（电气工程专业论文）内蒙古电网综合数据平台系统拓扑优化和应用升级.pdf

摘要 在电网自动化技术飞速发展的今天，来自各方的对电网数据应用的需求也 越来越多样化、精细化，如何提高综合数据平台系统应用功能的实效，成为了 提升整个调度自动化数据信息应用水平、更好为电网生产管理服务的重要任务， 本文从综合数据平台系统的网络拓扑、数据建模、运行特性等方面切入，提出 了网络结构的混合拓扑、同一分区的相关数据分流以及按需定制的应用过滤等 措施，来解决综合数据甲台系统的数据传输瓶颈和应用功能的实用化。 关键词：综合数据平台系统，混合拓扑，数据分流，应用过滤 a b s t r a c t t o d a y , w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e ra u t o m a t i o n ，t h ed e m a n d so ft h e a p p l i c a t i o n so fp o w e rd a t ai si n c r e a s i n ga n dd i v e r s i t y , h o wt oi m p r o v et h ee f f e c t i v e n e s so f i n t e g r a t e d d a t ap l a t f o r ma p p l i c a t i o nf u n c t i o n s ，b e c a m eai m p o r t a n tt a s kt ou p g r a d e a u t o m a t i o nl e v elo fd a t am a n a g e m e n ta p p l i c a t i o n ，a n db e t t e rn e t w o r km a n a g e m e n ts e r v i c e s b a s e do nc o m p r e h e n s i v ed a t ap l a t f o r mf o rt h en e t w o r kt o p o l o g y , d a t am o d e l i n g ，a n d o p e r a t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c sa n ds oo n ，t h em i x e dn e t w o r kt o p o l o g y , t h ec u s t o m i z e dd a t a s t r e a m i n ga ts a m ed i s t r i c ta n dt h ef i l t e ro fa p p l i c a t i o n si sr a is e d ，t os o l v et h eb o t t l e n e c ki n d a t at r a n s m i s s i o ns y s t e m sa n dt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o nf u n c t i o n so fc o m p r e h e n s i v ed a t a p l a t f o r m h a of e n g ( e l e c 七r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r 6 c t e db yp r o f b a oh a i k e yw ord s ：c o m p r e h e n s i v ed a t ap l a t f o r m ，m i x e dt o p o l o g y ，d a t ad i s t r i b u t i o n ， a p p l i c a t i o n sf i l t e r 1 1 选题背景及其意义 第1 章引言 随着内蒙古电网的快速发展，作为保证电网安全、稳定、经济运行和衡肇现代化大 电网高效管理标准的电网自动化技术的发展和应用成为了调度自动化专业的工作重点。 在经过多年的专业积累和发展，电网调度自动化分立系统多达十几套，传统的调度自动 化系统已经不能完全满足改制和发展后的电网生产经营要求，己从相对独立、业务单一 的s c a d a e m s 范畴，向综合多样的生产实时监控信息化数字化的纵深方向发展。如何整 合、合理运用分散在多个系统中的数据资源，成为当前自动化专业工作的一个重要任务， 电网综合数据平台系统正是在这种背景下应运而生。2 0 0 4 年底，内蒙古电网综合数据平 台系统的投运，解决了多个调度自动化系统的安全分区隔离、各业务系统问的数据传输、 分散数据的整合以及应用数据的挖掘与展示，但是，通过实际的运行效果来看，除了其 基本的数据传输功能工作外，其他的应用并没有达到预期效果，主要问题有网络拓扑的 复杂冗沓，数据传输的瓶颈及应用功能的实用化不佳等。 本文就这些问题及其解决方案作出论述。 