数据保护技术在上海电网调度自动化系统中的应用

一、引言 随着电网调度自动化的发展，调度自动化系统应用越来越成熟，调度中心汇集了越来越多的系统。这些调度自动化系统的良好、稳定、可靠运行为电网安全、经济调度提供了坚实的技术基础，同时，这些系统及其数据的可用性直接或间接地影响着电网调度。因此，电网各项基础运行数据已成为电网公司的重要财富，电网调度的数据保护工作显得非常重要，必须采取有效、实用的相关数据保护技术，防范各种可能的数据灾发生，以保障其关键应用数据的高可用性及系统的高性能。 上海电网调度中心主要自动化系统及数据中心包括:能量管理系统(EMS)、电力市场技术支持系统、电能量采集及计量系统、中心数据库、EMS Web发布系统、区域电网控制性能标准(CPS)考核系统、调度管理信息系统(MIS)等。电网调度生产系统具有7d×24h/d不间断运行的特点，调度生产数据的可用与否及质量好坏，直接影响着EMS、电力市场、各项考核、Web发布等重要电网调度自动化系统的正确和正常运行，也就影响着调度生产的安全性和经济性。 数据保护技术的内容包括多数据源技术、数据存储备份技术、服务器容错技术、数据恢复技术和异地容灾技术。 文献[1]从多数据源的角度实现对EMS实时数据点可信度的在线控制，有效地屏蔽误差偏大的数据。文献[2]利用调度员培训仿真系统(DTS)为SCADA/EMS建立了一个容灾系统。异地容灾不仅是一种技术，更是一项工程，它不同于存储及数据备份，也不同于容错和远程数据复制[2]。因条件限制，异地容灾暂未在上海市调中实施。本文主要介绍上海电网调度系统中数据保护技术的应用。 二、多数据源技术的应用 所谓多数据源，顾名思义就是数据的来源是多样化的，同一物理数据通过不同的采集和传输通道、通信协议等，形成该数据的多源冗余，在实际数据的选择上按照约定的优先级定义进行多源的排序，并且能够在必要时进行不同数据源之间的自动切换以及手动强制切换。此技术主要是为防范在数据通信过程中任何一个环节发生故障的风险，也可避免坏数据对应用系统产生不利影响，通常应用在数据采集之类的自动化系统中。 在上海电网调度系统中，多数据源技术主要应用在EMS和CPS考核系统中。如图1所示，多数据源技术在SCADA/EMS中应用最为显著[1]。SCADA/EMS是所有电网调度自动化系统中最根本、最重要的系统，其数据是其他系统的数据之源。因此，其数据的准确性、可靠性和可用性直接影响其他系统的正常运行。EMS中通常将Modem直收的数据作为主用源，其他备用数据源的来源主要可分为2类:一类是从三级网转发至市调EMS，包括集控站上网和地调转发;另一类是从二级网转发至市调EMS，包括从总调EMS下行转发量和线路两侧变电站上网转发的量。例如:对于王南5902线路的有功遥测数据，共有4个源，分别来自王店转发、南桥转发、南桥直收、总调转发。在EMS中利用多数据源处理程序，根据可信度、优先级、控制码及优选规则，从"多源数据"中选取最优质量的数据作为EMS监控和历史统计的基础数据。 CPS考核是调度中心最重要的安全经济考核，该系统是调度员用于实时电网区域控制的重要依据。直接关系电网公司的经济利益和安全生产。因此，保证CPS考核系统不间断运行和数据的准确可靠具有重要意义。CPS考核程序所需的基础数据是各省际联络线的有功，利用多数据源技术确保这些分量的正确性和可用性，从而计算出准确的实时区域控制误差(ACE)及CPSl、CPS2值，为调度员的正确调度提供可靠的决策依据。如图2所示，在上海市调CPS考核系统中，将通过总调二级网转发过来的联络线分量作为主用源，备用数据源为市调EMS中直收的遥测量。 三、数据存储备份技术的应用 备份技术的选择与数据的存储方式及使用特点有关。从存储形式来看，可分为文件及数据库形式。对于文件备份，最简单的有本机的拷贝，还有介质(如光盘、磁带)的直接存储备份以及基于网络的备份系统等。对数据库而言，最常用的就是本数据库系统自带的备份功能，此外还有基于第三方软件的网络备份系统。 存储资源正变得更为多样化。尤其是有了存储区域网络(SAN)和网络连接存储(NAS)之后，在很多环境中取代了直接附联存储设备。SAN允许服务器在共亨存储装置的同时仍能高速传送数据。这一技术方案具有带宽高、可用性高、容错能力强的优点，而且可以轻松升级，容易管理，有助于改善整个系统的总体成本状况。NAS把整个网络的数据集中起来管理，同时集中了服务器的计算能力，解决了次据管理复杂和计算能力冗余的问题，提高了服务器的使用效率。基于网络的备份系统是目前比较先进的备份技术，理想的备份系统应该是全方位、多层次的。 