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【摘要】本文主要根据杭州电力调度自动化系统不断接入大量厂站的实际情况，分析研究了DF8002数据采集子系统的工作原理，该子系统通过分组前置、MODEM前切、无缝切换和SCADA研究态等关键技术实现了厂站的稳定接入，并具有无限扩展容量功能。该子系统脱离参数库和实时库仍能稳定运行，远程维护模块也充分保证了可维护行的实施。最后高倍冗余将省调需要的信息无间断的转发给省调，保证杭州电网的稳定运行。
【关键词】分组前置；前切；无缝切换；SCADA研究态
1.引言
随着杭州地区经济快速增长，杭州电网规模不断扩大，杭州电力调度自动化系统（以下简称杭州调度）目前承担着五所500KV、五十四所220KV（包括用户变）、三百四十四所35KV及以上变电站的运行调度及工作联系协调的任务。如此大规模的电网运行，RTU数据采集处理及向省调转发数据就成了重中之重，杭州调度采用的东方电子DF8002系统，具有一套高效稳定的数据采集子系统。DF8002数据采集子系统，通过分组前置和SCADA研究态实现了大容量RTU分批间断接入，接入时不会对已经运行RTU造成影响；MODEM前切技术解决了前期通道过多，容量不足问题，并节省了大量资金；后期网络通道大量使用，模拟通道与网络通道互备，通过无缝切换技术实现了通道切换数据不丢失；向省调转发采用生熟数据并用，两个主备通道转发分列不同前置分组的方式，充分保证了无间断转发数据[1]。DF8002系统已经安全稳定运行了近10年，期间不断接入了大量的新站，RTU达到350个，遥信达到21万，遥测达到6.1万，且从理论上可以继续无限扩充下去。DF8002系统的数据采集子系统是杭州调度稳定运行的有利保障。
2.子系统介绍
数据采集子系统，又称为前置子系统，负责采集电网实时运行数据，并对各种数据进行统一处理，然后将数据提供给应用服务，使各种系统之间能够方便、有效地共享数据，满足电网一体化发展的要求[2，3]。它通过与各远方RTU、FTU、电量采集器等采集终端的通讯实现对电网实时运行信息和电能量数据的采集，将实时数据提供给应用服务，并按照应用所下达的指令实现对远方站的调控功能[4]。杭州调度数据采集子系统称为RTU服务器，每组RTU服务器有2个节点，互为主备。按功能划分为包括4个进程，前置机通讯进程、前置机辅助进程、前置机人机界面进程和前置机远程维护进程，规约都是以单独动态库方式实现。
●前置机通讯进程
前置服务器的主要进程，完成通讯处理，规约解释，通道及RTU状态监视，控制调节命令的下发，向其他自动化系统转发数据等。
●前置机辅助进程
前置服务器的辅助进程，完成通道原始报文的全报文保存、通道原始报文的分类报文保存、转发命令的保存等任务，报文保存在环境变量下的gram目录中。
●前置机人机界面进程
前置服务器的人机界面进程，可以通过它查看通道的收发原始报文、在线解析、通讯过程、规约解释的实时数据、RTU的参数和状态、通道的参数和状态、RTU-通道-规约的配置情况等。
●前置机远程维护进程
前置服务器的另一个人机交互进程，主要用于远程拨号，功能与前置机人机界面进程类似，但人机交互方式采用字符终端的形式。
●规约动态库
各种规约的处理模块，杭州调度主要使用2号CDT规约、5号DISA规约、104号IEC104规约、136号华东101规约、402号IEC104转发规约、406号华东101转发规约和925号DISA既收又发规约[5]。
3.关键技术
3.1 分组前置
杭州调度在多年前使用DF8002系统时就已经考虑到将来会扩容，接入大量的厂站，这也充分利用了DF8002前置数据采集子系统的一个非常关键的技术优点，分组前置。