1 2 文献综述 综合数据是指既包含结构化数据，又包含非结构化数据的数据集合 从综合数据平台应用现状及其建设的必要性上讲，主要有以下几个方面，电网调度 数据分散地存储在各个业务系统中，数据的综合利用、存储管理、安全防护等方面都存 在很多问题，比如技术人员很难查询和分析某些数据之间的关联关系；管理人员不方便进 行不同粒度的汇总数据；编制综合报表工作量大，同一张报表中要求包含电压、电量、检 修容量等，需要读取不同系统的数据；难以实施联机分析、数据挖掘等高级应用功能；数 据备份策略复杂，需要配备基于网络的备份系统；安全防护困难，应用的方便性和安全性 两方面难以权衡；数据接口不规范，提供的对外接口也不一致，系统互连复杂。凶此，建 立一个能包含各类数据的，具备规范数据接l 】的，安全、可集中管理的数据管理系统， 并能提供高级的查询与分析应用功能是非常必要的。 调度自动化系统的不同应用对安全性、可靠性、实时性、保密性的不i 司特殊要求。 于是提出了建立调度自动化系统的安全防护体系，在技术体制方而，应该在通道层建立 调度专用数据网络；在防护措施方面，应该采取必要的技术手段，并建立严格的安全管 理规章制度，以确保调度自动化系统的安全。 在电力系统实际运行中，调度自动化实时系统与管理信息系统间存在数据交换的技 术开发问题。以广州电力工业局调度自动化o a s y s 的系统的工程实际为基础，介绍一 种实时s c a d a 系统与管理信息m i s 系统间交换数据的实现方式。 在分析当前调度系统数据现状的基础上，提出了一个电力调度综合数据平台的参考 体系结构描述了该体系结构下的数据输入输出、存储、交换与共享、数据；0 1 q - - 、数据服 务、数据展现等主要技术，并对相关的规范标准、数据仓库和数据挖掘技术应用、调度管 理信息系统( d m i s ) - - 体化集成等进行了描述。 随着信息技术的发展，所管理的数据也发生着重大的变化，从过去仅仅管理结构化数 据，至今必须管理多种类型的非结构化数据。这一变化给数据管理带来了挑战。元数据在 避免数据的重复性建设以及协调不同数据部门之问的资源共享中发挥着重要的作用，智 能代理通过具有一定智能性的搜索策略建模，实现对元数据库的快速检索、数据的快速_ f 载、数据的交互预览和信息缓存机制。 结合i e c6 1 9 7 0 i e c6 1 9 6 8 标准及实时公共对象清求代理体系结构( c o r b a ) 技术，提 出了一种在电力调度中心分步建设统一数据平台的解决方案，从公共数据管理、数据访问 方式、系统之间互联3 个方面进行研究，以实现电力系统公用数据的集中建模与维护，保 证电网公用信息的一致性、安全性及可维护性，同时大大降低电力调度中心不同电力自动 化系统之问、调度中心与调度中心之l 廿j 系统互联的复杂性和二亡作量需求。 分析电力调度中心各业务系统巾的数据，将系统数据分为设备台帐、周期采样和事件 动作3 种类型，后2 种数据中大部分为事实数据，其数据量占数据仓库的9 0 以上提出其 共享维度建立数据模型的建模思路，数据仓库的数据来源足任何与需要分析主题有关的 地区电力调度数据，在数据抽取、转换、清洗、装载( e t l ) 的过程进行数据过滤、重新选 择粒度、统一编码等清沈与转换后存入数据仓库中，形成按照主题定义的数据子集或数据 子立方体结构数据仓库维度建模有第三范式( 3 n f ) 和星型2 种模式，3 n f 模型适用于地调 数据仓库中心建模；星型模型适用于数据集市中建模，利于信息检索论述了数据仓库维度 模型中的基本表一事实表和维度表，并对地区电力调度中心数据仓库的测点、日期与时问 维度表进行了设计，浣明了e t l 数据仓库巾的柏关数据是操作环境对应数据，首先将逻辑 数据模型转换为物理数掘模型后，进行扩展性标识语言( x m l ) 描述实现异构系统的数堀 6 共享提出要考虑故障发生与天气、温度、湿度等气象条件和负荷变化之间的联系，给出 了通过人工神经网络等特定数据挖掘方法的基本流程。 对基于数据仓库的典型地区级电力系统调度中心数据处理环境与需求进行了分析， 描述了基于数据仓库思想的数据模型设计，针对地区级电力系统调度中心的典型业务系 统提出了其共享维度建模的思路。 作为电力调度数据网的典型应用，实时数据交换平台实现了各级电网调度自动化系 统的广域互联，各s c a d a e m s 能够通过调度数据网进行实时数据的交换，满足e m s 应用 软件对外网实时数据的需求实时数据交换平台软件系统还支持多种实时业务的共享，多 种应用层协议互访，集中统一网管，面向数据对象和链路控制，并符合二次安防体系要求 介绍了电力调度时数据交换平台的总体设计和各功能模块，以及关键技术的实现。 分析了调度业务对数据网络的要求，讨论了各种网络技术的应用，根据国家电力调度 数据例的网络构架目标要求确定了国家电力调度数据网采用的技术体制、组网方案和电 路建设方案，并对拓扑原则、路由选择方案、虚拟专用网络( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ，v p n ) 构成、安全防护要求等方面进行了分析和论述全网布置的v p n 提高了系统安全性，分层 路由接入降低了设备投资按上述考虑建成的国家电力调度数据网已成功投入运行。 提出了建立调度综合数据中心的方案，描述了数据中心各部分的功能和作用，实现安 全区内及安全区问的数据交互，汇总整合分散于各个专业系统的数据，进行统一管理和有 效组织，并最终基于多专业数据进行统计分析和挖掘。 以创建数据中心，设计统一的数据平台为指导思想，灵活地处理现代管理中出现的各 应用子系统之间既能保持相对独立又能实现信息共享分析了数据中心在实际应用中的 重要性，以及基于数据中心，如何设计统一数据平台。 