基于广域云总线的电网调度综合智能告警

赵林， 卓峻峰， 王恒， 范泽龙， 翟勇

〔南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司)，北京科东电力控制系统有限责任公司, 北京 100192〕

0 引 言

综合智能告警[1]是智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用的重要功能，以各类告警信息为要素，在电网故障时自动推图提示故障设备、故障信号与故障类型，提示调度人员及时采取措施。目前综合智能告警系统已在国内各级调度部门投入运行，对提高电网事故处置的智能化水平，更快更准确地处理电网事故，保障电网的安全稳定运行起到了重要作用[2-4]。

智能电网调度控制系统的信息交互采用消息总线和服务总线的双总线设计[5]，提供面向应用的跨计算机信息交互机制。消息总线承担了实时消息传输功能，包括数据采集、数据处理、事故反演和公共服务等应用的实时消息按需、快速传输。服务总线通过为点对点的信息传输模式提供底层支持，把消息传输过程抽象化，使应用开发人员无需了解底层机制，实现了服务的灵活部署和即插即用，满足智能电网调度控制系统对可扩展性和伸缩性的要求。

在智能电网调度控制系统中，综合智能告警信息通过消息总线进行按需、快速传递，通过服务总线进行详细信息的检索和查询。但是调控系统间大量数据交互以及大规模广域服务访问方面存在一些问题和瓶颈：一是大规模互联电网形成后，为满足一体化协同运作的调控要求，需要共享全网的计算分析服务例如告警详细信息、DSA计算结果等，但是目前机制下无法支持分析计算服务的全局共享，缺乏统一高效的数据交换及服务共享方式；二是对于系统间需要共享的实时消息，例如电网状态信息、重要告警事件等，缺乏统一高效的跨系统实时消息传输机制；三是目前系统远程代理功能单一，难以支撑广域环境下实时数据高效传输以及大规模和高并发的服务访问。

国内在这方面的研究成果较少。文献[6]提出了一种面向多安全区的调度服务总线互联技术，基于电力系统安全隔离装置实现多通信协议信息交换及负载均衡，屏蔽跨安全区的底层数据转换，提升了跨区消息传递性能，消除了隔离装置的效率瓶颈。文献[7]对消息总线在双网交叉故障状态下实现消息可靠传输的机制进行研究，提出单一地址方式、网址切换漂移方式和中间代理转发方式三种解决方案，使系统在交叉故障情况下消息仍能正常投递，从而提高系统的可用性。文献[8]提出了面向监控的分布式智能告警架构，包括基于多源信息融合的子站侧故障诊断以及全局协调的主站侧综合故障诊断，实现主站和子站间故障诊断的协同处理，提高在线故障诊断的正确性，减少电网故障时大量表象告警信息的传输，降低数据通信压力和运维工作量。

国内研究单位结合云计算[9]的思想，通过采用分布式计算、虚拟化、智能流量控制和负载均衡等先进信息通信技术(Information Communication Technology，ICT)，基于各级调度系统(调度数据网)开发了国、分、省一体化的广域云总线数据传输及服务共享架构，在全网范围内实现了消息的实时传输及服务的广域共享。采用广域云总线的电网调度综合智能告警系统可以解决告警信息结构全局共享和系统间告警消息传输问题，保证大规模信息的广域实时同步及共享。

1 广域云总线介绍

广域云总线由广域云消息总线和广域云服务总线等功能构成，如图1所示。广域云服务总线实现各类服务跨系统请求与访问及订阅发布。广域云消息总线实现各级调度系统间各类事件在广域范围按需快速传递。域名管理中心为分布式代理提供完整的域路由策略。分布式代理技术为广域云服务总线和广域云消息总线提供高速数据交互通道，实现各级调控系统的互联互通。

图1 广域云总线结构图

1.1 广域云消息总线

广域云消息总线体系由分布于广域范围内多套智能电网调度控制系统间的云消息总线单元所组成(如图2所示)，通过统一的订阅/发布机制和消息传输技术，实现消息在各调度机构各应用之间的按需、快速传递和共享，为“物理分布，逻辑统一”的智能电网调度控制系统提供底层通信支撑。

图2 广域云消息总线结构图

广域云消息总线功能由广域消息订阅/撤销订阅/发送/接收功能模块、广域消息订阅与管理中心模块和广域消息代理模块等部分组成。广域消息订阅与管理中心主要用于存储和管理订阅信息，提供广域订阅信息同步与检测、广域消息监控等功能。广域消息代理主要用于跨调度机构广域消息的发送和接收，提供广域消息持久化、广域消息识别与时效管理等功能。

1.2 广域云服务总线

广域云服务总线以实现不同调度机构间广域服务访问为目标，由分布于广域范围内多套智能电网调度控制系统间的云服务总线单元组成(如图3所示)，通过建立广域服务注册、定位、访问和查询等管理机制，实现广域的服务定位、请求/响应和订阅/发布，采用分布式数据同步算法和服务信息定向推送机制，实现广域服务信息同步和全局共享。

