发电厂电气监控前置系统负荷均衡设计的实现方法

摘要

本发明涉及电力系统中的电力通讯的方法，公开了一种前置通讯系统负荷均衡设计的实现方法。本方法中前置系统由多台前置机(4)组成，每台前置通过若干通道(2)接收和发送数据，每个RTU(数据源)(1)通过路径(3)与相应的通道相连，构成了数据流的线路。各个前置之间通过各自的控制中心同步RTU、路径和通道状态，维护动态和静态参数区，控制通道的数据处理和相互协调主备切换等功能。前置系统的如此划分可以很容易的实现多种运行模式组合，实现数据的分散采集，实现多机热备、多通道热备。采用此负荷均衡的方法可以，均衡系统负荷，提高并行处理能力和负载能力，提高了前置系统的可靠性和稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统自动控制领域，应用在发电厂电气自动化控制系统(FECS)中，该方法使用在通讯前置机中，是一种处理数据负荷均衡的实现方法。

技术背景

数据服务一直都是监控系统的灵魂，在系统中起到桥梁和枢纽的作用。CSPA2000-V1分布式电气主站系统(FECS《发电厂自动化系统》系统主站部分)中前置系统就是CSPA2000-V1系统数据服务器，是监控系统与数据源之间的枢纽和处理数据的核心。

前置系统与数据源之间的接口方式多种多样：以太网；串口232，485；Profibus-DP、CAN-BUS、Lonwork等总线网；GPRS无线网络等。

前置系统与数据源之间采用的规约方式也多种多样，既有纯问答，也有主动上送方式，还有主动上送与问答相结合的方式。比如：IEC608-70-5-101(DL/T 634.5101)，IEC608-70-5-104(DL/T 634.5104)，部颁CDT规约，DNP，MODBUS/TCP等。

前置系统支持各种数据类型，支持电力系统四遥数据，保护信息，文件流，媒体流等。

前置作为监控系统的枢纽，前置的稳定性、可靠性、准确性，实时性是监控系统的本质要求。作为走在我国科技创新前列的四方继保自动化有限公司，从我国电厂ECS系统的实际需求出发，发明一种具有自己知识产权的能够适应发电厂运行需要的基于RTU负荷均衡模式的前置系统。

实现负荷均衡模式前置系统的关键：能够实现前置多采集组运行；组内可以实现任务分流；实现多通道相互备用(多类型通道备用)；前置系统运行模式可配置(读线程，写线程，解释线程的灵活配置，以及轮询和事件触发方式的灵活选择)

发明内容

本发明提供一种前置通讯系统负荷均衡设计的实现方法，该方法包括：将数据源分成若干采集组，每个前置系统对应不同的采集组，所述前置系统包括若干台前置机，每台前置机进行相互的备份和任务分流，可以将前置系统数据源分散到几个前置机中进行并行处理，同时各个前置机又能够相互备份；每台前置机通过若干通道接收和发送数据，每个数据源通过路径与相应的通道相连，构成数据流线路；所述各个前置机还具有各自的控制中心，其特征在于：从所述数据源可以通过多个所述通道将数据传输到所述前置系统中；所述路径是指从所述数据源出发指向某一通道的一条数据流向，每个数据源可以配置多个路径到一条通道，每个路径可以配置优先级别，实现多通道互备、多种类型通道互备；数据分布在多台所述前置机内运行；所述数据源通过不同的路径连接到需要的通道上，并根据需要通过多条通道连接到不同的前置机，根据所述数据源类型和数据流量灵活的配置前置系统的运行模式。

本发明还包括以下几个方面：

(1)前置系统多采集组运行

每个前置系统属于不同的采集组，在大型监控系统中下面挂接的装置可能有数千台，测点数万个，此时单前置系统压力非常的大，可以采用不同的采集组的方式，将数据源分成若干组来采集和处理，均衡系统负荷，提高并行处理能力和负载能力。

(2)采集组内多台前置运行

在一个采集组内部可以有数台前置机运行，每台前置机进行相互的备份和任务分流，可以将前置系统数据源分散到几个前置机中进行并行处理，同时各个前置机又能够起到相互备份的作用。

(3)基于RTU的主备机制和数据机制

系统中将所有的RTU、FTU、模拟屏、子站，单个装置，转发系统等都作为同等的可通信设备对待，通讯规约中只要能唯一确定测点，即可抽象为RTU。RTU在系统中抽象为基本的通讯数据源。前置系统中的数据流向无一例外的以RTU为起点通过路径向四处辐射。

(4)引入路径概念

引进路径的概念，路径是指从RTU(数据源)出发指向某一通道的一条数据流向。每个RTU可以配置多个路径(每个路径可以配置优先级别)到通道，实现多通道互备、多种类型通道互备。

(5)灵活配置系统的运行模式

前置系统的运行模式可以灵活配置，根据不同的数据源类型和数据量进行运行模式的选择，以便更好的支撑各种应用场合。系统采用多线程技术，线程数量灵活配置，读线程、写线程、解释线程灵活配置，读线程到解释线程可事件触发和定时处理，到写线程可事件触发和定时处理。

