CN106878466B - 一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其包括通过系统网络总线连接的实时控制区、非生产控制区和生产管理区；实时控制区包括运行监控模块和数据服务模块，运行监控模块从电厂监控系统获取各水电厂运行数据，并传输至数据服务模块，存储为生产数据；非生产控制区包括生产数据交换平台，生产数据交换平台连接实时控制区中的数据服务模块，以获取生产数据；生产管理区包括管理数据交互平台，以及生产数据管理模块；管理数据交互平台从非生产控制区的生产数据交换平台中获取生产数据，生产数据管理模块对获取到的生产数据进行管理。利用本发明可对水电厂机组设备进行一体化的数据管理和设备控制，管控效率较高。

Description

一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台

技术领域

本发明涉及水电机组远程控制技术领域，特别是一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台。

背景技术

建设水电机组数据管理和设备控制一体化平台，主要目的是为了提高水电厂的综合运行效益、改善水电厂运行员工的工作和生活条件。为了统一水电机组数据管理和设备控制一体化平台建设的基本原则与标准，借鉴国内外先进经验，制定相应的技术标准及技术方案。

水电机组数据管理和设备控制一体化平台既可以远程监视和控制水电厂，又可提供水电机组状态统计和分析、各项运行指标统计和分析，同时可以接入水调自动化系统、电能量采集、保护及故障录波等，为生产运行管理提供需要的参考数据，为考核与评估等管理工作提供信息化支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其可对水电厂机组设备和运行数据进行一体化的管控，且管控效率较高。

本发明采取的技术方案具体为：一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台，包括通过系统网络总线连接的实时控制区、非生产控制区和生产管理区；相邻区之间的系统网络总线分别通过交换机相连；

实时控制区包括分别接入系统网络总线的运行监控模块和数据服务模块，运行监控模块通过防火墙接入水电厂计算机监控系统所在网络，以获取各水电厂运行数据，传输至数据服务模块，存储为生产数据；运行监控模块基于所获取的水电厂运行数据，监控各水电厂机组设备的运行；

非生产控制区包括分别接入系统网络总线的数据集成服务器、第一磁盘阵列、高级应用服务器和通信服务器；数据集成服务器通过系统网络总线从实时控制区的数据服务模块获取水电机组运行数据，存储至第一磁盘阵列中，并通过系统网络总线向非生产控制区的其它设备广播数据包；高级应用服务器基于水电机组运行数据，对各水电厂机组设备进行包括AGC和AVC的运行控制；通信服务器中设有用于连接外部水调自动化系统、电能量采集系统、保护及故障录波系统的通信接口；

生产管理区包括分别接入系统网络总线的数据服务器、第二磁盘阵列和WEB服务器；数据服务器从非生产控制区获取生产数据存储至第二磁盘阵列中，并将获取到的生产数据广播到生产管理区系统总线网络中；WEB服务器接入WEB网络中，以根据WEB网络中的数据请求从数据服务器中获取相应生产数据并发布。

本发明系统中，实时控制区对应安全Ⅰ区，非生产控制区对应安全Ⅱ区，生产管理区对应安全Ⅲ区；安全Ⅰ区可通过计算机实现对水电厂的实时监控，安全Ⅱ区用于生产数据的交换，安全Ⅲ区获取生产数据，并对数据进行管理，进而实现与其它外部系统之间的管理数据交换。本发明生产管理区对生产数据的管理可包括生产报表管理，电站机电设备状态检测及备品备件管理，分析、诊断、评估及检修决策数据管理，报价辅助决策数据管理等。

进一步的，本发明还包括信息管理区，信息管理区包括信息管理模块，信息管模块通过WEB网络连接生产管理区的WEB服务器，以获取生产数据，并对生产数据进行管理。信息管理模块可根据实际需要设计成分别对应多种应用服务的模块，如既有的公司办公自动化系统、生产信息管理系统、对外数据通信系统或会商系统等。信息管理区对应安全Ⅳ区。

