吳程楠，田 茜，陳 思

(國網上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

從長遠視角來看，在營配貫通基礎上進一步達成營配調貫通，不但能確保物聯(lián)網數(shù)據基礎的精準實時性，對全公司管理架構及管理模式的優(yōu)化完善也具有重要意義。但達成營配調貫通的關鍵在于國家電網公司公共數(shù)據(SG-CIM)模型中的項目域與電網域的貫通。調度綜合管理系統(tǒng)(OMS)集調度生產、專業(yè)管理和調度業(yè)務處理為一體，是調度部門的重要信息化平臺和管理工具，但需要電網拓撲模型及相應的圖模引擎。隨著配電網結構復雜度與運行精細度的日益升高，以單條饋線為對象的傳統(tǒng)管理方式正在被基于完整配電網、具有全局觀的新型管理方式所取代。這就要求在OMS中描述、管理、應用一張完整配電網的拓撲及重要設備信息(即電網拓撲模型)，以達到安全運行、及時反應、優(yōu)化調度、提質增效的總體目標。

由于OMS不是電網的數(shù)據源頭，強調的是使用電網拓撲模型進行分析計算、管理并發(fā)布電網運行方式，而不需要維護模型本身的數(shù)據。因此，可粗略勾畫出OMS在電網拓撲模型方面的以下原則性需求：需要一張完整配電網的拓撲模型；需要一個能夠有效操縱、管理模型的圖模引擎；該引擎能夠對OMS業(yè)務處理過程中的分析計算提供有效支撐；該引擎能夠與電網拓撲模型數(shù)據的來源系統(tǒng)高效對接、完全同步；該引擎能夠將運行方式的變化及時反饋給其他外部系統(tǒng)；該引擎能夠將電網拓撲模型的全部或任意部分按標準格式導出，為能量管理系統(tǒng)(EMS)等提供支持。

1 增量數(shù)據實時同步方法

1.1 增量數(shù)據

增量電網通過“一次繪圖、二處校核、三點貫通”“業(yè)務一條線”的管理手段，將電網規(guī)劃與運行電網共享圖模引擎，圖模直接進入調度數(shù)據采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)，貫通(送電)的技術手段。由調度管控系統(tǒng)變更運行狀態(tài)，確保數(shù)字電網與物理電網保持100%同步，解決營配調貫通數(shù)據“前清后亂”的問題，由增量電網引發(fā)的圖模變化為增量數(shù)據?！皹I(yè)務一條線”管理手段示意圖如圖1所示。

圖1 “業(yè)務一條線”管理手段示意圖

1.2 增量同步機制

為確保運行電網與規(guī)劃電網同步更新，在數(shù)據同步前期需將SCADA模型與EP3M建立一一映射關系并存儲該關系，后期EP3M只要有模型變更，將同步至SCADA，同時SCADA可將運行數(shù)據反饋給EP3M。

2 電力調控特點及存在問題

電網拓撲模型是對現(xiàn)實中復雜物理電網的抽象化。當將物理電網抽象到極致時，所有細節(jié)均被剝離，僅留下點和線兩類設備。其中，點類設備對應現(xiàn)實中的變壓器、開關等設備，在模型中表達為圖元(包括基本圖元和組合圖元)；線類設備對應現(xiàn)實中的架空導線、電纜等設備，在模型中表達為連線，用于連接兩個且恰好兩個點類設備，可采用這一電網拓撲模型來精練準確地刻畫物理電網。

在模型中，任何一個節(jié)點均采用面向對象技術內嵌了相應的數(shù)據邏輯和處理方法，兩個點類設備一旦通過一個線類設備連接在一起，就好像被一根“超級牛筋線”捆綁在一起，其拓撲的邏輯正確性將不受其他因素變化的影響而永遠得到保持，在機制上可稱為“存在即合理”，在表現(xiàn)上可稱為“所見即所得”。

電網拓撲是完整的，而電網拓撲的改變卻是局部的，改變的部分與未改變的部分總是存在共同邊界，如何有效處理這一局部更新問題，始終保持電網拓撲的完整性和一致性。事實上，很多業(yè)務系統(tǒng)均在這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，實為數(shù)據“前清后亂”的底層技術原因。

電網拓撲模型與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據同步顆粒度也是影響實用化的一個重要問題。如果顆粒度太大，總是以整站、整線為單位進行數(shù)據同步，將給接收側系統(tǒng)造成過大的數(shù)據校核壓力。

