n r El e ct r i c ,Po we r S y s t e m V( ) 1 3 2 No 22 1 Mtl F 1 0 2 01 1 青海电网水调 自动化 系统的开发与设计 王知 嘉 ， 杨 继 ， 于炳 霞 ， 舒 凯 ， 印 齐 ( 1 国 网 电 科 学 研 究 院 ， 江 苏南京 21 0 0 0 3； 2 青海 电力 涮度 中心 ， 青海西 宁 8 1 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 在 对 传统 水 调 自动化 系统 分析 和 研 究 的基 础 上 ， 结 合 工程 实践 经验 ， 针 对我 国 高纬 度 高海 拔地 区水 电站 的分 布 、 季 节性 特 征 ， 提 出了建设 青 海 电网水 调 自动化 系统 的 基 本 方案 ， 介 绍 了该 系统 的 整体 结 构和 各模 块 的 主要 功 能 阐述 了该 系统 的 主要技 术 特 点并展 望 了其 应 用前 景 。现 场 实践 表 明 ， 该方 案设 计合 理 ， 运 行稳 定 。 关键 词 ： 青 海 电 网 ： 水库 调度 ； 自动化 系统 中 图 分 类 号 ： TN9 1 5 8 5 3 文献 标 志码 ： B 文章 编 号 ： 1 0 0 5 7 6 41 ( 2 01 1 ) 0 3 0 0 5 0 0 4 0 引 言 青 海 电 网 水 调 自动 化 系 统 根 据 青 海 电 网安 全 、 稳 定 、 经 济 运 行 的需 要 ， 以提 高水 电效 益 及 电 网综 合效 益 为 目标 ， 适应 智 能化 调 度 的发 展要 求 ， 建 成对 所 辖 流域水 电站水 雨 情 、 发 电 、 闸 门运行 等 全 过程 监 视和 分析 的水库 调 度 系统 ， 为水 电站 、 流 域 悌级 及 电 网优化 调度 决策 提 供支 持 。 系统 以青 海 电力 调度 中心 为 中心站 ，分别 接 入黄河 上 游流 域 1 0个 电厂 、大 通河 流 域 1 3个 电 厂 的信 息 ， 实 现所 辖 区域 共 2 3个 水 电厂 的水情 信 息传递 、 收 集 和管 理 ， 并 与青 海 省蒯 数据 中心进 行 数据交 互 。 中心站 网络 以千兆 光纤 以太 网为骨 干 ， 通 过 千兆 以太 网到节 点 的双 网 、双 层结 构 来满 足 各 项业 务 应用 对计 算 机 网络 的需 求 ，满 足 信 息接 收处 理 、 数 据库 建立 、 水 文预 报 、 水库 渊 度 、 监视 查 询 等对 速 度和容 量 的要 求 。 青 海 电 网水 调 自动化 系统 网络体 系结 构按 照 电力二次 系统安 全 防护要 求设 计 ， 并 针对青 海 电 网 特 点划 分成 水 渊 网络 、连 接 大通 河 流 域分 中 心 、 水 调 区 网络 、 水调 与外 系统互联 网络 4部分 。 水 调 区 网 络设 计 采 用 双 网冗 余 热 备 份 结 构 ， 为 了提 高系 统 的实 时性 及 可靠 性 ， 系 统 采用 分 布 式结 构 系统 各功 能 分 布在 网 络 的各节 点 上 ， 每 个 节点 严格 执行 指 定 的任 务并 通 过 网络 与其 他 节 点 进行 数据 通信 。局域 网及重 要 的节 点 设 备均 有 2个 独 立 的 网络 接 口， 分 别 位 于 2个 不 同 的 网段 ， 保证 了当任 一 网络 接 口或线 路 故 障时 不影 响 系统 的正常 运行 ，同时 网络 中的关 键设 备 配备 冗余 电 源 系统 水 训 系 统 区专 门配 置 2台接 人 交换 机 ， 分 别通 过 防火墙 连 接 青海 电 网调度 数 据 网 ，同时 在 安全 部署 有 数据 库 服务 器集 群 系统 、通 信 服 务器 、 应 用服 务器 等 ， 通 过主 交换 机 与数 据应 用 平 台连 接 ， 接 入 E MS数据 。