分组前置充分考虑在一套EMS/SCADA系统中如果接入的厂站和通道过多，或分批接入，接入新站时顾虑影响到已经运行的厂站或单组前置容量不够时，可配置多个前置机分组，将厂站按RTU序号分配到各个不同的分组，每组之间互不干扰，实现完全分流。如果现场需要转发多路数据，则可以直接配置单独的前置转发分组，每个分组可配置主备两个节点，负责本分组内主备通道互备及负载均衡[6]。分组前置还可以跨越一定的地理空间，只要通过路由能够接入DF8002系统主网即可，如萧山前置分组距离杭调主控室有30千米的距离[7]。分组前置降低了单组前置的负荷，保证了运行厂站的稳定，且可无限扩充，保证了数据采集的可靠、实时和稳定。
DF8002系统分组需要设置afert.ini文件中的
[分组号]
GROUPNO=X
[END]
如果前置机不分组，可以去掉这一节，或GROUPNO=0、-1等，如果是第一组，则GROUPNO=1，如果是第二组，则GROUPNO=2，依此类推。默认为不分组。网络配置为“RTU1”、“RTU2”……等服务器。最大分组个数不限制。
每组可设定范围如下序号见表1。
杭州调度根据接入厂站的历史时期不同及通讯介质等原因，目前已经定义了5个前置分组。
表1 前置容量图
RTU 通道
第1组 0～255 0～255
第2组 256～511 256～511
… … …
第N组 256*（N-1）～
256*（N-1）+255 256*（N-1）～
256*（N-1）+255
3.2 MODEM前切技术
杭州调度早期有大量模拟通道，且每个厂站都有主备2个模拟通道，当时考虑容量和经济因素，在2路模拟通道进入TJ板后，通过命令控制其中一条工作，另一条备用。此时调度系统只需要填一条参数，选中前切标志，调度前置机通讯进程根据当前通道的运行停止状态发送切换命令，称之为前切。前切可以自动切换，也可以手动切换，还可以强制运行在其中任一条模拟通道上。前切手动切换见图1。使用前切，可以扩大一倍的参数容量，节省一倍的通讯服务器端口，通道切换速度也不受影响。 图1 前切界面
3.3 无缝切换
一个厂站大多具有主备两个通道，重要的厂站可能有多个通道互为备用，但肯定只有一个是主通道，当主通道异常不能正常通讯时，其他备通道切为主通道，在切换之前可能会有变位及SOE等重要信息会漏掉，DF8002前置子系统可以做到无缝切换。
实现无缝切换分下面两种情况。
●RTU只送带时标的SOE，有很多国外的RTU，遥信变位时只送带时标的SOE，此时多个主备通道同时运行，主通道处理全部数据，备通道只处理SOE数据，备通道上其他的数据都甩掉，主备通道的SOE数据都发送给SCADA服务器，由SCADA服务器根据时标进行过滤，保证SOE的唯一性。此时主备通道路径切换可以实现无缝切换。
图2 多个主备通道数据同步
●RTU先送不带时标的变位后送带时标的SOE，此时处理起来就比较复杂些。见图2。该种处理方式可以将切换主备通道时丢失数据的几率降到同步周期内，最小可以达到1-2秒，基本实现无缝切换。
3.4 完善的转发机制
杭州调度数据采集子系统具有强大的转发功能，支持转发遥测、遥信、SOE、遥控、遥调和同期等，且生熟数据转发互为备用。可以挑选转发数据也可以整站转发。杭调同时向省调和省调备调转发，转发配置情况见图3。前置分组1和前置分组5的转发互为备用，每个前置分组内有2个前置服务器节点互为备用，这样冗余达到4倍。在前置分组1内使用熟数据转发的信息在前置分组5内则使用生数据转发，这样又增加了一层互备，从而使冗余达到6倍，充分保证了及时、准确不中断的向省调及省调备调转发数据。
图3 转发配置图
3.5 支持脱离参数库和实时库的实时运行
在商用数据库ORACLE或SCADA服务器出问题之时，前置机通讯服务器本身的接收、转发处理不受影响；并支持安全地在线修改参数。
