电网故障录波主站系统的设计

张琳波，李本瑜，翟海燕，廖晓春，王慧琼

(1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2.武汉顺承科技有限公司，武汉 430071)

电网故障录波主站系统的设计

张琳波1，李本瑜1，翟海燕1，廖晓春2，王慧琼2

(1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2.武汉顺承科技有限公司，武汉 430071)

介绍了一种高性能电网故障录波主站系统的设计，包括系统架构、硬件部署、数据处理方式等，重点对大数据处理时系统的负载均衡、实时性、安全性及数据存储可靠性等关键指标展开了阐述，并提出了蚁阵系统、三级数据存储处理等新颖设计思路，最后针对系统的存储容量指标进行测算和论证，保证了设计的实用性和合理性。

故障录波主站；电网故障信息；蚁阵系统；三级数据存储处理

0 前言

随着我国电网自动化水平日益提高，如何在复杂电网结构、运行方式变化等情况下快速、准确判断线路故障和保护动作行为，正成为新课题。在此情形下，故障录波器提供的丰富详尽的现场实测数据，尤其是故障或非正常状态下的数据，将具有重要的价值。故障录波主站系统采用统一平台[1]的软、硬件系统，处理全网所有故障录波器的全部业务，符合20分钟内向总调值班调度员汇报事故、异常简要情况[2]的监管要求，还达到了一体化电网运行智能系统提出的指标。

1 蚁阵通信服务系统

所谓 “蚁阵系统”，是指在主站系统负荷较大的通信接入环节，运用多台普通独立的通信设备替代一台超级通信设备，以平摊数据吞吐、分散流量风险的方法，目标是最大限度保障主站系统的安全性和实时性。

电网故障录波主站系统涵盖的故障录波器省、网级别的建设规模在1 000套左右，处理的电网故障信息[3]除经常性因素外，还受山风、山火、台风、雷雨、覆冰[4]等地域性特征因素影响。仅采用单套服务器来处理如此多个通信点，在通信规约、数据格式、流量分布等均无法预期的前提下，即使提升性能和双机热备，也无法保证万无一失。一旦操作系统崩溃、网线连接松动、热备系统失灵等情况发生，影响面将覆盖整个主站系统，破坏极大。

采用蚁阵系统最直观的好处就是把原本施加在一套服务器上的负荷，分散到多个服务器上，以共同完成主站端对厂站端录波数据的采集处理任务。如图1。

图1 6+1“蚁阵”通信服务系统

蚁阵系统架构方案的特点：

1)对安全要求较高的500 kV系统录波器，采用增强型 (或双机热备)服务器接入；

2)对启动较频繁的220 kV系统录波器，采用增强型通信服务器接入；

3)对正常负荷的220 kV系统录波器，采用两台独立通信服务器平均接入；

4)对于220 kV电厂的录波器，采用一台独立通信服务器集中接入；

5)专设一台测试通信服务器。对于新增或罕见、非主流的录波器型号，在接入主站系统前，先在测试通信服务器上试运行以评估实际应用效果，如长期稳定性、远程定值校核、IEEE1588对时过程[5]测试等；

6)测试通信服务器还承担厂站端录波器远程桌面控制、主站系统性能评估、主站新增功能开发和极限环境测试等额外任务；

7)对500 kV系统进行重点保障，对220 kV系统进行分散接入降低风险，对不遵循电网招标体系框架、涉及的非主流录波器较多的电厂进行专门隔离处理，预留缓冲空间应对特殊型号录波器可能对主站系统造成的直接冲击。这些有保有放的措施最大限度的利用了硬件资源，也符合电网调度管理习惯；

8)各服务器独立运行，互不干扰。即使在极端情况下发生局部崩溃，对整个主站系统的冲击也极其有限。各服务器可随时角色互换或分拆合并，自由灵活协同运行；

9)在通信服务层面，用多样化的手段解决了故障录波器在数据来源、接口、规约、格式、版本等方面的差异性，完成了采集数据就地标准化转换，保证了录波数据在后续处理及二次运用等环节的一致性。

2 三级数据存储处理

数据处理流程主要有规约接入、标准转换、通信服务器就地存储 (一级存储)、数据分析(数据服务器上进行)、数据服务器本地存储 (二级存储)、写磁盘阵列 (三级存储)几个环节，如图2。

三级数据存储设计的特点在于：

1)规约接入：按照具体接入录波器型号的规约格式，通过以太网方式采集录波器数据。

图2 主站数据处理示意图

2)标准转换：通信服务器除了按规约采集录波器数据，还要对数据进行格式规范和统一，如通信状态、录波简报、COMTRADE采样数据等。标准转换是主站系统对录波数据进行的最基层处理，能够保证主站系统不受录波器型号差异影响，且使得数据具有较高一致性。