將調度專業(yè)納入“一張藍圖繪到底”的業(yè)務鏈中，并經由調度專業(yè)數(shù)據復核及與自動化二次設備綁定后，反向校核精準拓撲電系圖，以達到最高的數(shù)據準確度；將經過EP3M校核后的精準拓撲電系圖推廣應用到其他相關專業(yè)，最大化數(shù)據資產的效益。

基于調度業(yè)務需求的增量同步數(shù)據分析圖如圖2所示。

圖2 基于調度業(yè)務需求的增量同步數(shù)據分析圖

3 增量數(shù)據在線維護與自動更新的關鍵技術

3.1 實時同步模型設計

通過規(guī)范配網模型設計，獲取變電站、開關站以及某類設備模型信息，進而對變電站內10 kV出線開關設備模型比對，獲取所有變電站信息。根據變電站Devid，獲取出線開關信息，根據開關站Devid，獲取開關站內需要比對的開關信息，通過此功能，將EMS和EP3M中變電站內的出線開關進行匹配，在EP3M系統(tǒng)中建立模型映射關系。本文中的功能實現(xiàn)需使用EMS數(shù)據接口，在配網模型增量同步的配電設備結構中的每種設備都需要新增錯誤碼屬性(Error Code)。同步線路失敗時，將根據此錯誤碼做出某些動作，便于下次同步。

3.2 基于增量數(shù)據的實時同步需求分析

EP3M通過調度日計劃模塊實現(xiàn)與規(guī)劃業(yè)務模塊的貫通。同時通過數(shù)據同步將相關模型同步EMS中，在EMS實現(xiàn)日計劃確認及發(fā)布，從而將EMS系統(tǒng)也作為電力生產業(yè)務流程中的節(jié)點，實現(xiàn)以“調”定貫通的“用數(shù)字資產促動實物資產精細化管理”總體建設目標，確保數(shù)字電網與物理電網保持100%同步。

調度日計劃在EP3M生成后，經過運方專員審核后進入EMS，EMS需從EP3M中獲取日計劃許可、匯報信息及其關聯(lián)的圖形異動信息，自動化專員完成廠站聯(lián)調后調度員可對需發(fā)布圖形的日計劃進行圖形發(fā)布，并將相關圖形異動消息返回EP3M。實現(xiàn)EP3M、EMS圖模的同源維護。EP3M錄入日計劃并抽取增量變化圖形和模型，通過日計劃模塊同步到EMS鏡像管理信息大區(qū)日計劃模塊中，根據設備增量變化情況生成紅圖模型和圖形，并通過EMS圖模同步機制自動同步到生產控制大區(qū)。

自動化專員在生產控制大區(qū)生成紅圖設備前置信息，該前置信息不同步到管理信息大區(qū)，調試專員在生產控制大區(qū)紅圖態(tài)下完成廠站聯(lián)調。調度員停送電操作當天，由調度員在管理信息大區(qū)完成調度日計劃發(fā)布，EMS在管理信息大區(qū)鏡像系統(tǒng)將紅圖的圖模改為投運狀態(tài)，并通過圖模同步機制自動同步到生產控制大區(qū)。在紅圖投運同時，發(fā)送日計劃發(fā)布消息給EP3M，EP3M完成地理圖到EMS地理圖的更新。

4 增量數(shù)據實時處理技術

增量數(shù)據同步捕獲圖模變化作為數(shù)據庫系統(tǒng)層面數(shù)據同步的基礎，其方法包括以下幾種[1-2]：基于觸發(fā)器法、基于快照法、基于日志法、基于應用程序接口(API)法等?；谟|發(fā)器法是在源數(shù)據庫為同步對象創(chuàng)建觸發(fā)器，當對同步對象進行增刪改等數(shù)據操縱語言(DML)命令時，觸發(fā)器被喚醒將變化傳遞到目標數(shù)據庫；基于日志法是通過分析數(shù)據庫日志信息來捕獲同步對象的變化序列；基于快照法是指數(shù)據庫中存儲對象在某一時刻的即時映像，通過為同步對象定義一個快照或采用類似方法將它的當前映像作為更新副本；基于API法是指在應用程序和數(shù)據庫之間引入中間件，由它提供一系列API，在完成應用程序對數(shù)據庫修改的同時，也把同步對象的變化序列記錄下來從而達到捕獲的目的。