在前置机通讯进程第一次启动时将前置使用的全部参数表都以文件的形式存到相应para目录下。中间有修改参数也及时更新保存的参数文件。接收到的实时数据也定时存到相应data目录下。前置子系统在运行过程中，如果数据库遭到损坏，实时库也由于各种原因而不能运行，无法供应前置转发需要的实时熟数据，此时转发则使用前置共享内存中刚刚收到的生数据乘上系数转换成熟数据。如果前置机通讯进程重新启动，首先访问数据库和实时库读取需要的参数和数据信息，访问失败则从备份的文件中读取，这样前置机仍然能够正确运行，其数据转发仍然有效且正确。
3.6 支持SCADA研究态
该技术基于虚服务器技术之上，当接入新厂站或新改造站的规划及测试时，可以单独在研究态的主机上进行RTU、通道和规约的调试，包括遥控调试。调试完成之后，再将RTU、通道和规约加入到实时运行系统之中，这样可以在调试时既有全真的环境又能够不影响其他正常站的运行。
3.7 规约在线及离线解析功能
调试厂站时，可以选择在线解析，解析出报文中每个字节的内容，并可以将解析内容保存到文件中，供后续查阅。
离线解析工具，具有常用规约通讯流程示例，有助于用户对通讯流程的掌握及判断运行通道通讯是否正常。如果现场出现异常现象，如变位丢失或错误帧，用户无法解决可以将报文抓下来，后续自己或厂家人员放到离线解析工具中，慢慢查看报文内容，确定问题原因。
4.结束语
杭州调度使用的DF8002数据采集子系统，可以接CHASE、MOXA等各种终端服务器，可以通过电力专线、载波、微波及TCP/UDP网络等各种介质通讯。具有丰富的规约库，包括常见的远动规约，如CDT、IEC101、IEC104、DNP3.0等；各种保护规约，如IEC103、LFP、ISA等；与国外RTU通讯的各种规约，如MODBUS、RP570等；规约都分别以独立动态库的方式调用，配置方式灵活方便，可以在线实时加载规约库，为将来的通讯扩展提供很大的方便。
该子系统实时监测各个通道状态，不断发送平安报文检测本前置分组内服务器节点间的通讯，当通道（节点）异常能够及时自动切换通道（节点），保证了整个前置系统的稳定可靠运行。从RTU接收的数据，经规约解析后由特定的发送数据线程发往SCADA服务器，保证数据的实时性。前置人机界面直观友好，可方便地查看各种实时数据、通讯参数，还可方便快捷地修改通讯参数。本系统特有的远程维护模块，可以采用命令行的方式查看通道、RTU参数和数据信息，并可以随意切换通道路径等，为远程拨号维护提供了很大的方便。前置子系统的主要进程都在后台运行，可以配置守护到SCADA系统平台上，用户维护起来简单方便。该子系统严格做到了可靠、实时稳定运行，具备超大的容量，可维护行和可扩展行都很强大，为杭州电网稳定运行做出了重大贡献。
参考文献
[1]龚强，王津.地区电网调度自动化技术与应用[M].中国电力出版社，2005，6.
[2]张慎明，刘国定.IEC 61970标准的电网调度自动化体系结构[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2002，26（10）：45-47.
[3]于尔铿等.能量管理系统[M].北京：科学出版社， 2001， 11.
[4]Marija Ilic，Power Systems Restructuring（Engineering and Economics）.Kluwer Academic Publishers，1998.
[5]柳永智，刘晓川.电力系统远动（第二版）[M].中国电力出版社，2006.
[6]姚东海.电力调度自动化应用与优化[J].中国高新技术企业，2010，4.
[7]谢大为，杨晓忠.调度自动化系统中远动技术网络化的实现[J].电网技术，2006，10.