人们已经广泛认识到：在某些新的应用领域中，把数据看作瞬时的数据流比看作持久 的关系更为适合，传统数据库管理系统处理数据流的局限性，然后分析了三个典型的数据 流管理系统的基本实现技术，讨论了当自订数据流管理技术的研究现状和今后的研究方向， 最后，给出了一个数据流管理原型系统的体系结构。 利用数据挖掘技术对调度数据网络进行业务流分析的重要意义，并讨论了在网络业 务流分析中，采用数据挖掘技术的必要性和可行性，以及在网络业务流分析中进行数据挖 掘的具体实现且指出，在网络、l k 务流分析中采用数据挖掘技术是一种业务级的分析方法， 不同于以数据包为单位的方法，运用陔方法可从业务角度对网络状况和网络行为进行分 析，从而达到网络业务流设计的优化。 综述可知，随着电网快速发展，电网调度生产、运行和管理等对各种数据信息的需 求和应用越来越呈多样化和综合化。从电力系统生产运行的基础数据的测量、生数据的 计算、原始数据的采集传输，以及应用数据的初级使用等环节，涵盖了传统的电力系统 二次方面的主要技术内容，在应用数据的挖掘、整合以及分析运用的技术也越来越多样 化，深入众多应用技术的背后，可以发现在实际应用中的效果有待进一步提高，应用系 统的开发建设水平良莠不齐。对此，本文从电力综合数据平台系统的运行实际出发，指 出综合数据平台系统在实际运用中存在的问题，以及提出了进一步优化的措施。 1 3 论文主要工作 论文主要针对目前内蒙古电网综合数据平台系统运行中存在的问题，提出进一步优 化与改进的措施，从而达到电网生产运行信息数据应用的合理和高效，使系统安全稳定 优化运行的目的。 ( 一) 现在运行的综合数据平台系统存在的问题主要以下两个方面： ( 1 ) 、综合数据平台系统的网络结构的特点主要有，一无论内平台还是外平台，所 有的网络拓扑结构为星型连接，造成了任意两个相关系统之问的业务数据交换，都必须 经过综合数据平台4 能完成。 ( 2 ) 、另外一个突出的问题是正反向隔离设备成为了连接内、外大区的咽喉，尽管 一再对其传输带宽提出更高的要求，虽然现在可以达到单向百兆的传输能力，但其满足 如此大量的内外数据交换的要求还是远远不够的。 再有就是在综合数据平台系统的应用层，即：数据的分析及展示方面没有得到有效 的推广，当然其主要原因是受到了整个系统数据网络结构的没有优化的限制。 ( 二) 本文主要研究一下几个方面的内容： ( 1 ) 、内蒙古电力综合数据甲台的应用推广 内蒙古电力综合数据平台系统自投运以来，系统已经发挥了其重要的安全隔离、数 据传输等应用功能的作用，但在进一步的数据挖掘分析等方面没有足够的实用。 本次研究重点之一就是，继续拓展各种电网及相关数据资源的整合，进行模块化分 析、多样化应用的开发。 为使综合数据平台的应用推广，主要是对海量数据源的梳理，完善数据仓库的分类 管理，根据实际需求，完成各种应用的建模。 ( 2 ) 、综合数据平台系统结构优化与系统升级 综合数据信息管理平台由内、外两套构成，分别完成系统综合数据信息管理平台内 部( 包括：能量管理系统、电量计量系统等) 的数据交换和管理和系统综合数据信息管 理平台与外部调度生产信息管理系统数据的交换。由于系统目前的结构设置了两台网络 隔离设备，其数据传输的瓶颈严重影响了海量数据存储和传输，这就造成了在数据分析 的后续工作的丌展，失去了时效性! 另外，由于系统软件投运相对硬件设备较后，系统整体投运是在2 0 0 2 年建设完成 的，在近6 年的电网发展和设备更新换代，原有系统硬件配置已经不能很好满足实际工 作需要，硬件系统的升级换代异常迫切1 9 第2 章综合数据平台系统的网络拓扑及优化 2 1 综合数据平台系统的现状 2 1 1 网络结构及特点 内蒙古电网综合数据甲台系统按照系统按照物理位置和网络连接关系以及二次系 统网络安全区域的划分来看，整个综合数据平台分为内、外平台两部分。其中，内平台 处于安全区i i 区，通过防火墙与i 区和i i 区的各应用系统进行网络连接，整合i 区和i i 区各应用系统之间的接口由交叉网状结构为星型结构；外平台处于安全区i i i 区，通过 防火墙与l i i 区和i v 区网络连接，整合i i i 区和i v 区各应用系统之白j 的接口由交叉网状 结构为星型结构；另外内平台和外平台之间通过一套正反向网络安全隔离设备进行唯一 的网络连接，成为提供穿越安全区的数据传输的唯一途径。如图1 中所示： l o 2 1 2 硬件构成简述 图l ：综合数据平台结构示意图 系统的数据存储选用了两台惠普e s 4 5 高性能服务器和一套磁钴阵列柜，采用 c l u s t e r 技术，实现了数据库服务器的双机热备和负载均衡功能，它放置在安全区二，负 责各应用系统的数据整合的过程操作和整合好的数据的存储；同时选用了一台惠普 e s 4 0 ，放在安全区三，作为数据中心的外网数据库服务器，负责存储由内网整合好的数 据结果，为三叫区应用提供整合好的数据源，并提供相应的数据服务，同时两个数据库 可以实现互备功能，逻辑上共同构成了调度数据中心的核心存储单元； 系统的应用服务器和w e b 服务器各采用一台惠普e s 2 5 高性能服务器，结合p s i d p 自主开发的应用服务组件和w e b 服务器，共同构成了应用服务器和w e b 服务器环境； 数据抽取服务器，选用的足一台w i n d o w s 2 0 0 0 的p c 服务器，结合c o g n o s 软 件，构成了综合数据平台的数据抽取服务器环境； 系统维护和凋试工作站，选用的是3 台p c 机； 网络设备采用两台c i s i c o6 5 0 0 系列交换机作为核心交换机和两台具有妒映射功能 的防火墙。 