优选的，信息管理区与生产管理区之间的网络上设有防火墙；实时控制区与非生产控制区之间的系统网络总线上设有防火墙。

本发明区域之间硬件防火墙的设置可保证系统的安全防护，可辅以现有技术在各区内部建立入侵检测系统，实现数据包过滤检测、状态检测、入侵检测、入侵防御等，通过安全策略，保证各区域的运行安全。

优选的，本发明中，生产管理区的管理数据交互平台通过单向安全物理隔离装置连接非生产控制区的生产数据交换平台；管理数据交互平台包括数据同步接收服务单元，生产数据交换平台包括数据同步发送服务单元，管理数据交互平台与生产数据交换平台之间通过数据同步发送服务单元和数据同步接收服务单元实现生产数据的同步，使得管理数据交互平台获取到生产数据。也即，本发明中，安全Ⅲ区不能直接访问安全Ⅱ区的数据，可保证安全Ⅱ区的运行安全，但需要把安全Ⅱ区的数据同步到安全Ⅲ区，数据同步服务单元实现了安全Ⅱ区的数据通过正向隔离装置同步到安全Ⅲ区的功能。对于实时数据，其数据具有极强的时效性，安全Ⅲ区在接收到数据后，覆盖原有的实时数据，因此如果丢失报文，用后面的报文也可以满足要求，因此可以采用UDP/Multicast模式实现数据实时同步。对于历史数据和其它数据采用关系数据库增量同步算法来实现，为现有技术。

进一步的，本发明实时控制区还包括系统配置模块、运算模块、报警模块和通信服务模块。

优选的，本发明实时控制区中，数据服务模块包括分别用于存储生产实时数据和生产历史数据的实时数据库服务单元和历史数据库服务单元，两者分别包括独立的数据服务器和磁盘阵列。

优选的，本发明非生产控制器区还包括接入系统网络总线的培训工作站，培训工作站采用计算机，用于方便提供用户培训的界面，可设置从系统网络总线中获取有限的运行数据资源，为培训所用。

优选的，本发明非生产控制区中，所述数据集成服务器包括互为冗余的第一数据集成服务器和第二数据集成服务器，两者分别连接第一磁盘阵列，并接入系统网络总线。数据集成服务器皆采用计算机，用于数据的集成和数据广播。

优选的，本发明生产管理区中，所述数据服务器包括互为冗余的第一数据服务器和第二数据服务器，两者分别连接第二磁盘阵列，并接入系统网络总线。数据服务器皆采用计算机，用于数据的处理和数据广播。

优选的，本发明生产管理区包括生产数据管理模块，生产数据管理模块包括数据采集与记录单元和数据库集群管理单元。

有益效果

本发明通过水电机组数据管理和设备控制一体化平台实现了由集控中心面向各水电厂的管控一体化，既可以远程监视和控制水电厂，又可提供水电机组状态统计和分析、各项运行指标统计和分析所需的数据，同时可以接入水调自动化系统、电能量采集系统、保护及故障录波系统等外部相关系统，为生产运行管理提供需要的参考数据，也为考核与评估等管理工作提供信息化支持。

附图说明

图1所示为本发明平台系统架构图；

图2所示为本发明平台架构示意图；

图3所示为本发明平台硬件网络结构示意图；

图4所示为本发明平台数据流向示意图；

图5所示为本发明平台软件架构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本发明的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，以实现“数据采集、设备控制、数据展示、数据存储、数据处理”为目标，兼顾生产数据发布，统计分析等功能，同时通过实时数据管理系统为“远程诊断平台”等外部系统提供基础数据服务。

参考图1和图3所示，本发明的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，包括通过系统网络总线连接的实时控制区、非生产控制区和生产管理区；相邻区之间的系统网络总线分别通过交换机相连；