作者简介：
杨帆（1971—），男，北京人，大学本科，高级技师，工程师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司电力调度控制中心，从事电力系统自动化运行管理工作。
孙姗（1979—），女，浙江杭州人，大学本科，工程师，技师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司检修公司检修试验工区，从事电力系统继电保护及自动化检修管理工作。
杜春艳（1977—），女，山东烟台人，工程硕士，工程师。
【关键词】分组前置；前切；无缝切换；SCADA研究态
1.引言
随着杭州地区经济快速增长，杭州电网规模不断扩大，杭州电力调度自动化系统（以下简称杭州调度）目前承担着五所500KV、五十四所220KV（包括用户变）、三百四十四所35KV及以上变电站的运行调度及工作联系协调的任务。如此大规模的电网运行，RTU数据采集处理及向省调转发数据就成了重中之重，杭州调度采用的东方电子DF8002系统，具有一套高效稳定的数据采集子系统。DF8002数据采集子系统，通过分组前置和SCADA研究态实现了大容量RTU分批间断接入，接入时不会对已经运行RTU造成影响；MODEM前切技术解决了前期通道过多，容量不足问题，并节省了大量资金；后期网络通道大量使用，模拟通道与网络通道互备，通过无缝切换技术实现了通道切换数据不丢失；向省调转发采用生熟数据并用，两个主备通道转发分列不同前置分组的方式，充分保证了无间断转发数据[1]。DF8002系统已经安全稳定运行了近10年，期间不断接入了大量的新站，RTU达到350个，遥信达到21万，遥测达到6.1万，且从理论上可以继续无限扩充下去。DF8002系统的数据采集子系统是杭州调度稳定运行的有利保障。
2.子系统介绍
数据采集子系统，又称为前置子系统，负责采集电网实时运行数据，并对各种数据进行统一处理，然后将数据提供给应用服务，使各种系统之间能够方便、有效地共享数据，满足电网一体化发展的要求[2，3]。它通过与各远方RTU、FTU、电量采集器等采集终端的通讯实现对电网实时运行信息和电能量数据的采集，将实时数据提供给应用服务，并按照应用所下达的指令实现对远方站的调控功能[4]。杭州调度数据采集子系统称为RTU服务器，每组RTU服务器有2个节点，互为主备。按功能划分为包括4个进程，前置机通讯进程、前置机辅助进程、前置机人机界面进程和前置机远程维护进程，规约都是以单独动态库方式实现。
●前置机通讯进程
前置服务器的主要进程，完成通讯处理，规约解释，通道及RTU状态监视，控制调节命令的下发，向其他自动化系统转发数据等。
●前置机辅助进程
前置服务器的辅助进程，完成通道原始报文的全报文保存、通道原始报文的分类报文保存、转发命令的保存等任务，报文保存在环境变量下的gram目录中。
●前置机人机界面进程
前置服务器的人机界面进程，可以通过它查看通道的收发原始报文、在线解析、通讯过程、规约解释的实时数据、RTU的参数和状态、通道的参数和状态、RTU-通道-规约的配置情况等。
●前置机远程维护进程
前置服务器的另一个人机交互进程，主要用于远程拨号，功能与前置机人机界面进程类似，但人机交互方式采用字符终端的形式。
●规约动态库
各种规约的处理模块，杭州调度主要使用2号CDT规约、5号DISA规约、104号IEC104规约、136号华东101规约、402号IEC104转发规约、406号华东101转发规约和925号DISA既收又发规约[5]。
3.关键技术
3.1 分组前置
杭州调度在多年前使用DF8002系统时就已经考虑到将来会扩容，接入大量的厂站，这也充分利用了DF8002前置数据采集子系统的一个非常关键的技术优点，分组前置。