2 1 3 软件构成简述 “内蒙古电网调度综合数据平台系统”软件分为商用软件和科东自产软件( p s i d p 综合数据甲台) 两大部分。 其中，商业软件包括t r u 6 4 ( 5 1 b ) 操作系统和m i c r o s o f tw i n d o w 2 0 0 0s e r v e r ( s p 4 ) 操作系统；o r a c l e9 2 0 4 ；c o g n o s 系列b i 软件；商用p c 服务器防毒软件等。 科东自产软件主要包括系统平台软件和功能平台软件两大部分；传输、整合、发布、 数据门户、系统管理五大功能软件包；每个功能软件包提供用户配置和维护界面；提供 基于标准的a p i 接口，和代理服务两大类服务方式。 “内蒙古电网调度综合数据平台系统”的整体设计，采用j 2 e e 体系架构，分层组 件式构架；丌发采用j a v a 语言；系统遵循x m l 、j d b c 、i e c 6 1 9 7 0 等最新的业界标准， 具有良好的开放型和可扩充性，并能支持混合硬件配置，屏蔽底层的操作，可以在异构 平台上，真正实现分白式应用。 “内蒙古电网调度综合数据平台系统”在管理和维护的体系结构上，采用了b s 和 c s 结构相结合的设计。在用户管理和定制上采用c s 结构，保证了用户的安全性。在 对外浏览与发布采用b s 结构的设计，实现客户端免维护，采用表示层( p r e s e n t a t i o n l a y e r ) ，业务层( b u s i n e s sl a y e r ) 和数据层( d a t al a y e r ) 多层架构( j a v a s c r i p t + j s p 用 于实现表示层，s e r v l e t 和部分j a v a b e a n 用户实现业务层，部分j a v a b e a n 用于提供数据 层次的服务) ，充分延伸了数据中心的服务范围。 1 2 妻 宣- 藿i i 兰墓2 e 三一i 雏i i |4 ：i 瞄穗| 一? 落 壤 凑霪磊 ， 凶 ； 耄 薹 = ， 型 + 二一至 寻 喜 罢 基 卜卜 圣。 口一 砘 ； 妻 s量 一 t 一 ，再 捌 季 缛 螽 囹滓 团罩 5 k谣 j 扛o ，盘 二颦碧 莲誊 囤! 回喜 圈i 圈i 口i 暑 函幅情躞嫣尉文寒纂姐寒藕如媒 善#一!口蓦兽 等毳举鲁兰 量 弗掣l _ ：圈 筹霉霉 2 2 传输瓶颈及形成原因的分析 处： 通过上述综合数据平台系统的网络结构特征可以清晰看出系统的传输瓶颈共有两 2 2 1 传输瓶颈( 一) 由于其网络拓扑的类型( 即，星型结构) 决定的数据路由的重复化造成的。 虽然目自订这种网络拓扑结构在局域网应用中，是最为普遍的一种，在企业网络中几 乎都是采用这一方式，近乎是e t h e r n e t ( 以太网) 网络专用，它主要是因网络中的各工 作站节点设备通过一个网络集中设备( 如集线器或者交换机) 连接在一起，各节点呈星 状分布而得名，尽管其具有容易实现、节点扩展移动方便、维护容易等优点，但其较低 的可靠性和较羞资源共享能力，使的这种拓扑结构在实际业务应用当中，将如此庞大调 度自动化系统的数据流转、复杂的业务交换等的处理交给综合数据平台的核心交换显得 不是很合适。 为便于之后观点的阐述，此处简述一下网络拓扑结构的类型： 星型结构 星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点( 工作站、 服务器) 都与中央节点：直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。 它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时问较小，传 输误差较低。但缺点也是明显的：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。 环型结构 环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结 构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息 从一个节点传到另一个节点。 环型结构具有如f 特点：信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仪有一条 道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都足自举控制，故控制软件简单；由于 信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影n 向信息传输速率， 使网络的n 向应时间延长；环路足封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会 造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。 