实时控制区包括分别接入系统网络总线的运行监控模块和数据服务模块，运行监控模块通过防火墙接入各水电厂计算机监控系统所在网络，以获取各水电厂运行数据，传输至数据服务模块，存储为生产数据；运行监控模块基于所获取的水电厂运行数据，监控各水电厂机组设备的运行；图1中，远控计算机监控系统即包括运行监控模块和数据服务模块，以及其它可辅助服务于水电厂机组设备控制和数据服务的计算机等设备。

非生产控制区包括分别接入系统网络总线的数据集成服务器、第一磁盘阵列、高级应用服务器和通信服务器；数据集成服务器通过系统网络总线从实时控制区的数据服务模块获取水电机组运行数据，存储至第一磁盘阵列中，并通过系统网络总线向非生产控制区的其它设备广播数据包；高级应用服务器基于水电机组运行数据，对各水电厂机组设备进行包括AGC和AVC的运行控制；通信服务器中设有用于连接外部水调自动化系统、电能量采集系统、保护及故障录波系统的通信接口；

生产管理区包括分别接入系统网络总线的数据服务器、第二磁盘阵列和WEB服务器；数据服务器从非生产控制区获取生产数据存储至第二磁盘阵列中，并将获取到的生产数据广播到生产管理区系统总线网络中；WEB服务器接入WEB网络中，以根据WEB网络中的数据请求从数据服务器中获取相应生产数据并发布。

实施例

参考附图，本发明系统中，实时控制区对应安全Ⅰ区，非生产控制区对应安全Ⅱ区，生产管理区对应安全Ⅲ区；安全Ⅰ区可通过计算机实现对水电厂的实时监控，安全Ⅱ区用于生产数据的交换，安全Ⅲ区获取生产数据，并对数据进行管理，进而实现与其它外部系统之间的管理数据交换。

进一步的，本发明还包括信息管理区，信息管理区包括信息管理模块，信息管模块通过WEB网络连接生产管理区的管理数据交互平台，以获取管理数据。信息管理模块可根据实际需要设计成分别对应多种应用服务的模块，如既有的公司办公自动化系统、生产信息管理系统、对外数据通信系统或会商系统等。信息管理区对应安全Ⅳ区，如图1所示。

参考图4和图5所示，本发明实时控制区还包括系统配置模块、运算模块、报警模块和通信服务模块，各模块可分别采用计算机实现，具体应用功能参考图5所示。

系统配置模块用于对数据处理和设备监控各项任务参数进行配置，实现系统的工程化，包括集控项目配置、节点树属性配置、智能报警配置、统计运算配置等，其中，集控项目配置时，按照四层结构模式配置集控项目，对项目数据库进行建模，为后续IEC61850接入提供基础条件；同时实现和现有的水电厂监控系统控制模块关联，为后续的统计运算和控制做好接口准备工作；节点树属性配置中，由于集控项目的每一个层级对应的数据点是相同的，因此设定一个节点属性配置界面，用于同一规划各个层级的数据点，实现数据的标准化。

运算模块用于实现各种指标分析，或者进一步生成调度策略提供给调度系统，或者为运行监控模块的部分实时监控功能提供数据基础。

报警模块中，可配置智能报警运算策略，用于实现多级别报警；提供配置界面，实现算法配置同时提供语法高亮、语法检查等必要的功能；实现和脚本和实时数据库关联。实现《远程集控平台技术标准》中有关报警信息点的配置，实现报警信息规范化；同时实现“远程集控管理制度”中规定的必要的应急处理、报警、ONCALL等功能。

通信服务模块中，本发明水电机组数据管理和设备控制一体化平台通过IEC60870-5-104通信协议协议或按调度机构要求的通信协议实现与上级调度机构的数据通信，数据传输通道包括2Mbps专线通道和调度数据网。

电站通过IEC 60870-5-104通信协议或者IEC 61850 标准MMS协议进行与集控中心的数据通信，实现电站遥信和遥测数据的上送、集控中心遥控和遥调指令的接收功能，数据传输通过集控调度数据网实现，传输通道包括光纤通道和卫星通道，光纤通道为双通道冗余，卫星通道为应急通道。

