调通中心能量管理系统(EMS)扩容和前置改造可行性研究报告.doc

重庆电网能量管理系统（EMS）扩容及前置系统改造
可行性研究报告

重庆电力调度通信中心
2005年8月15日

目录

一、系统现存的问题 1
二、升级改造的必要性 2
三、升级改造的可行性 3
四、升级改造方案 4
五、升级改造工程费用估算 7
六、升级改造的预期效果 9
七、工期安排 9

调通中心能量管理系统（EMS）于2000年7月投运，已运行5年。EMS系统的建成，使重庆市电力公司的调度自动化水平得到了很大的提高，并成为调度生产和运行不可缺少的技术支持和技术保障手段。EMS系统先后于2001年3月、2003年12月先后通过了国家电力调度通信中心组织的SCADA、AGC和PAS实用化验收，系统的技术水平和运行水平得到了各级领导和调度各专业技术人员的充分肯定。但是系统在运行较长时间后，其自身的一些局限和问题得到了逐步暴露：一方面硬件性能指标下降，另一方面由于数据采集网络与内部网络直接连接，网络带宽被系统内部网络通信流量和厂站网络通信流量共同占用，容易造成网络堵塞、系统功能故障等影响系统运行。另外，随着电网建设和发展的加快，目前EMS接入的厂站和系统容量已接近系统的设计容量，EMS系统在现有的基础上，要完成今后5年的运行任务必须对系统功能进行优化，对前置系统进行升级改造。
一、系统现存的问题
1．系统硬件设备性能指标落后，急需扩容改造。
EMS系统采用的原美国COMPAQ公司的ALPHA服务器和工作站。随着计算机技术的发展更迭，EMS系统的计算机系统各项指标逐步落后，备品备件的供应愈发困难。一旦故障，可能影响系统长时间运行。
EMS系统设备繁多：服务器、工作站、交换机、路由器、终端服务器等，每类设备都各自承担重要的功能,且运行了较长时间。今后几年，系统进入运行期限内的后期阶段，保证设备的正常运行更加重要。但系统投运后，由于系统功能模块的不断增加，系统设备负载加重，CPU负荷率高、内存空闲率低，不满足安全性评价的要求：“主机CPU负荷率在电力系统正常情况下任意30分钟内大于40%或在电力系统事故状态下任意10秒内大于60%扣50%标准分。”，使设备的现有技术能力不能满足系统今后5年的性能需求。同时在系统运行过程中我们认识到，系统的性能低下是造成系统不够稳定的重要原因之一，大大增加了系统全停的可能性。
所以必须对系统的相关设备进行扩容改造，保证系统设备性能维持在一定水平上。
2．EMS系统接入厂站数目接近系统设计接入容量规模，必须进行扩容改造。
EMS系统接入厂站设计容量为128路专线厂站，每个前置通信柜可以接入32路厂站。但由于每根通信电缆只有100对线，接4个前置通信柜，只能使每个前置通信柜各接入25路厂站。模拟通道测试柜现只剩余8 路厂站接入容量。按照近年厂站接入速度及十五电网建设规划，专线通信装置容量已不能满足系统今后5年的运行需求，必须及时进行专线通信容量扩容改造。
3．EMS数据采集网络与内部网络直接连接，容易造成网络堵塞，应建立独立的数据采集网络。
EMS系统当初设计时没有考虑网络互联的管理问题，数据采集网络与内部网络直接连接，网络带宽被系统内部网络通信流量和厂站网络通信流量共同占用，容易造成网络堵塞、系统功能故障等影响系统正常运行。
4、目前系统前置实时通信服务器采用的是按主备机值班模式，所有当前通信负载全部由主机承担，负载过重，容易造成系统死机、网络通信不畅发生双主机等故障，使系统不能接收厂站实时数据。
5、系统底层软件设计的局限，限制了系统可靠性的提高和功能的增加。
EMS系统已有5年的运行时间，投入了SCADA、AGC、PAS、DTS各项功能，开发了与其它调度专业系统的接口程序，并和国调、华中网调、三峡梯调交换数据；进行了WEB物理隔离安全改造、调度数据网络接入等工作。系统各项功能模块的增加，使系统软件复杂度增加。系统功能越来越复杂，降低了系统的稳定性和可靠性。
二、升级改造的必要性
经过对EMS系统前期运行情况的分析，我们认为对EMS系统进行扩容和前置系统升级改造十分必要。通过升级改造，可以达到如下目的：
1．解决系统硬件性能指标的问题，以满足安全性评价对系统硬件性能指标 的要求，提高系统运行稳定性和可靠性，使系统发生全停的几率大大降低。
2．解决系统接入厂站能力不足的问题，为今后电网建设和发展提供有力支持。系统升级改造后，可满足接入今后5年专线通信厂站的接入要求。
3．进行内部网络和数据采集通信网络分离，可以减少内部网络通信流量，降低网络拥塞程度，提高底层网络通信软件的可靠度。
4．改进前置实时通信服务器的值班模式：前置实时通信服务器目前采用的是按主备机值班模式，所有当前通信负载全部由主机承担，负载过重。值班模式改为按口值班模式后，可以使通信负载合理分配给两台前置实时通信服务器。既合理分配了服务器资源，又提高了厂站通信的可靠性。
