摘要：前置系统是电力调度自动化系统的重要组成部分，主要承担了调度自动化系统主站端与厂站端之间实时数据通信处理任务。随着厂站接入数量急剧增加，通道数量增加，前置网络、通道的配置趋于复杂化，调度自动化前置系统在实时性、可靠性、稳定性等方面也有了更高的要求。文中从前置网络的配置方式入手，详细探讨了五种前置网络配置方法的优缺点，对调度自动化系统前置网络组建有实用意义。
关键词：前置网络 调度自动化 配置方式
1.引言
随着电力系统电网建设步伐的加快，智能综合自动化无人值班变电站的不断增加，对电网安全、稳定、优质、经济运行提出了越来越高的要求，地区电网调度自动化系统的功能也趋于复杂化、多样化，而前置系统作为调度自动化系统中实时数据输入、输出的中心，主要承担着调度中心与各厂站间、与各个上下级调度中心之间实时信息沟通任务。
由于地县一体化的要求，电网调度自动化厂站接入数量急剧增加，通道数量增加，前置网络、通道的配置复杂化，如何保证最大冗余的容错能力，提高故障恢复能力，是厂站采集数据采集实时性、可靠性的一个重要部分。
2.电网调度自动化远动通道现状分析
变电站的远动通道包括两种类型：四线通道和网络通道，而网络通道一般又分为调度数据网通道、网络专线通道两种。四线通道采集的数据通过终端服务器接入前置机进行数据处理，数据网通道采集的数据经数据网交换机直接接入前置机，专线网络通道采集的数据通过多个交换机，直接从变电站连接到前置系统的专线汇聚交换机中，中间未经过路由器等设备。当前远动通道采用较多的是网络形式的通道，而模拟、数字通道多为老旧变电站和客户变电站使用。基本上全部厂站均具备四线、专线通道双通道配置，还有一部分厂站具备四线、网络专线、数据网通道三通道配置。一般地市级的厂站数量都在100个左右，甚至更多，而通道数量基本都达到300多个。厂站接入信息数量的增大和厂站通道接入模式的增多，易造成前置系统数据处理的延时，严重影响了调度自动化系统信息传输的实时性。选择合适的前置网络配置是解决这个问题的有效途径。
3.调度自动化系统前置配置方式分析
一般中小型调度自动化系统前置配置为四台服务器（以下简称fert01、fert02、fert03、fert04）。下面针对配置四台前置服务器且同时存在四线通道、网络专线通道、220kV调度数据网通道、110kV调度数据网通道这4种通道类型的前置网络配置方式进行探讨。
3.1前置机与采集子网一对一配置
图1：前置机与采集子网一对一配置连接示意图
该配置方式的优点是简单明了，每台前置机处理一种通道类型的数据，拓扑结构清晰，维护简单。该配置方式的最大缺点是，当单节点故障时，其他三个节点都不能接管故障节点的通道，部分通道会中断。在实际运行中，变电站各类型的通道数各异，导致四台前置机的负载不均衡，若其中有一种类型的通道较多，对应前置机需要处理的数据太多，易发生厂站信息滞后的现象。目前现场已经较少运用该配置方式进行组网。
3.2前置机分组与采集子网交叉配置
图2：前置机分组与采集子网分组交叉配置连接示意图
前置机分组的交叉配置方式较前一种而言相对复杂。各个采集子网配置两台采集交换机，交换机间用心跳线互联，提高数据采集的可靠性。当某个采集交换机故障时，例如，当110kV调度数据网交换机1故障时，fert03检测到与110kV调度数据网交换机1的网口通信故障，则原本接在fert03的110kV调度数据网通道会自动切换到fert04上，通过110kV调度数据网交换机2与厂站端通信。除交换机双配置外，配置两台前置机为一组，互为主备：终端服务器采集网交换机与网络专线交换机交叉连接到fert01和fert02作为一组，fert01和fert02互为主备机；110kV调度数据网交换机和220kV调度数据网交换机交叉连接在fert03和fert04上作为另一组，fert03和fert04互为主备机。
该配置方式的优点是提高了前置网络数据采集的可靠性，当某一结点故障时，可有另一前置机接管故障节点的通道，达到了N-1冗余配置的要求。而且变电站端远动机通道只需配置两个远方通讯地址。例如配置网络专线通道，站端远动机只需配置fert01的网络专线IP为远方通讯地址，fert02的网络专线IP为主站备机IP即可。二对二交叉配置方式的缺点是，当同一组的两台前置机同时故障时，该组对应的通道将全部中断，另一组通道数据正常。虽然存在前置机故障时可能引起部分通道中断的风险，但是调度自动化系统全黑的风险较低，为维护方便，可选择此种前置网络配置方式。
