电网调控分布式SCADA系统体系构架与关键技术

电网调控分布式SCADA系统体系构架与关键技术

夏正伟石元成卢文科

夏正伟石元成卢文科

（博尔塔拉供电公司新疆博尔塔拉蒙古自治州833400）

摘要：本文主要针对电网调控分布式SCADA系统展开分析，思考了电网调控分布式SCADA系统体系构架，同时，也研究了电网调控分布式SCADA系统体系构的关键技术，希望可以为今后的电网调控分布式SCADA系统应用和研究提供参考。

关键词：电网调控；分布式；SCADA系统；架构；关键技术

前言

电网调控分布式SCADA系统的应用比较广泛，而且，当前应用对其要求也比较比较高，所以，我们要分析电网调控分布式SCADA系统体系构架与关键技术，进一步提高其技术水平。

1、电网调控技术在电力系统自动化中应用的概念介绍

电网调控技术指的是一种普遍应用于电力系统自动化运行中的、用于保障电力系统自动化运行稳定性的技术。通常情况下，在电力系统自动化运行过程中，都需要通过一系列相关调控工作的开展来实现电力系统自动化的优化，进而保障电力系统自动化运行的稳定性，为电力系统自动化工作的开展奠定坚实的基础。电网调控技术的应用有三个特点，分别为实时性、开放性及系统性，正是这三个特点使得电网调控技术的高效应用能够有利于电力系统自动化运行质量的提高，有利于加强电力系统调控工作的高效开展。电网调控技术的合理应用在电力系统自动化运行中占据着非常重要的地位，一旦电网调控技术应用出现失误，极有可能会影响电力系统自动化的整体运行质量，严重阻碍电力系统供电工作的顺利开展。这也就意味着在电力系统自动化运行的过程中，必须要注重电网调控技术的合理应用，充分发挥电网调控技术的应用价值，从而达到提高电力系统自动化运行质量的效果。

2、分布式SCADA系统

为解决现有SCADA系统吞吐能力不足、实时性能低、可扩展性差等问题，本文研发了一种新型分布式SCADA系统，以实现实时数据在多机上的分布式处理。在分布式SCADA系统中，各个节点存储和处理的实时数据，不再是SCADA系统需要处理的全部数据，而是其中的部分数据（称为数据的一个“分片”），这样就降低了单个节点的负荷，提高了数据处理的实时性。随着系统数据规模的不断增大，可以通过向系统中不断增加新的SCADA节点，将数据处理压力分散到更多的节点上，达到提高系统整体吞吐能力的目的，同时还提高了系统的可扩展性。一台服务器上一般包含多个分区数据，以实现分区处理的冗余互备，提高系统的可靠性。

3、分布式SCADA系统体系架构

分布式SCADA系统的体系架构可分为4个层级。

3.1基础设施层：包括服务器、存储设备、网络设备等及其上层操作系统，这是系统运行的基础。

3.2分布式资源与任务管理层：分布式资源管理包括节点状态和资源状态管理，用以管理基础设施层的服务器节点在线/离线状态、节点资源（CPU和内存等）使用状态；分布式任务管理包括任务负载均衡、故障冗余等主要功能，其利用节点和资源状态信息，合理部署和调度计算任务，使任务均衡地分摊到各计算节点，并实现任务的故障冗余管理，保障系统的可靠运行。

3.3分布式实时数据管理层：通过实时数据分区、分布式存储、分布式数据定位、透明访问接口为分布式SCADA系统中的处理任务提供实时数据支撑。分布式数据冗余互备功能保障节点故障等异常情况下，实时数据仍可正常访问。

3.4分布式数据处理层：在资源管理和数据分布的基础上，借助分布式任务管理实现分布式任务在多机上的调度，将原来单机串行处理的SCADA功能，分布到多机上进行处理，实现对实时数据的分布式处理（遥测和遥信）、分布式公式计算、分布式拓扑计算等功能，以提升SCADA系统的性能。