5．对系统网络底层相关通信软件进行力所能及的优化，解决一些相关的缺陷，弥补系统原有设计的局限和不足，进一步提高系统性能和运行的稳定性和可靠性。
三、升级改造的可行性
对EMS系统在现有基础上进行升级改造是充分可行的，所需改造费用经估算只占原系统建设费用（三千万）的很小比例。系统升级改造侧重于网络分流、部分软件功能改造，各硬件设备无须更换，只扩容部分硬件。现EMS系统重要功能服务器全部是双机配置，因此扩容改造每台服务器交替进行，且只需短时间停机，不会影响系统运行。购买少量网络设备和前置专线通信设备，把前置通信网络和后台应用网络分离，流量分流，现国内近年投入的新系统都已采用此模式。由于厂站基本上是主备通道，可以分批分通道进行网络切换的改造工作，因此网络改造对系统运行的影响也非常小。更换的软件是在其他网省调得到了普遍应用，成熟度和可靠性可得到充分的保证。
在系统改造的实施过程中，首先，我们配合南瑞科技股份有限公司将会对系统现有问题进行深入分析，制定周密的系统升级改造的技术需求分析。其次，在运行现场，我们和南瑞科技股份有限公司将制定严谨周密的技术改造方案和安全技术措施，保证数据安全和软件改造工作进行的便利。EMS系统的双服务器配置可以使升级前后的系统应用将会平稳的切换，系统的稳定运行将会得到最大程度的保证。
四、升级改造方案
此次EMS系统改造升级工程包括以下几个主要部分：重要服务器进行硬件扩容、专线通信容量扩容改造、前置数据采集网络和系统内部运行网络分离改造及数据分流、部分软件功能改造。
1． 重要服务器进行硬件扩容
EMS系统各服务器分别承担不同的重要功能，不可缺少。但现在部分服务器CPU负荷率达到40%以上，不满足安全性评价的要求，甚至在某些极端情况，记录显示CPU负荷率达到80%以上，系统的应用非常缓慢，严重时导致“死机”情况产生，并且会随着服务器功能的增加而提高。依据现在服务器的资源消耗及以后的使用情况，EMS系统有5台ES40服务器目前为单CPU，需各扩一个CPU，10台ES40服务器中目前各自只有1G内存，其中2台因其为数据库服务器，承担了大量的数据存储和计算工作，需各扩为4G内存，其余8台需各扩为2G内存。
计划扩容升级的服务器见表1（CQ01-1、CQ02-1、CQ10-1已于去年完成了CPU扩容的工作，CQ03-1、CQ04-1已在AGC升级改造中考虑了CPU扩容）：
服务器
功能
扩容说明
CQ01-1
历史数据服务器
扩1G内存三个
CQ02-1
历史数据服务器
扩1G内存三个
CQ03-1
实时通信服务器
扩1G内存一个
CQ04-1
实时通信服务器
扩1G内存一个
CQ05-1
数据通信服务器
CPU一个；1G内存一个
CQ06-1
数据通信服务器
CPU一个；1G内存一个
CQ07-1
高级应用服务器
CPU一个；1G内存一个
CQ08-1
高级应用服务器
CPU一个；1G内存一个
CQ09-1
系统接口服务器
CPU一个；1G内存一个
CQ10-1
三区WEB服务器
扩1G内存一个
表1：服务器扩容表
经过对以上服务器进行CPU和内存的扩容，一方面提高设备的性能指标，另一方面也为系统软件改造和功能的增加打下良好的基础。
2． 专线通信容量扩容改造
目前专线通信接入厂站数已接近系统设计容量，为保证今后几年新建厂站通过专线接入系统，需及时完成专线通信设备的扩容。即对每个前置通信柜目前未能使用的端口（14路），增加通信接线，4个前置通信柜可增加28个专线通信厂站（收发主备通道）的接入能力。将系统现保留有一个数字通信测试柜，改造作为新的模拟专线通信测试柜，可使系统增加接入32个厂站的能力（收发主备通道），加上模拟通道测试柜现剩余的8 路厂站接入容量。预计每年新接入8个专线通信厂站，基本能满足今后5年的运行需求。或者新购置一个前置通信柜及附属设备，提供64个专线通信厂站的接入能力。
3．网络分离和数据分流改造：
EMS系统的网络改造，将建立独立的数据采集网段，包含调度数据专用通信网的厂站通信网段。建立独立的数据采集网段，目的是使系统的生熟数据分流。与RTU通讯的报文全部在新建的数据采集网段进行通信，前置机处理完的熟数据再送到主网上。数据采集网段与内部局域网网段分离，确保生熟数据分开使得网络畅通，提高应用软件运行的可靠性；网络干扰数据减少使得网络使用效率提高；最大配置全部是双冗余的，不仅能解决所有单点故障、双点交叉故障，而且能解决部分的三点交叉故障；对于数据采集网络的管理及使用是完全透明的，并能像前置系统其它设备一样被监视且给出报告；在数据采集网络硬件至少有一个网段正常的情况下，可以消除前置/实时服务器出现“双主机”的故障现象。网络拓扑结构见下图：