水电机组数据管理和设备控制一体化平台通过IEC 60870-5-104通信协议或IEC61850 标准MMS协议实现与集团公司生产营销实时监管系统前置机的数据通信，向集团公司生产营销实时监管系统转发梯级电站生产实时数据。

水电机组数据管理和设备控制一体化平台通过IEC 60870-5-104通信协议或IEC61850标准 MMS协议实现与集控内部数据平台等的数据通信。

本发明实时控制区中，数据服务模块包括分别用于存储生产实时数据和生产历史数据的实时数据库服务单元和历史数据库服务单元，两者分别包括独立的数据服务器和磁盘阵列。即本发明实时控制区提供了实时数据库接口和历史数据库接口，方便其它模块对数据的调取和访问。

实时控制区与非生产控制区之间的系统网络总线上设有防火墙。信息管理区与生产管理区之间的网络上设有防火墙。本发明在设计过程中严格遵守《电力二次系统安全防护规定》和《电力行业信息系统安全等级保护基本要求》的相关内容，按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则进行安全防护设计。

实时控制区（安全Ⅰ区）与非生产控制区（安全Ⅱ区）之间设有硬件防火墙进行隔离，非生产控制区（安全Ⅱ区）与管理信息大区（安全Ⅲ区）与通过横向隔离装置进行隔离，并在各区内部建立了入侵检测系统，实现数据包过滤检测、状态检测、入侵检测、入侵防御等，通过安全策略，保证主机系统的运行安全。

本发明区域之间硬件防火墙的设置可保证系统的安全防护，可辅以现有技术在各区内部建立入侵检测系统，实现数据包过滤检测、状态检测、入侵检测、入侵防御等，通过安全策略，保证各区域的运行安全。

本发明中，在安全Ⅱ区中有大量的历史数据或其它非实时数据，其数据量随着时间的积累，会变得非常庞大，一年将有几十GB的数据量，不可能每次同步把所有的数据全部传输，因此本发明使用增量同步实现数据的同步获取。

本发明正向同步数据组织方法：把要同步的非实时数据，根据时间和其它指标进行排序，然后按照一定的规则进行分组，再对这些分组数据进行统一编码，实现一个数据分组编号，该编号作为数据光标，在数据同步的过程中，把数据光标一同发送。后续可以利用该光标值实现数据的自动校核。

即，本发明中生产管理区的管理数据交互平台通过单向安全物理隔离装置连接非生产控制区的生产数据交换平台；管理数据交互平台包括数据同步接收服务单元，生产数据交换平台包括数据同步发送服务单元，管理数据交互平台与生产数据交换平台之间通过数据同步发送服务单元和数据同步接收服务单元实现生产数据的同步，使得管理数据交互平台获取到生产数据。也即，本发明中，安全Ⅲ区不能直接访问安全Ⅱ区的数据，可保证安全Ⅱ区的运行安全，但需要把安全Ⅱ区的数据同步到安全Ⅲ区，数据同步服务单元实现了安全Ⅱ区的数据通过正向隔离装置同步到安全Ⅲ区的功能。对于实时数据，其数据具有强的时效性，安全Ⅲ区在接收到数据后，覆盖原有的实时数据，因此如果丢失报文，用后面的报文也可以满足要求，因此可以采用UDP/Multicast模式实现数据实时同步。对于历史数据和其它数据采用关系数据库增量同步算法来实现，为现有技术。

本发明生产管理区中，所述生产数据管理模块还包括数据采集与记录单元和数据库集群管理单元。本发明对生产数据的管理可包括生产报表管理，电站机电设备状态检测及备品备件管理，分析、诊断、评估及检修决策数据管理，报价辅助决策数据管理等。