4、关键技术

4.1分布式资源管理

分布式资源管理负责监视系统中节点的投入/退出状态，以及各运行节点CPU、内存等资源的占用状态。

分布式资源管理将系统中的各节点逻辑上分为管理节点和计算节点（两类节点物理上可以是一个节点），管理节点可以有多个，采用“一主多备”方式工作。管理节点和计算节点采用“master-slave”方式工作，计算节点上只有本地资源的状态，并周期性地向管理节点进行汇报；管理节点负责汇聚系统的全局资源状态，包括各个计算节点CPU、内存的拥有情况和使用情况，同时根据计算节点资源状态报文的有无判断该节点是否离线，并将这些状态信息发送给分布式任务管理模块，后者根据节点资源的拥有和使用情况，自动在各计算节点间进行任务分配，并实现任务负载均衡，当各节点资源都不足以分配给任务时，将根据配置策略采取将部分非关键任务降级运行等措施进行处理；如果管理节点判断出有计算节点退出，则自动进行故障冗余处理。

4.2分布式任务管理

分布式任务负载均衡主要体现在以下方面。

1）系统初始化时根据系统资源的状态将任务部署到各个节点，使各个节点的资源负载处在均衡状态。

2）定期从分布式资源管理功能获取资源状态，当发现负载最高节点与负载最低节点的负载差异大于一定阈值（可配置）时，可自动将一个负载最高节点的任务迁移到负载最低的节点，直至差异小于配置的阈值时停止。

3）新计算节点加入系统后，资源管理模块可获取新节点资源状态，按照负载均衡原则将其他计算节点上的部分计算任务迁移到该计算节点上。迁移过程是先在新节点上启动备任务，再切换为主任务，因此节点扩展可实现在线平滑过渡。

4.3分布式实时数据管理技术

分布式SCADA系统中，为了实现数据的分布式存储和处理，对实时数据进行了分片。分片采用水平分片和导出分片两种方式，水平分片方式下，实时数据管理根据数据表的关键字对数据进行划分；导出分片方式下，实时数据管理根据数据表的外键对数据进行划分，如可按照区域、厂站等外键“自然地”进行分片。

由于实时数据存储在系统不同的节点上，为了高速定位数据，分布式数据管理利用索引技术实现从主键到所属分片的映射。索引表采用“关键字—分片号”的key-value结构，分布式数据管理根据数据的分片信息生成其索引项，并通过分布式哈希技术把索引表存储在不同的节点上，这些节点构成逻辑独立的索引节点集群。

索引节点集群的多个节点同时提供在线服务，以保证单个节点离线的情况下索引的可用性。节点间通过同步写入和定时比较实现数据一致，一般情况下查询访问在节点间负载均衡，故障状态下查询全部转向正常节点。同时，分布式数据管理在客户端缓存查询过的索引数据，可以大大减少索引表访问频率，提高了常用数据的定位效率。

分布式数据访问技术在分布式数据定位基础上，实现了数据的统一和位置透明访问，所有数据访问都可以通过数据定位功能获得数据的分片信息和所在节点，数据访问请求被并行地发送给数据存储节点的访问服务，以完成数据访问，并且由于采用了并行访问方式，其数据访问效率较原单机串行数据访问方式效率更高。为便于各类应用方便地访问实时数据，上述访问过程被封装在统一访问接口中供上层应用使用。类似的，历史数据由各实时数据主分片所在节点的采样进程对本节点数据采样后同样采用并发方式提交给历史数据库，无需一个全局采样进程对采样数据进行汇总后再提交，提高了效率。

结束语

综上所述，本文针对电网调控分布式SCADA系统体系构架与关键技术进行了分析，思考了其中的关键点，并进一步探讨了如何将技术更好的发挥出来，希望可为今后工作提供参考。

参考文献：

[1]童存智，武江，詹文达，高强.基于智能电网调控技术支持系统的设备监控大数据分析[J].农村电气化，2018（06）：10~13.

[2]兰翠芸，郭凌贵.基于电网调控技术支持系统自动稽查方法的研究[J].电工技术，2018（03）：31~33.