同时 水调 区对接 入 的 水情 、 水 务 、 机 组 等 信 息进 行 综 合 处 理 ， 通 过 专 业 平 台将处 理结 果 以 图形 或报 表形 式 展示 ，并对 各 种数 据进 行监 视 和报 警 。 在 安 全 区部 署 有 应 用 系统 和水 调 We b系 统 ， 设 置 有 区数 据 库 服 务 器 ， 通 过 防火 墙 和 路 由器 可 以与外 部连 接 ，与 通 过 专用 安全 隔 离 装置 进行 隔 离 ， 实 现数 据 交 换 ， 以阻 止 未经许 可 的 计 算机 进入本 系统 ， 保 证 系统 运行 的安全 和稳 定圈 。 1 系统总体 架构 青海 电网水 调 自动化 系 统采 用 由南 瑞 自主研 发 的 N AR I 水 情水 调 自动 化 系统 ( WD S 9 0 0 2 ) 进行 搭 建 ， 由网络数 据 服务 、 数 据 采集 、 数 据处 理 、 通信 传 输 、 人 机 界 面 、 系统 维 护 、 报 警 等 多 个 子 系统 组 成 ， 系统结 构例 如 图 1所示 。 整个 水调 系 统 由后 台处 理程 序 和前 台应 用 软 件构 成 ， 后 台处 理 程 序包 括 网络数 据 服 务 、 数 据 处 研 发 应 用 王 知 嘉 等 青海 电 网水 调 自 动化 系统 的 开发 与设 计 51 水调主数据库 二级实时数据库 网络数据 服务 ( 可以有多个互为备份) 数据 网 络 l l 数据 l l 高级 采集 通信 l l 处理 应用 子系统0 子系 统0 子系统I I 子系统 报警 l l 历 史数 子系统l I 生成管 卤 卤卤 墨 壑 塑 壁 - 。 。 E=： 一 级实时数据库 人机界面 We b ll 气象 系统( 系统 系统 lI 处理 应用平台) Il ( 一级) I 系统 图 1 W DS9 0 0 2系 统 结 构 F i g 1 Sy s t e m s t r u c t u r e o f W DS9 0 0 2 理 、 水 务 计 算 、 通 信 和 报警 等 J A V A程 序 ， 前 台应 用 软件 包 括 画 面 界 面 、 数 据 查 询 、 报 表 系 统 、 系统 设置 和 高级 应用 等功 能 ，其 中后 台服 务程 序 运行 在 水 调 I I 区 的 S UN U n i x ( S O L A R I S ) 操 作 系 统 的 服务 器上 ， 前 台程 序运 行在 Wi n d o w s 工 作 站上 ， 后 台程 序 可通 过管理 中心进 行管 理 和配 置 。 1 1分层 的体 系结构 电网水 调 自动 化 系 统 的数 据 类 型 错 综 复 杂 ， 综合 在一 个统 一 的 系统 中 ， 对 系 统 的集 成性 、 开放 性 、 实时性 、 可靠性 、 可维 修性 、 安全 性 等方 面都 有 较高 的要 求 ，在 系统 设计 时需 要采 用 先进 的思想 和技 术手 段 实现 系统 的各 方 面要 求 。简单 地采 用 关 系 型数 据 库 系统 加 上 客 户 端 应 用 软 件 的方 法 ， 无法 满足 电 网水调 系 统对 实 时性 、 安 全性 、 可靠 性 等方 面 的要求 。另 外外 界可 变 因素较 多 ， 必然 要 求水 调系 统可 以随着 大 系统 的 变化 而变 化 ，这 就 要求 系统 具有 很 高 的集成 性 和灵 活 性 ，这 也是 传 统 的二层 结构 系统 不 能满 足 的 。 系统 采用 多 阶层 结构 针对 电网水 调 自动 化 系统 的应 用特 点设 计 ，所 有 的功 能模 块 均 不直 接 与数据 库 系统 发 生联 系 ，而 通 过 中间件 网络 数 据服 务 实现 多个 模 块 间信 息 的交换 ，将 系统 划 分为 三阶层结构 ， 分别是 ： 数据库层 ， 用于系统 业 务数 据 的存储 ； 应 用服 务 层 ， 用 于进 行 系统业 务工作的处理 ； 用户界面层 ， 用于人机会话。 