1 4 总线型结构 总线结构是指各工作站和服务器均挂在一条总线 二，各工作站地位平等，无中心节 点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总足从发送信息的节点 开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，囚此又称广播式计算机网络。各节点 在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信 息。 总线型结构的网络特点如下：结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要 在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总 线；使用的电缆少，且安装容易；使用的设备相对简单，可靠性高；维护难，分支节点 故障查找难。 分布式结构 分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起米的一种网络形 式，分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部 出现故障，也不会影响伞网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径 算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立数据 链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用屯缆长，造价高； 网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用 这种结构。 树型结构 树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较 低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或 其相连的线路敝障都会使系统受到影响。 网状拓扑结构 在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济， 只有每个站点都要频繁发送信息时j 使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高， 容错能力强。有时也称为分布式结构。 蜂窝拓扑结构 蜂窝拓扑结构是无线局域网巾常用的结构。它以无线传输介质( 微波、卫星、红外 等) 点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校凼网、企业网。 在计算机网络中还育其他类型的拓扑结构，如总线型与星型混合。总线型与环型混 合连接的网络。 通过上述可以看出，任何一种网络拓扑结构都具有不同的优点，同时也有其先天的 不足，所以为达到一种能够满足特定要求的，只有综合几种的拓扑的优点彳。能满足物理 需求，才能达到应用的最佳。 2 2 2 传输瓶颈( - - ) 由系统本身的结构特点决定的，即，根据国家关于电力二次系统安全防护的要求， 为保证电网二次系统的安全可靠运行、为保证生产控制大区与管理信息大区之间安全分 区的安全隔离，而设置的隔离设备造成了数据传输瓶颈。 对隔离设备的测试： 测试设备可以同时支持两个网段，带有两个串口、支持双电源，双入双出，双机热 备等功能，测试结果如下： 传输单个文件j a v a l 4 2 2 t a r ，文件大小：7 3 1 2m 采用隔离设备用时4 3 秒，速度为1 7m b y t e s s 传输两个文件j a v a l 4 2 1 t a r ，j a v a l 4 2 2 t a r ，文件大小：7 3 1 2m 经过隔离设备，两个文件并行传输，一个文件在7 7 秒左右结束，另一个在7 9 秒左 右结束。速率约1 8 5m b y t e s s 上述结果表明，现状方案的数据传输的速度远远不能满足业务要求。最早提出物理 隔离技术的，是以色列和美国的军方。但是到目前为止，并没有完整的关于物理隔离技 术的定义和标准。从不同时期的用词也可以看出，物理隔离技术一直在演变和发展。较 早的用词为p h y s i c a ld i s c o n n e c t i o n ，d i s c o n n e c t i o n 有使断开，切断，不连接的意思， 直译为物理断j f ：。这种情况是完全可以理解，保密网与互联网连接后，出现很多问题， 在没有解决安全问题或没有解决问题的技术手段之前，先断丌再说。后来有p h y s i c a l s e p a r a t i o n ，s e p a r a t i o n 有分开，分离，| 日j 隔和距离的意思，直译为物理分丌。后期发现 完全断丌也不足办法，互联网总还是要用的，采取的策略多为该连的连，不该连的不连。 这样的该连的部分与不该连的部分要分开。也有p h y s i c a li s o l a t i o n ，i s o l a t i o n 有孤立， 隔离，封闭，绝缘的意思，直译为物理封闭。事实上，没有与互联网相连的系统不多， 互联网的用途还是很大，冈此，希望z h , 匕匕付d p 一部分高安全性的网络隔离封闭起来。