本发明水电机组数据管理和设备控制一体化平台实现了面向水电厂的管控一体化平台，既可以远程监视和控制水电厂，又可提供水电机组状态统计和分析、各项运行指标统计和分析所需的数据，同时可以接入水调自动化系统、电能量自动采集系统、保护及故障录波等外部相关系统，为生产运行管理提供需要的参考数据，也为考核与评估等管理工作提供信息化支持。

Claims (8)

1.一种水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，包括依次通过系统网络总线连接的实时控制区、非生产控制区和生产管理区；相邻区之间的系统网络总线分别通过交换机相连；

实时控制区包括分别接入系统网络总线的运行监控模块和数据服务模块，运行监控模块通过防火墙接入各水电厂计算机监控系统所在网络，以获取各水电厂运行数据，并传输至数据服务模块，存储为生产数据；运行监控模块基于所获取的水电厂运行数据，监控各水电厂机组设备的运行；

非生产控制区包括分别接入系统网络总线的数据集成服务器、第一磁盘阵列、高级应用服务器和通信服务器；数据集成服务器通过系统网络总线从实时控制区的数据服务模块获取水电机组运行数据，存储至第一磁盘阵列中，并通过系统网络总线向非生产控制区的其它设备广播数据包；高级应用服务器基于水电机组运行数据，对各水电厂机组设备进行包括AGC和AVC的运行控制；通信服务器中设有用于连接外部水调自动化系统、电能量采集系统、保护及故障录波系统的通信接口；

生产管理区包括分别接入系统网络总线的数据服务器、第二磁盘阵列和WEB服务器；数据服务器从非生产控制区获取生产数据存储至第二磁盘阵列中，并将获取到的生产数据广播到生产管理区系统总线网络中；WEB服务器接入WEB网络中，以根据WEB网络中的数据请求从数据服务器中获取相应生产数据并发布；

生产管理区通过单向安全物理隔离装置连接非生产控制区；生产管理区包括数据同步接收服务单元，非生产控制区包括数据同步发送服务单元，生产管理区与非生产控制区之间通过数据同步发送服务单元和数据同步接收服务单元实现生产数据的同步，使得生产管理区获取到生产数据；

生产数据同步时：对于实时数据，采用UDP/Multicast模式实现数据实时同步，生产管理区接收到数据后，覆盖原有的实时数据；对于历史数据和其它数据，采用关系数据库增量同步算法实现数据同步；

非实时数据的同步方法为：把要同步的非实时数据，根据时间和其它指标进行排序，然后按照一定的规则进行分组，再对这些分组数据进行统一编码，实现一个数据分组编号，将该编号作为数据光标，在数据同步的过程中，把数据光标一同发送。

2.根据权利要求1所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，还包括信息管理区，信息管理区包括信息管理模块，信息管理模块通过WEB网络连接生产管理区的WEB服务器，以获取生产数据，并对生产数据进行管理。

3.根据权利要求2所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，信息管理区与生产管理区之间的网络上设有防火墙；实时控制区与非生产控制区之间的系统网络总线上设有防火墙。

4.根据权利要求1所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，实时控制区还包括系统配置模块、运算模块、报警模块和通信服务模块。

5.根据权利要求1所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，实时控制区中，数据服务模块包括分别用于存储生产实时数据和生产历史数据的实时数据库服务单元和历史数据库服务单元，两者分别包括独立的数据服务器和磁盘阵列。

6.根据权利要求1所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，生产管理区包括生产数据管理模块，生产数据管理模块包括数据采集与记录单元和数据库集群管理单元。

7.根据权利要求1所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，非生产控制区中，所述数据集成服务器包括互为冗余的第一数据集成服务器和第二数据集成服务器，两者分别连接第一磁盘阵列，并接入系统网络总线。

8.根据权利要求1所述的水电机组数据管理和设备控制一体化平台，其特征是，生产管理区中，所述数据服务器包括互为冗余的第一数据服务器和第二数据服务器，两者分别连接第二磁盘阵列，并接入系统网络总线。