基于觸發(fā)器的結構化語言(SQL)文件級[3]異構數(shù)據庫同步方法的基本思想就是為源數(shù)據庫創(chuàng)建觸發(fā)器，當源數(shù)據庫發(fā)生變化時，觸發(fā)器在變更表中通過SQL語句的重組記錄目標庫能夠直接執(zhí)行的SQL語句，然后將SQL語句定時導出到文件，并通過網閘將文件傳輸?shù)侥繕硕?，目標庫定時執(zhí)行SQL文件將源庫中的變更數(shù)據更新到目標庫，同時再將執(zhí)行完結果狀態(tài)向源數(shù)據庫端反饋，針對同步過程中出現(xiàn)的不同失敗狀態(tài)采取不同措施，以實現(xiàn)整個數(shù)據同步過程的故障定位與恢復。

實時數(shù)據基于用戶數(shù)據報協(xié)議(UDP)消息機制發(fā)送，商用數(shù)據庫基于結構化SQL文件機制實現(xiàn)。當Model Modify Server接受應用程序操作請求后，首先向源端商用數(shù)據庫處理服務SqlSp Server提交操作，并生成結構化的SQL語句，以文件形式存儲于服務器，以Session_id+timestamp進行編號，SqlSp Server異步按順序執(zhí)行，執(zhí)行成功的SQL以1 s或128個SQL文件為單位生成時間戳+(128個實際SQL數(shù)量)的List Seq文件在對應的SQL文件全部發(fā)送后，傳至目標端數(shù)據庫服務器；目標端數(shù)據庫服務器收到List Seq后，按照清單依次執(zhí)行結構化的SQL，從List中去除該SQL，形成處理校核結果更新List Seq，執(zhí)行完成后將List通過正向隔離返回給SqlSp Server，三區(qū)SqlSp檢查如有缺失則啟動補發(fā)，直至一區(qū)返回全部處理成功的List Seq,三區(qū)移除該List Seq，表示一個完整周期完成。

安全一/三區(qū)實時庫與商用庫分別有數(shù)據比較與同步服務持續(xù)比較實時庫和商用庫數(shù)據一致性情況。安全一區(qū)、三區(qū)分別以本區(qū)商用庫為基準，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據不一致，則強制利用商用庫數(shù)據向實時庫同步，確保本端數(shù)據一致。

以表為基本單位進行跨區(qū)商用庫、實時庫數(shù)據同步，確定需要進行數(shù)據同步的設備表及參數(shù)表，通過安全一/三區(qū)商用庫周期性全表同步保證兩端數(shù)據一致性。

5 圖模同步機制在電網模型中的應用

EMS需將三區(qū)維護的模型及歷史數(shù)據向一區(qū)同步。EMS向三區(qū)應用層提供Model Modify Server服務支撐對商用庫、實時庫的一體化操作，通過以下機制保證三區(qū)與一區(qū)的數(shù)據同步，同步流程圖如圖3所示。

圖3 同步機制在電網模型應用流程圖

6 結語

本文針對存在物理隔離的網絡應用環(huán)境，提出了一種基于觸發(fā)器的SQL文件級增量數(shù)據同步方法。該方法利用數(shù)據庫觸發(fā)器捕獲源數(shù)據庫變化情況，并轉換成目標庫可直接執(zhí)行的SQL語句且定時導出到數(shù)據文件，通過執(zhí)行數(shù)據文件更新目標數(shù)據庫，從而達到兩端數(shù)據同步。該方法具有適應異構系統(tǒng)、效率高、可靠性強、穩(wěn)定性佳的特點。此外，還設計并實施了一整套環(huán)環(huán)相扣的管理制度和互相校驗的技術手段，以保證圖模數(shù)據的質量。下一步，精準拓撲電系圖還將在以下幾方面繼續(xù)完善。

(1)實現(xiàn)“現(xiàn)狀電網的運行狀態(tài)，規(guī)劃電網的方案場景，歷史電網的時空溯源”三融合；

(2)與管道、桿塔等支撐體系全面關聯(lián)整合，實現(xiàn)分米級電子地圖背景下的電力設備設施三維化。

逐步擴大圖模引擎的應用領域，驗證其可靠性與適用性，為公司今后數(shù)字化轉型總體框架進行前期探索。