再后来 1 6 多使用p h y s i c a lg a p ，g a p 有豁口，裂口，缺口和差异的意思，直译为物理隔离，意为 通过制造物理的豁口，末达到隔离的目的。到这个时候，p h y s i c a l 这个词显得非常僵硬， 于是有人用a i rg a p 末代替p h y s i c a lg a p 。a i rg a p 意为空气豁v 1 ，很明显在物理上是隔 丌的。但有人不同意，理由是空气豁口就“物理隔离”了吗? 没有，电磁辐射，无线网 络，卫星等都是空气豁口，却没有物理隔离，甚至连逻辑上都没有隔离。于是，e g a p ， n e t g a p ，i - g a p 等都出来了。现在，一般称g a pt e c h n o l o g y ，意为物理隔离，成为互联 网上一个专用名词。 总之，隔离设备在保证了计算机网络系统的安全隔离的同时，恰恰成为了数据传输 的最大瓶颈，但又不能通过其他路径绕过隔离设备进行数据交换，所以只能通过改进拓 扑结构或增加通道的办法解决。 2 3 拓扑优化及数据分流 首先，这罩用到一个“数据分流”的思路来解决数据传输中的阻塞和瓶颈，但数据 分流的实现足依靠网络拓扑结构的优化来完成的，而数据分流的业务关系又指导拓扑的 优化。任意相关业务系统之问总有一条最佳的路由，如何实现十几套调度自动化系统之 间的联系达到最优，显然只靠简单的星型结构是不能够完成的。 然而网状结构或其它环状结构等也并不能彻底解决这个问题。所以，此处只能采用 多种网络结构共存的混合型网络结构，但也不宜采用太多类型的网络结构方式共存，根 据经验，一般不能超过三种不同的结构类型，否则就会给网络维护工作造成太多困难。 也就是在i 、i i 区( 即生产控制大区) 和i i i 、i v 区( 即管理信息大区) 中分别采用星型 和网状的混合型网络拓扑的方式。之所以采用这两种的组合，原因简述如下，暂以i 、 i i 区的系统特点为例加以说明，位于i 、i i 区的自动化系统有：能量管理系统( e m s ) 、 广域测量系统( w a m s ) 、电能量计量系统( t m r ) 、电力市场运营考核结算系统( p m o s ) 等与电网生产控制紧密相关的实时或准实时的自动化系统。它们的业务关系简单叙述 有： 1 ) 、e m s 系统的电力负荷实时曲线、a g c 调节跟踪情况是电力市场考核结算的主 要基础数据； 2 ) 、电能量计量中的电量数据是电力市场考核结算的另一主要基石： 数据； 1 7 3 ) 、电力市场运营系统中h 计划模块的发、供电计划数据是e m s 中计划数据、a g c 调节指令计算数据的主要来源； 4 ) 、e m s 的调度几报表包括了d m i s 、“三公”信息、大用户等数据； 5 ) 、e m s 系统的实时w e b 、报表的外移： 6 ) 、e m s 、w a m s 的数据在d m i s 系统中的应用等。 如图2 所示： i 电力市场( p 技m 术o s 支) 持系统 i i i “三公调度信息系统 一 ，、 r，、 斗 综合数据平台 _ i 各种设备在线监测系统 i 电徽手统 仓 i 电力故障信息远传系统 l p i k , 4 s i i 功角( p 测m 量u 系) 统 仓l 雷电监测系统 ( l l s ) s c a d a 图2 综合数据、f 台麻用小恿图 上述关系中的前三项业务只是i 、i i 大区内部点对点进行的完全没有必要经过综合 数据平台的核心交换机，所以对其网络拓扑进行改进。 改进后的网络拓扑如图3 所示 新的网络拓扑结构将原串联的星型拓扑结构调整为并联环形的网状结构，即：由原 来的 安区i 区】防火墙一【安区i i 区卜一【内平台 的串联改为 安区i 区 一防火墙一 安区 i i 区卜一【内平台】一防火墙一 安区i 区 的环形结构。在安全区内部的业务系统2 f , j 的联 系，则可以通过交换机或交换l j l j ：h 防火墙的路由直接连接，无需通过综合数据平台系统 的交换设备来路由，从而极大地简化了位于同一安全区内部的相关业务系统的途径。也 就实现了分类数据的分别路由的目的，这里简称这种为“数据分流”式的网络拓扑。 口i口 甲辱e p 印 图3 ：经过优化后结构示意图 另外，通过图3 可以看出另外一点变化，就是分别增加了一台正向和反向隔离装置。 因为根据国家关于二次系统安全防护的有关规定要求，在生产控制大区和管理信息大区 之问必须装设物理隔离设备，实现绝对隔离，所以，尽管此处为数据传输的最大的瓶颈， 但绝不能绕过隔离装置进行其它的连接。只能在隔离设备上进行改进，这咀提出主备双 机的方式。双机热备工作原理：不采用心跳线通过在线检测将两套独立的隔离设备整合 为一套高可用的物理隔离系统。 如图4 所示。 配置双机的两台物理隔离设备并联在i i 区交换机与i i i 区交换机之间，接法完全一致 其中一台作为主用，另一台作为备用。这样，在增加一套正反向隔离设备，并实现双机热 备以后，无论在保障系统运行的可靠性方面还是数据传输的能力上讲，都得到了成倍的 改进。 1 9 l 内f 台交换机c - - 区， 证向ii e 向2反向l 反向2 i 外、f 台交换机c 川区， 图4 ：隔高设备南町用配置 2 0 第3 章数据展示中的应用过滤 3 1 数据展示功能现状 数据的展示足综合数据平台应用的主要外在体现，是完成数据整合、数据挖掘后进 一步应用的具体实现，目前，数据展示应用在数据挖掘、撰取与展示的商用工具软件 ( c o g n o sp o w e r p l a y ) 的基础上，结合大型o r a c l e 商用数据库的基础上实现，数据仓 库主要有来自e m s 系统电网的8 7 6 0 数据、电量计量数据、网损线损数据、各种计划考 核数据、各种设备台帐管理数据等，各种组合可以根据需求自由展示使用。 