分组前置充分考虑在一套EMS/SCADA系统中如果接入的厂站和通道过多，或分批接入，接入新站时顾虑影响到已经运行的厂站或单组前置容量不够时，可配置多个前置机分组，将厂站按RTU序号分配到各个不同的分组，每组之间互不干扰，实现完全分流。如果现场需要转发多路数据，则可以直接配置单独的前置转发分组，每个分组可配置主备两个节点，负责本分组内主备通道互备及负载均衡[6]。分组前置还可以跨越一定的地理空间，只要通过路由能够接入DF8002系统主网即可，如萧山前置分组距离杭调主控室有30千米的距离[7]。分组前置降低了单组前置的负荷，保证了运行厂站的稳定，且可无限扩充，保证了数据采集的可靠、实时和稳定。
DF8002系统分组需要设置afert.ini文件中的
[分组号]
GROUPNO=X
[END]
如果前置机不分组，可以去掉这一节，或GROUPNO=0、-1等，如果是第一组，则GROUPNO=1，如果是第二组，则GROUPNO=2，依此类推。默认为不分组。网络配置为“RTU1”、“RTU2”……等服务器。最大分组个数不限制。
每组可设定范围如下序号见表1。
杭州调度根据接入厂站的历史时期不同及通讯介质等原因，目前已经定义了5个前置分组。
表1 前置容量图
RTU 通道
第1组 0～255 0～255
第2组 256～511 256～511
… … …
第N组 256*（N-1）～
256*（N-1）+255 256*（N-1）～
256*（N-1）+255
3.2 MODEM前切技术
杭州调度早期有大量模拟通道，且每个厂站都有主备2个模拟通道，当时考虑容量和经济因素，在2路模拟通道进入TJ板后，通过命令控制其中一条工作，另一条备用。此时调度系统只需要填一条参数，选中前切标志，调度前置机通讯进程根据当前通道的运行停止状态发送切换命令，称之为前切。前切可以自动切换，也可以手动切换，还可以强制运行在其中任一条模拟通道上。前切手动切换见图1。使用前切，可以扩大一倍的参数容量，节省一倍的通讯服务器端口，通道切换速度也不受影响。 图1 前切界面
3.3 无缝切换
一个厂站大多具有主备两个通道，重要的厂站可能有多个通道互为备用，但肯定只有一个是主通道，当主通道异常不能正常通讯时，其他备通道切为主通道，在切换之前可能会有变位及SOE等重要信息会漏掉，DF8002前置子系统可以做到无缝切换。
实现无缝切换分下面两种情况。
●RTU只送带时标的SOE，有很多国外的RTU，遥信变位时只送带时标的SOE，此时多个主备通道同时运行，主通道处理全部数据，备通道只处理SOE数据，备通道上其他的数据都甩掉，主备通道的SOE数据都发送给SCADA服务器，由SCADA服务器根据时标进行过滤，保证SOE的唯一性。此时主备通道路径切换可以实现无缝切换。
图2 多个主备通道数据同步
●RTU先送不带时标的变位后送带时标的SOE，此时处理起来就比较复杂些。见图2。该种处理方式可以将切换主备通道时丢失数据的几率降到同步周期内，最小可以达到1-2秒，基本实现无缝切换。
3.4 完善的转发机制
杭州调度数据采集子系统具有强大的转发功能，支持转发遥测、遥信、SOE、遥控、遥调和同期等，且生熟数据转发互为备用。可以挑选转发数据也可以整站转发。杭调同时向省调和省调备调转发，转发配置情况见图3。前置分组1和前置分组5的转发互为备用，每个前置分组内有2个前置服务器节点互为备用，这样冗余达到4倍。在前置分组1内使用熟数据转发的信息在前置分组5内则使用生数据转发，这样又增加了一层互备，从而使冗余达到6倍，充分保证了及时、准确不中断的向省调及省调备调转发数据。
图3 转发配置图
3.5 支持脱离参数库和实时库的实时运行
在商用数据库ORACLE或SCADA服务器出问题之时，前置机通讯服务器本身的接收、转发处理不受影响；并支持安全地在线修改参数。
在前置机通讯进程第一次启动时将前置使用的全部参数表都以文件的形式存到相应para目录下。中间有修改参数也及时更新保存的参数文件。接收到的实时数据也定时存到相应data目录下。前置子系统在运行过程中，如果数据库遭到损坏，实时库也由于各种原因而不能运行，无法供应前置转发需要的实时熟数据，此时转发则使用前置共享内存中刚刚收到的生数据乘上系数转换成熟数据。如果前置机通讯进程重新启动，首先访问数据库和实时库读取需要的参数和数据信息，访问失败则从备份的文件中读取，这样前置机仍然能够正确运行，其数据转发仍然有效且正确。