图3 广域云服务总线结构图

广域云服务总线功能由广域服务适配器、云服务管理中心、服务监测和服务统计等模块组成。广域服务适配器包括数据编解码、访问模型和服务的集成框架，实现服务跨平台、跨语言的快速集成与开发。云服务管理中心通过底层服务注册和上层信息同步的方式，实现服务信息的全局共享和服务的查询及定位。服务监视功能，通过“分散统计，集中监控”的方式为云服务管理中心提供服务的运行信息，实现对广域服务访问的实时统计和链路状态的自动管理，保证服务的负载均衡。

2 综合智能告警介绍[10]

综合智能告警实现告警信息的在线综合处理、显示与推理分析，支持汇集和分析各类告警信息，对大量告警信息进行分类管理，对不同需求形成不同的告警显示方案，并从相关电网故障信息中分析出诸如故障类型、设备和位置等准确信息，利用形象直观的方式提供全面综合的告警提示。综合智能告警功能架构如图4所示。

图4 综合智能告警功能架构

综合智能告警为电网实时监控与预警类应用提供统一综合的告警展示平台，采用统一的信息描述格式接收和汇总电网实时监控与预警类应用的各类告警信息，并根据各自的特征对大量的告警信息进行合理分类。可在短时间内处理大量告警信息，并及时分析出重要信息。

综合智能告警可对复杂故障进行智能推理。综合分析电网一次设备和二次设备的告警信息，包括断路器动作、继电保护和安全自动装置动作信息等，实现电力系统的在线故障诊断，以形象直观的方式展示分析结果，提供准确、及时、简练的告警提示。

综合智能告警支持对汇总的各类告警信息进行综合分析实现合理分类，包括电力系统运行异常告警、二次设备异常告警、网络分析预警、在线安全稳定分析预警和气象水情预警五大类。

综合智能告警支持信息多级共享，如图5所示。按照约定格式将指定告警内容传送至上级调度技术支持系统，接收上(下)级调度技术支持系统发来的共享告警信息，并根据需要对接收到的告警信息进行处理和告警显示。

图5 多级告警联合处理示意图

综合智能告警在横向上通过消息总线集成系统内部各个业务的告警信息，包括数据采集与监控(SCADA)、广域监测系统(WAMS)、保护信息系统、电力应用软件(PAS)以及动态安全评估(DSA)等，实现对电网运行状态的在线感知，在纵向上实现地调、省调、网调以及国调多级调度中心间告警信息的纵向贯通，为多级调度间告警信息的协同感知与处理提供技术支撑。

3 基于广域云总线的综合智能告警

3.1 基于广域云消息总线的告警消息传递

广域云总线技术中的消息管理功能提供了广域范围实时消息传递机制，为智能电网调度控制系统各应用广域范围实时消息传输提供了技术手段，从而使综合智能告警信息可在各级调度机构间快速推送。基于广域云消息总线的综合智能告警应用通过采用广域云消息总线提供的消息订阅和发送/接收机制，实现广域范围内灵活、高效的告警信息订阅和传递，从而提升告警的实时推送水平,有助于各级调度机构间智能告警功能的互补，保证电网监视及告警功能的可靠性，提升调度机构对本地以及相邻电网故障、异常情况的全景感知能力，提高故障支援、故障协同处理的速度。

3.2 基于广域云服务总线的告警查询检索

广域云总线技术中的服务管理体系提供了广域范围服务访问机制和用于跨平台、跨语言数据交互的编解码技术，为智能电网调度控制系统广域数据传输和广域服务访问提供了技术支撑，提升了综合智能告警详细信息查询与检索的能力，从而使告警详细信息在广域范围内共享。采用广域云服务总线提供的协同管理、告警广域推送、告警信息缓存等技术，建立一点告警多点共享机制，实现了调度机构间告警详细信息的分布存储和集中分析，可用于准确评估故障或异常对全网的影响，这不仅有助于本调度机构的故障分析和处置，而且进一步支持调度机构间对电网故障的协同处置工作。

4 测试情况

在实验室中搭建一套智能电网调度控制系统测试环境，由四台服务器两两组成调度机构，分别模拟国调与网调的调度系统，两个调度机构间采用150 M带宽网络进行通信，服务器基本配置为：CPU 4颗，每颗8核，主频2.0 GHz，32 GB内存，300 GB×2 SAS硬盘，千兆网卡4个。测试系统中的国调系统基于广域云服务总线的综合智能告警功能在1 min内累计接受的访问数可达2 010个，可同时进行查询与检索客户端并发跨系统访问达1 009个，如图6所示。由测试系统中的网调系统向国调系统发送告警信息，使用每个大小为4 kB的告警消息体进行测试，基于广域云消息总线的综合智能告警功能跨系统实时发送和接收告警消息每秒可达701个，如图7所示。

图6 广域云服务总线监控界面

图7 广域云消息总线监控界面

5 结束语

本文针对现有智能电网调度控制系统中告警详细信息全局共享和系统间告警消息传输效率的问题,提出了解决方案，保证了大规模告警信息的广域实时同步及共享。与现有技术相比，告警消息的传递不再采用专门的订制通道，而采用通用的云总线技术，使综合智能告警功能中的告警推送和信息检索能力得以增强。基于广域云总线技术的综合智能告警功能下一步将在实际工程中示范应用。