3)一级存储：通信服务器将原始数据和转换后的标准数据进行就地存储，每台通信服务器自带600 GB硬盘，对于增强型配置的通信服务器专门配置SAS接口以保证数据存储效率及降低旋转部件损坏几率。建立第一级数据存储是为了保证通信服务器到数据服务器过程中因网络环境、链路故障及数据服务器崩溃等极端条件下，通信服务器有足够的缓存能力，不至于丢失数据。

4)数据分析：数据分析在数据服务器上进行。数据服务器首先要完全接收通信服务器转发的录波数据以及各种消息、状态指示，对于录波数据，还要进行一系列在线分析。

5)二级存储：数据服务器自带磁盘阵列卡和独立硬盘，用于支撑快速数据存储及承载主站系统实时数据库。第二级存储满足实时数据查询及Web发布、厂站端设备通信状态在线浏览、分析策略设定和优化配置、人工干预等功能。

6)三级存储：第三级存储在磁盘阵列上进行，通过数据服务器的增量备份方式由第二级存储介质经过筛选策略之后形成历史备份并固化到磁盘阵列。第三级存储的建立是为了满足主站系统常年运行所产生的海量数据归档需要，也为电网调度管理提供了历史数据统计、综合智能挖掘等支撑手段。

3 系统数据容量测算

系统数据容量测算分为两个部分：通信服务器就地缓存能力 (一级存储)；数据服务器存储开销 (二级存储 /三级存储)。

3.1 第一级数据存储能力测算

以单个通信服务器接入录波器上限200套为例。第一级数据存储采用的本地磁盘容量为600 GB，其中操作系统分区占60 GB，备份分区占40 GB，数据分区占500 GB，如图3。数据分区采用先进先出循环存储策略，存储临界值保守设定为80%，即400 GB。

图3 通信服务器本地600 GB磁盘空间分配

存储测算结果表明：第一级数据存储能力达到100天，非常充裕。

3.2 第二级数据存储能力测算

以云南电网2014年统计的录波数据运行情况进行第二级存储测算，结果表明完全满足主站系统的第二级存储要求。

鉴于故障录波器的无效启动率很高 (超过98%)，因此主站系统1年的存储开销会几十倍甚至上百倍于筛选过滤后的历史数据，故不再对第三级存储开销进行单独测算。

4 结束语

文中介绍了电网故障录波主站的设计，良好的适应了我国电网系统中故障录波器设备数多、信息量大、启动率高、存储安全规格严苛等一系列条件。基于本设计研制的云南电网故障录波主站系统已成功上线，为云南电网故障信息整合提供了统一平台满足了对电网调度运行信息的全面、及时、准确掌控，保证了云南电网安全、稳定、优质、经济运行。

[1] 高翔，张沛超，章坚民.电网故障信息系统应用技术 [M] .北京：中国电力出版社，2006.

[2] 中国南方电网有限责任公司.中国南方电网调度信息管理办法[R].广州：中国南方电网电力调度通信中心，2010.

[3] 倪益民，丁杰，赵金荣，等.电网继电保护及故障信息管理系统的设计与实现 [J].电力系统自动化，2003，27 (17)：86-88.

[4] 翟海燕，赵明，李本瑜，等.2008年云南电网抗击冰灾继电保护技术措施 [J].南方电网技术，2008，2(2)：40 -43.

[5] 宁楠，廖晓春，邓其军，等.基于IEEE1588的智能变电站多时钟域数据同步技术 [J].武汉大学学报 (工学版)，2014，47(3)：344-349.

Design of High-performance Main System of Fault Recording in Power Grid

ZHANG Linbo1，LI Benyu1，ZHAI Haiyan1，LIAO Xiaochun2，WANG Huiqiong2
(1.Yunnan Power Dispatching Control Center，Kunming 650011，China；2.Wuhan Shuncheng Science Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430071，China)

This paper introduces the design of High-performance Main System of Fault Recorder in Power Grid，which includes system architecture，hardware deployment，the method of data processing，etc.，and discusses the key indicators of load balancing，real-timing，security and data storage reliability，etc.，in the processing of huge data processing system，and develops new conceptions of ant array system，level-three data storage processing，and finally reckons the system's storage capacity index，ensuring that the design is reasonable and practicable.

main system of fault recorder；power grid fault information；ant array system；level-three data storage processing

TM73

B

1006-7345(2015)05-0089-03

2015-03-14

张琳波 (1981)，男，工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电网调度运行管理工作 (e-mail)eleckson＠163.com。

李本瑜 (1975)，男，硕士，高级工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电力系统继电保护技术管理工作 (e-mail) jkjdk＠163.com。

翟海燕 (1965)，女，硕士，高级工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电力系统继电保护技术管理工作 (e-mail)zhhy910603＠sina.com。