下面就简要介绍一下所有应用模型下的内容： 1 ) 变电站数据应用目录 变电站汇总数据表 模型可查看：各变电站不同时间段内的负倚最大值、最小值、最大值时问、最 小值时问、平均负荷、平均负荷率、一个时间段内大于等于平均负荷9 0 的数等 等。例如下图为几个变电站2 0 0 5 年一月的负荷汇总信息 2 1 内蒙古电蚓各爻电站汇思致据衣 2 0 0 5 d 1 月 最大值最小值平均负荷平均负荷辜不平衡系数平均功辜因数 巴彦乌拉站 1 b097 77 87 2 宝山站4 502 66 67 38 7 布日郡站3 9l2 t9 l9 3 厂汉站 5 563 16 3b 69 4 德胜站t 533 35 79 6b 3 福永站日304 66 59 79 3 高新站4 4 49 l 2 6 9 7 5b 29 l 古城站 2 6 41 6 32 2 38 89 29 4 固北站3 082 0陷b 2朗 汗海站2 3 35 5 1 3 97 08 59 9 杭锦站 3 902 78 09 29 6 贺兰山站3 0b2 07 7b 9明 变电站日数据表 模型可查看：任何一个变电站每一天的2 4 小时整点负荷，每天最大最小负荷、 峰谷差、负荷率等信息，例如下图为几个变电站2 0 0 5 年1 月1 日的整点负荷及 其他统计信息。 内蒙古电网各变电站日数据表 2 0 0 s 年1 月1 日 vol粥2。v 0 3v 0 4燃谨瞎v 盯 古域站! 寸31 7 e1 ：1 7 61 7 e1 叁42 7 刍bj噶站0i 0 j 0 l# 8j 翳。139l 1 2 11 3 3l 捌l 瞒1 8 l 2 2 内蒙电网l9 95 200 5 年装机容量增长情况 2 0 0 r 壤冀矗描日 d ，擎士出同：- - r h 。檀僵 位：是瓦 内蒙电网装机容量同期比情况 模型可查看：内蒙古电网每年装机容量比前一年增长的百分比。具体见下图： i 坞辱嘲比姻盯年嘲比1 日鸲年同翊比 埘q q 年m 比n n 年同朗出2 0 n 1 年同酮比l i 盹占吨网 279 l i q25 7 t3 15 ( 1 6 日6 i ) 3 i 3 ) 电网数据应用目录 年度汇总统计数据表 模型可查看：内蒙古电网每1 年任何一个时间段内发电、供电、东送潮流的最大 值，最小值，最大值时间，最小值时间平均负荷等等信息。下图为内蒙古电网2 0 0 5 年1 月发电汇总信息。 一! t t tt i j 、古e 毛lj 再j l ，嗣j ：，2 二，气i t ；kj 二氕 雄 a k ：芙瓦 由 4 ) 调度数据网应用目录 调度数据网表 模型i t j 查看：从2 0 0 5 年以来调度数据网的厂站覆盖情况和接入业务情况。 嚣篦f j ：孵孵g ，1 、 一、 l ! 备撂麓 ! = = ! = ! ! = ! ! ! ! i ! ! ! ! ! ! # = o ! = 篇 挫芬臻 事 a ，发电公日j 衄用目求 1 9 9 5 - - 2 0 0 5 各发电公司装机容量对比情况 模型可查看：各发电公司从1 9 9 5 年到2 0 0 5 年的电厂个数，机组台数，全网装机 占有率等信息，下图是北方公司各年度的装机容量信息 1 9 9 5 ，i ：2 0 0 5 ，| ，北力杉己缳乏? 数统j t j 爻，l 匕 青移t 6 ) 发电数据应用目录 厂用电率季度持续曲线 模型可查看：各发电厂一年中任意一个季度内的每天厂用电率。例如下图为呼 和浩特电厂2 0 0 5 年第三季度厂用电率持续曲线 电厂上网电量与实发电量趋势图 模型可查看：各电厂上网电量与实发电量的数据对比图，如下图 5 年1 2 月l f ) h 上网电母与实发电帚趁势圈 一懋。1 翻，l 谪蘑一：一矗们甜。l 萋“翊 发电汇总数据表 模型可查看：各电厂1 发电日数据表 模型可查看：各电厂每一天的2 4 小时整点负荷，每天最大最小负荷、峰谷差、 负荷率、实发电量、上网电量等信息。 7 ) 供电数据 供电汇总数据表 模型可查看：各供电局不同h q - f 白j 段内的负荷最大值、最小值、最大值时间、最 小值时问、平均负荷、平均负荷率等等信息。 供电日数据表 模型可查看：各电厂每一天的2 4 小时整点负荷，每天最大最小负荷、峰谷差、 负荷率等信息。 积分与实际对比年曲线 6 模型可查看：各供电局每一天的积分供电量( 取白e m s ) 和实际供电量( 取自电 量计费系统) 的数据和对比图。下图为呼和浩特供电局供电积分电量和实际供电 量对比图 ， 8 ) 机组数据应用目录 机组汇总数据表 模型可查看：各发电机组彳、= 同时l 自j 段内的负荷最大值、最小值、最大值时| 白j 、 最小值时间、平均负荷、平均负荷率等等信息。 9 ) 集控站应用目录 集控站统计信息 模型呵查看：内蒙古电网各地区集控站的统计信息，包括个数、所占百分比等信 息。如下图； 2 7 1 0 ) 联络线数据应用目录 1 1 ) 联络线日数据表 模型可查看：送华北、购宁夏、呼伦贝尔购东北、兴安购东北的每一天的2 4 小 时整点负荷，每天最大最小负荷、峰谷差、负倚率等信息。 