3.3四台前置机与四个采集子网交叉互联配置
图3：四台前置机与四个采集子网交叉互联配置连接示意图
该配置方式要求每台前置机至少需配置5个网卡：1个用于连接调度自动化系统主干网，另外4个用于连接4个采集子网。为了管理维护方便，又将每台前置机主要承载的通道类型加以区分。fert01和fert02主要是承载四线通道、网络专线通道；fert03和fert04主要是承载220kV调度数据网通道、110kV调度数据网通道。在自动化系统正常运行时，fert01和fert02互为主备，fert03和fert04互为主备，类似于前置机分组与采集子网交叉配置方式的组网。当三台前置机同时故障时，正常运行的前置节点能接管所有通道，所有通道的采集数据不会丢失，达到了N-3的冗余配置。
为实现上述运行模式，调度自动化系统应可设置某一台前置机的第二接管主机。例如可设置fert01为网络专线的主机，fert02为其第二接管主机。当fert01故障，fert02正常时，自动将fert01上的网络专线通道全部切换到fert02中进行数据采集和处理，但是当fert01和fert02同时故障时，自动化系统会根据负载均衡，将网络专线通道切换到fert03或fert04。
该配置方式的最大的优点是就算只有一台前置机正常运行，所有通道的数据都不会丢失。从前置机到交换机，无论是设备还是功能，每一个环节都做到了冗余配置。但是其缺点也明显，这种方式对前置机的硬件配置有较高要求，至少需配置5块及以上的网卡，而且，整个前置的接线方式较为复杂，不易维护。该配置方式对站端远动机的要求也很高，需要站端远动机的每一路远动通道均可配置四个远方通讯地址（即配置四台前置机的IP，），否则远动机也不能和四台前置机都进行通信。由于远动机配置四个远方通讯地址较为复杂，厂站远动运维人员对远动机进行组态更新时，远方通讯地址设置可能会错误，一旦地址设置错误，就达不到四台前置都可以与远动机通信的目的。对数据采集可靠性、系统运行冗余能力要求较高的可以采用此配置方式。
3.4采集子网汇聚配置方式
图4：采集子网汇聚配置连接示意图
上述介绍的前3种配置方式，每一个采集网都是采用独立的交换机，但是当前置服务器的网卡有限时，则必须采用采集网汇聚的方式。如图4，将一个汇聚交换机划分为5个VLAN，分别连接四个采集子网和前置机，将VLAN1至VLAN4的路由路径都指向VLAN5，再在前置机上配置相应的路由，即可完成前置数据交互。这种方式只要求前置机有3个网卡，且组网方式较为清晰。而且，当三台前置机同时故障时，正常运行的前置节点也能接管所有通道。但是该配置方式的缺点也较为明显，通信可靠性主要依赖两台汇聚交换机，当两台汇聚交换机同时故障时，会导致调度自动化系统失灵。因此该配置方式对交换机的性能要求较高，适用于前置机不便扩充网卡的前置网络。
3.5交叉配置和采集网汇聚相结合的配置方式
上述讨论的四种配置方式都是基于四种采集子网而言，在调度自动化系统运维中，可能还会存在不同网段的采集子网，这时就可采用四台前置机与四个采集子网交叉互联和采集网汇聚相结合的组网方式。例如需要接入一个采集子网5的通道，就可以在第3种配置方式中将220kV调度数据网交换机划分3个VLAN，VLAN1接220kV调度数据网，VLAN2接采集子网5，VLAN3接四台前置机。该配置方式可靠性高，适用于采集子网数量较多的前置网络。
在自动化运维工作中发现，存在个别厂站的远动机IP不在上述的四个采集网中的情况，调度自动化系统应支持针对特殊IP在前置机中设置静态路由，指定该网段IP对应的通道数据通过前置机的哪一个网卡，哪一个采集网交换机与站端通信。
4.结论
本文通过详细探讨五种前置网络配置方法的优缺点，得出各配置方式适用的前置网络，对调度自动化系统前置系统组建有实用意义。在调度自动化系统的建设中，选择合适的配置方式，既可以优化网络拓扑结构，也可从根本上提高前置系统对数据的响应能力和处理速度，提高前置系统数据采集和处理的可靠性。
参考文献：
[1]张永健.电网监控与调度自动化[Ｍ].北 京：中国电力出版社，2005.232.
[2]柳永智，刘晓川.电力系统远动[Ｍ].北 京：中国电力出版社，2005.266.
论文作者:陈丽萍
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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