这里主要介绍基于网络的数据存储备份及恢复技术的应用，以局域网内主要数据库系统为例(如图3所示)，包括中心数据库、电力市场交易计划数据库、电力市场结算数据库、电能量采集数据库、CPS考核数据库、调度MIS数据库。当然，文件备份同样适用于此方案。 对于管理员，首先要在每个客户端安装专门的备份系统客户端软件，并做好相应的配置，剩下工作主要在备份服务器上完成即可。根据不同应用系统及数据量和数据需求的特点，为每个客户端制定对应的备份策略和磁带编组，如备份时间、存储周期、备份类型、磁带池(poo1)设置等，隔期还要做磁带的管理工作，包括磁带的更换、清洗等。 四、服务器容错技术的应用 服务器容错技术的出现极大地降低不相关应用系统在多种不可预料灾难(例如硬盘坏、机器其他故障等)发生时的损失，保证业务系统的7d×24h/d不间断运转。数据正常情况下都是存储在特定的服务器上，而服务器的硬盘相对而言是最易发生故障的部件，独立冗余磁盘阵列(RAID)技术提供了硬盘容错功能，能够在一定程度上确保数据的安全性。此外，双机热备、服务器集群等技术更是从整个服务器的角度来容错，在更高层次上加强了数据安全。 以市调EMS、中心数据库系统及EMS Web发布系统为例，由于EMS和中心数据库是整个电网调度自动化系统中核心的系统和数据中心，而EMS Web的发布又是最直接的对外窗口，它们的数据及系统的可靠性、可用性相对来说更为重要。为此，服务器采用冗余配置，同组服务器可以做到自动切换，且从EMS到中心数据库再至EMS Web发布的数据流采用双路并行运行。 如图4所示，EMS首先以双网运行，历史数据服务器和实时数据服务器(前置机)分别是2台主备运行，每台前置机都连接A网和B网。利用系统中自有的双机技术，实现主、备机之间的数据同步及自动切换，从而保证历史数据不丢失、实时数据一致。中心数据库的数据主要来自前置机(也有从电力市场获取的)，继而向外界应用(例如EMS Web发布等)提供数据，担负着数据枢纽功能。现正着手新增2台服务器，与原有的2台服务器正好组成2组双机冗余。每组分别从主、备前置机取数，形成双路数据源并行。每组的双机采用LAAM(Legato automated availability manager)技术实现磁盘镜像、双机切换功能。对应着这双路数据源，EMS Eeb 发布系统的主、备服务器分别连接中心数据库1和中心数据库2。 五、数据恢复技术的应用 以上介绍了数据存储备份技术，与此相对应则有数据恢复技术。数掘的灰复根据备份的方式及应用系统的数据使用特点会有不同的处理。有的情况下，数据直接拷贝还原即可;有的可以通过数据库系统本身的恢复功能实现;对于基于网络的备份系统，则要借助于所采用的专门备份系统中的恢复技术，例如VERITAS NetBackup中的Restore功能。 另外有一种恢复情况，即所谓的智能灾难恢复(IDR)技术，主要是考虑由于硬件或软件等原因导致本机无法正常运行而需要还原该机的故障前状态(包括操作系统、应用系统及数据等)。在不少情况下，由于操作系统版本较老、应用系统复杂、数据库板本较老及配置独特等原因，使得机器很难恢复至原状。若对原有系统及数据库进行升级，很多情况下会使得其外接应用产生影响甚至不能正常工作。此时，IDR技术则能解决这些实际困难。对于IDR,要求必须先做好一人包含系统注册表的全备份，并在客户端上制作一人用于恢夏的启动光盘，在系统恢复时插入此光盘，按步操作至恢复全备份为止。 对于上海电网调度自动化系统中的数据恢复。主要利用备份系统中的恢复功能。从磁带库中已有的备份选取所需进行恢复即可，包括文件恢复和数据库恢复。此外，还可有目的地选择若干机器。使其具备IDR功能。 六、基于保护技术的数据管理 数据保护是否成功，除了技术条件，很大程度上还取决于管理是否到位。数据的管理包括:应用系统的数据安全性评估、数据保护技术的选择、技术策略的设置、技术规程的制定等。 就备份技术而言，备份管理的范围不仅涵盖制度的制定和磁带的管理，例如:备份的可计划性、磁带机的自动化操作、历史记录的保存以及日志记录等。它还能决定备份技术、备份设备、介质以及软件技术等的选择。 以基于网络的存储备份为例。网络存储备份管理系统对整个网络的数据进行管理，听有客户端的数据可以备份到与同备份服务器或应用服务器相连的任意一台磁带库内。借助于专门的集中式管理工具，系统管理员可以对全网的备份策略进行统管理，备份服务器可以监控所有机器的备份作业和磁带机的工作，也可以修改备份策略，并可即时浏览所有目录。 七、结 语 上海电网调度自动化系统经过多年的运行实践，应用越来越广泛、深入，积累的数据也越来越多。相应的数据保护技术需要不断提高、完善。在采取数据保护措施规避风险的同时，将综合考虑到效<