在具体实现(2)(3)(4)(5)中，该实现方法还包括：

每个通道独立的接收发送缓冲区动态管理(包括动态创建和动态回收)；

共享内存技术(静态参数区、动态数据区)，用来提供给各前置系统的工具使用；

采用系统内部的规约和通讯机制实现前置间的数据同步，实现RTU、路径和通道等运行状态的同步，以及切换时SOE、变化遥信、保护事件的数据同步；

附图说明

图1是前置处理数据类型图

图2是前置系统采集组结构图

图3是前置系统通道负荷均衡示意图

图4是前置系统路由决策和同步信息示意图

图5是前置线程运行模式图

具体实施方式

本申请中用到的专门术语：

FEP：front-end processor前置机

通道：指为数据流提供载体的隧道(可以是虚拟的)

RTU：是指连接于通道的通讯管理机或者控制设备，亦可为子站系统

ROUTE：每个RTU所连接通道的路径。

RTDB：实时数据库

图1示意了前置机中能够处理的数据类型，前置机可以处理文件流、媒体流和保护信息流；按照电力系统数据类型分可以处理电力系统的4遥数据，遥测、遥信、遥脉、遥控。

图2示意了前置区分采集组的结构图。在电厂的应用中由于数据量非常大，实时性要求比较高，因此将所有的数据分成n个采集组(Groupl---Groupn)；每组内最多可配置4台前置机，这4台前置机分担该采集组所采集数据的负荷(具体的见示意图3)，同时该4台前置机还有互相备份的作用。

参照图2的前置系统采集组结构图。

对于发电厂系统中，发电厂厂用电设备往往有上千台，因此通讯压力比较大，此时可以采用不同的采集组的方式，将数据源分成若干组来采集和处理，均衡系统负荷，提高并行处理能力和负载能力。由图可以看出，前置可以分成若干的采集组，采集组内可以有几台前置机(目前设计可以1至4台前置机相互备用)。所有的数据处理后进入实时数据库。

图3示意了一个通讯采集组内部中的各个前置机负荷均衡的原理，从示意图中可以看出6个RTU(数据源)分散到了3台前置机中去处理，同时各个前置机又起到相互备份的作用，提高了系统数据处理的并行性、实时性和可靠性，有效地减轻了每台前置机的数据负荷。

参照图3的前置系统通道负荷均衡示意图。

图中简化了通道备用方式，一般每个前置中都有RTU的三个通道，为了更清晰的说明问题，本图中采用一个前置中只有RTU的一个通道

图中配置如下：

FEP1

RTU1→路径11→通道11

RTU2→路径21→通道21

RTU3→路径31→通道31

RTU4→路径41→通道41

RTU5→路径51→通道51

RTU6→路径61→通道61

FEP2

RTUi→路径12→通道12

RTU2→路径22→通道22

RTU3→路径32→通道32

RTU4→路径42→通道42

RTU5→路径52→通道52

RTU6→路径62→通道62

FEP3

RTUi→路径13→通道13

RTU2→路径23→通道23

RTU3→路径33→通道33

RTU4→路径43→通道43

RTU5→路径53→通道53

RTU6→路径63→通道63

由此结合图中可以看出，6个RTU可以通过不同的路径指向3个前置机的不同通道。

每条通道可以指定运行于哪一个前置节点，这样在初始化时，该条通道优先处理数据，当通道出现问题时，通道再自动切换。

每条路径可以设置优先权，这样处理的好处是可以选择通讯稳定和高速的通道，比如，RTU采用串口、CAN和以太网3通道相互备份，则可以将指向以太网的路径优先权置成最高、CAN网置成次高，这样系统会优先采用以太网方式，然后是CAN网，在两者均出问题时采用串口方式。

如图所示，根据配置前置系统运行后，每个前置机的6个通道中各有两个通道在做数据处理，其余4个通道热备用。当处理数据的通道状态发生了问题后，自动切换到其他前置的通道处理数据，起到了均衡负荷的作用。

前置之间同步RTU状态、通道状态、路径状态以及路由决策策略。如图4所示。前置机中有静态数据区和动态数据区，分别存放前置通讯参数、配置参数和运行参数。

图4示意了前置系统路由决策和同步信息的处理，每个采集组内的各台前置机同步通道和RTU状态，以提供给前置机中的路由决策模块。

图5示意了前置机中线程运行图。前置系统的运行方式可以根据不同应用环境进行配置。通道读线程、写线程和解释线程的数目可配，到读线程事件触发、到写线程事件触发、读线程到解释线程事件触发可配，也可采用定时方式。

参照图5的前置线程运行模式图。

前置系统的运行方式可以根据不同应用环境进行配置。通道读线程、写线程和解释线程的数目可配，到读线程事件触发、到写线程事件触发、读线程到解释线程事件触发可配，也可采用定时方式。