3.6 支持SCADA研究态
该技术基于虚服务器技术之上，当接入新厂站或新改造站的规划及测试时，可以单独在研究态的主机上进行RTU、通道和规约的调试，包括遥控调试。调试完成之后，再将RTU、通道和规约加入到实时运行系统之中，这样可以在调试时既有全真的环境又能够不影响其他正常站的运行。
3.7 规约在线及离线解析功能
调试厂站时，可以选择在线解析，解析出报文中每个字节的内容，并可以将解析内容保存到文件中，供后续查阅。
离线解析工具，具有常用规约通讯流程示例，有助于用户对通讯流程的掌握及判断运行通道通讯是否正常。如果现场出现异常现象，如变位丢失或错误帧，用户无法解决可以将报文抓下来，后续自己或厂家人员放到离线解析工具中，慢慢查看报文内容，确定问题原因。
4.结束语
杭州调度使用的DF8002数据采集子系统，可以接CHASE、MOXA等各种终端服务器，可以通过电力专线、载波、微波及TCP/UDP网络等各种介质通讯。具有丰富的规约库，包括常见的远动规约，如CDT、IEC101、IEC104、DNP3.0等；各种保护规约，如IEC103、LFP、ISA等；与国外RTU通讯的各种规约，如MODBUS、RP570等；规约都分别以独立动态库的方式调用，配置方式灵活方便，可以在线实时加载规约库，为将来的通讯扩展提供很大的方便。
该子系统实时监测各个通道状态，不断发送平安报文检测本前置分组内服务器节点间的通讯，当通道（节点）异常能够及时自动切换通道（节点），保证了整个前置系统的稳定可靠运行。从RTU接收的数据，经规约解析后由特定的发送数据线程发往SCADA服务器，保证数据的实时性。前置人机界面直观友好，可方便地查看各种实时数据、通讯参数，还可方便快捷地修改通讯参数。本系统特有的远程维护模块，可以采用命令行的方式查看通道、RTU参数和数据信息，并可以随意切换通道路径等，为远程拨号维护提供了很大的方便。前置子系统的主要进程都在后台运行，可以配置守护到SCADA系统平台上，用户维护起来简单方便。该子系统严格做到了可靠、实时稳定运行，具备超大的容量，可维护行和可扩展行都很强大，为杭州电网稳定运行做出了重大贡献。
参考文献
[1]龚强，王津.地区电网调度自动化技术与应用[M].中国电力出版社，2005，6.
[2]张慎明，刘国定.IEC 61970标准的电网调度自动化体系结构[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2002，26（10）：45-47.
[3]于尔铿等.能量管理系统[M].北京：科学出版社， 2001， 11.
[4]Marija Ilic，Power Systems Restructuring（Engineering and Economics）.Kluwer Academic Publishers，1998.
[5]柳永智，刘晓川.电力系统远动（第二版）[M].中国电力出版社，2006.
[6]姚东海.电力调度自动化应用与优化[J].中国高新技术企业，2010，4.
[7]谢大为，杨晓忠.调度自动化系统中远动技术网络化的实现[J].电网技术，2006，10.
作者简介：
杨帆（1971—），男，北京人，大学本科，高级技师，工程师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司电力调度控制中心，从事电力系统自动化运行管理工作。
孙姗（1979—），女，浙江杭州人，大学本科，工程师，技师，现供职于国网浙江省电力公司杭州供电公司检修公司检修试验工区，从事电力系统继电保护及自动化检修管理工作。
杜春艳（1977—），女，山东烟台人，工程硕士，工程师。