1 2 ) 8 7 6 0 数据应用目录 1 3 ) 发电年负荷时序曲线 模型可查看：内蒙古电网全网发电负荷，内蒙古电网内的供电局的负荷数据，数 据为每天2 4 个点，余年8 7 6 0 个点。f 图为2 0 0 5 年内蒙古电网全网发电8 7 6 0 负 荷数据。 内蒙古电网2 0 0 5 年发电负荷时净曲线 内蓑吉电力谢矮中心翎作 一 儿，参izf ：! 。，二7 r 旺& 模型可查看：内蒙古电网全网供电负荷，内蒙古电网内的供电局的负荷数据，数 据为每天2 4 个点，全年8 7 6 0 个点。 1 5 ) 年负荷持续降序曲线 模型i 叮查看：内蒙古电网全网发电、供电负荷，内蒙古电网内的任何电厂、供电 局的负荷数据，数据为每天2 4 个点，全年8 7 6 0 个点。卜与前面的时序曲线不同 的是，它是以降序方式排列的曲线。 ! 。? 寺曩? - _ “蔫冀”jt 一7 ；。 ：。崔i ：7 - ：- 4 、 2 9 目l 1 6 ) 主变数据应用目录 主变汇总数据表 模型可查看：每个j 一站中主变在不同时间段内的负荷最大值、最小值、最大值 时问、最小值时问、平均负荷、平均负荷率等等信息。 主变日数据表 模型可查看：每个厂站中主变每一天的2 4 小时整点负荷，每天最大最小负荷、 峰谷差、负荷率等信息。 3 2 存在问题 存在的问题主要是在应用的普及和依赖上没有达到预期的目标，尽管已经根据各专 业处室、机关各部室对电网生产运行管理等方面的要求定制了相应的展示模板，但是应 用的并不好。其中，既有网络传输瓶颈的制约、基础数据维护不及时的原因，又有也是 主要的原因，是所有应用展示并没有按照面对不同用户需求而设定，没有对特定用户需 求制定特定的模板输出，而是把灵活的报表组合的工具直接交给用户使用，往往是用户 在熟悉和应用工具的过程中就陷入了泥淖。 3 3 数据应用的流程及改造方案介绍 3 3 1 调度日志 1 、流程示图 n p t n p t l 中的d m i s 的表 s c a d a h i s l 历史数据库 e m s 报1 调度日 示图简述： 现在的调度同志内容包括：机炉起停、线路操作、非停及事故记录等内容，通过调 度| 二i 志系统，把昨几电网运行情况录入到本地数据库系统，然后定时转存剑外平台数据 库服务器，通过反向物理隔离设备把| = = i 志内容e 传到内平台数据库服务器中，目的是为 3 0 了给位于安全i 区的调度报表提供纪事内容，调度报表的数据来源于e m s 系统的电网 生产的发、供电黾数据等。 2 、改造工作 从上述示图可以看出，在调度报表外移时，即：报表系统由一曲会造成数据路由的 重复，所以需进行以下改造： ( 1 ) 、修改调度几报表界面的o r a c l ec l i e n t 端的服务配置，保留其原有的服务 名，改变该服务的坤配置，使其连到外平台的o r a c l e 数据库中。 ( 2 ) 、找到原n p t l 用户中的表。 ( 3 ) 、在外平台数据库中建立与外平台用户中相同的表；支持用户界面输入数据的 数据库存储；通过正向隔离设备导入相应的历史数据。 ( 4 ) 、修改原外移报表系统中相应报表的连接的数据源配置，由连接n p t 改为连 接外平台数据库。 3 3 2 大用户电量 1 、流程示图 n p t n p t l 中的d m i s 的表 s c a d a h i s l 历史数据库 e m s 报r 1 调度日 示图简述： 大用户电量的工作流程有点类似调度同志系统，内容主要是：各大用户一天的用电 情况，通过大用户系统，把昨r 大用户电量使用情况录入到本地数据库系统，然后定时 转存到外平台数据库服务器，通过反向物理隔离设备把电量数据上传到内平台数据库服 务器中，给位于安全i 区的调度报表提供纪事内容。 2 、改造工作 具体改造工作呵参照调度同志的改造。图中看出，在调度报表外移时，即：报表系 统由一曲会造成数据路由的重复，所以需进行以下改造： 雩 匦 ( 1 ) 、修改大用户输入界面的o r a c l ec l i e n t 端的服务配置，保留其原有的服务 名，改变该服务的p 配置，使其连到外平台的o r a c l e 数据库中。 ( 2 ) 、找到原n p t l 数据库用户中的表。 ( 3 ) 、在外平台数据库中建立与外平台用户中相同的表；支持用户界面输入数据的 数据库存储；通过f 向隔离设备导入相应的历史数据。 ( 4 ) 、修改原外移报表系统中相应报表的连接的数据源配置，由连接n p t 改为连 接东门外平台数据库。 3 3 3 发电计划 1 、流程示图 示图简述： 这个图中流转的数据主要是发电厂同计划数据。日计划文件的生成在方式的日计划 系统，同计划数据的使用分别是，各发电厂值长、e m s 系统、电量计量系统、模拟电 力市场报价结算系统。一个流程是：首先同计划足山运行方式处的日计划系统产生送入 文件服务器( 即：拨号服务器和d h c p 服务器) 中，然后采用邱方式将计划文件上传 到外平台文件服务器中，再经过反向隔离设备反传到内平台文件的服务器，再次通过r p 方式将计划数据分发给e m s 系统的网关服务器和电量计黾应用服务器中，另外一个流 程是：方式处h 计划系统生成的f 1 计划文件通过w p t 或n p t 的f t p 服务分发，分别为 模拟电力市场系统的文件服务器和发电厂值长计划下发系统转发。 3 2 2 、改造工作 可以看出在计划文件传输