采 用三 阶层 结 构设 计水 调 自动化 系 统是 技术 发展 的方 向 在 数 据存 储 管理 和应 用 之 间增 加逻 辑处 理层 ， 可 以提高 数据 库 使用 的效率 ， 减 少 各种 应用 功能 和 核心 数 据管 理 间 的耦合 度 ，使 得 系统 可 以适应 各种 应用 需 求 ； 同时 ， 某 些 应用 功 能软 件 故 障不会 造成 其他 功能 的异 常 ，大 大提 高 了系 统 的可 靠性 ； 此外 ， 所 有 的数 据 存取 全部 通 过数 据 服 务子 系统 完成 ， 实 现 了数 据访 问的优 化 、 数据 访 问 内容 和流 量 的集 中控 制 ，从 而确 保数 据 库 系统 的 安 全性 。 1 2统一 的数 据流 程 在 水 调系 统 中存 在大 量 的实 时数 据 ， 如水 位 、 流量 等 ， 需 要 在 系 统 内各 应 用 模块 问可 靠 、 迅 速 、 准 确地 同步传播 5 1 。 例 如 系统采 集 的实时 水雨 情数 据 ， 需要 迅 速 地 反 映在 实 时数 据库 、 人 机 界 面 、 值 班 平 台 、 We b系 统 、 报 警 分 析 、 实 时 数 据转 换 等 应 用 中 ，而且 具体 有 多少 个 客户 端在 运 行人 机界 面 等 软件 是一 个未 知数 ， 是 一种 典 型的 1 ： n通信 。在 本 系统 中采 用 软总 线方 式 实现 数据 流 ，所 有 与实 时 数据 相关 的应 用软件 ， 都统 一采用基 于广播 方式 的实时数据 同步 协议在 网络上 收发实 时数据 。 例如 在实 时数据 处理模 块接 收实时数 据时 ， 系统按 照事 先定 义 的计 算要 求 过 滤实 时数 据 ， 对 于需 要处 理 的数 据 立 即进行 处 理 ， 如水 位转 换 为流 量 、 主备 水 位 自动选择计 算等 ， 然后再 按照 实时数据 同步协 议 在 网络发布 实时计 算结果 ， 供其他模 块使 用 。 1 3分 布式 的数 据库 服务 子 系统 系 统 的数据 服务 子 系统 采用 完 全 的分 布式 设 计 ， 由实 时数 据库 和 网络数 据 服务接 口组 成 。 所 有 网上 节 点 通 过 虚 拟 的 环 状 令 牌 结 构 构 成 一 个 整 体 ， 持有 令牌 者 即为 主机节 点 。 主机节 点负 责新 生 成 网络节 点 的实 时数 据 库复 制 和实 时数 据 网上 发 布工 作 。如果 主 机节 点 发生 故 障或 者关 机则 由下 一 个 节点 接替 作 为 主机 ，从 而确 保 网络 上 的任 意 1台 或多 台计算 机 硬 件 系统 故 障都 不会 造 成 系 统 崩溃 ， 而 且系 统规 模 的伸 缩性 很 大 ， 系统 的计 算 机 网络 既 可 以小 到 只是 l台单 机 ，也 可 以大 到是 由 几十 台 、 上百 台计 算机 组成 的大 型 网络 。 这样 的构 架可 满足 从遥 测 站 、水 电站 到 中心站 各 级子 系 统 的需求 同时数 据服 务子 系 统提 供本 地 数据 调用 接 口 、网络数 据 调用 接 口和 实时 数据 网上广 播发 布等一 系 列数 据调 用接 口。 1 4有效 的数 据库 结构 水 调 自动化 系统是 一 种历 史数 据 和实 时数 据 并 存 的系统 ，一 方 面要 求 系统 存储 管 理很 长 时 间 的历史 数据 ，另 一 方 面又 要求 能提 供 实 时和可 靠 5 2 电 力 饶 通 锫 的数 据 ， 此外 水 调 系统 中存 储着 重 要 的历 史数 据 ， 和其 他 系统 问存 在 数据 交换 关 系 ，要 求 系统 具有 良好