前置A机
前置B机
TSA GROUP A
TS GROUP B
ROUTER
SWITCHERS
CH A
CH B
#3 net
#4 net

终端服务器 TS B

切换箱

通道箱
端子排

图1：网络改造拓扑结构图
前置实时数据通信服务器集成IEC104的网络通信协议，确保网络协议与常规协议的主备。通过网络通讯的厂站及外部接口与通过专线通讯的厂站都进入前置系统并统一处理，分工更明确，一个口子对外，数据发布的一致性及其权威性；方便运行管理。
4．部分软件功能改造：
（1）网络通信软件改造。
EMS系统由于底层通信软件的局限，经常发生应用数据拥塞的故障，从而造成实时数据库不刷新、不同步，成为困扰维护人员的顽疾。EMS系统改造尽量解决网络底层通信软件的局限和不足，立足消除大量曾发生的网络通信故障。
（2）前置通信实时服务器增加“按口值班”功能，将原两台前置机的主备方式改为负荷均分方式运行，并实现一专一网的接入方式和对主、备通道分别监视、统计、报警的功能。
因为前置采集处理设备有许多不同功能的硬件，其中包含多台前置服务器、冗余配置的终端服务器、调制解调器以及路由器等主要设备，如果笼统地将设备划分为主用设备（值班设备）和备用设备，最大的问题是造成系统负荷不均衡及系统资源的浪费。由于计算机性能的不断稳定，机器及设备的故障率极低，备用方式下设备闲置，造成资源的浪费；同时备用设备的硬件也在随着时间在老化，部分硬件及一些功能未能被经常测试，运行过程中存在问题难以发现，一旦主用设备故障需切换时，备用设备能否顶上将是个没法掌握的未知数。
“按口值班”能很好地解决上述问题，不再单方面地将各种设备简单地划分为主用和备用，而是让每一个设备都发挥作用并且被监视。正常情况下，两台前置服务器分别对一部分厂站值班；终端服务器也不再是成组值班，而是被细划到每一个具体的端口。一个终端服务器上可能有某几个口值班，而另一终端服务器又有另外几个口值班。平时两台前置服务器交换各自值班厂站及非值班厂站的接收情况，同时对终端服务器值班口及非值班口都进行管理，一旦发现某个端口异常，若是备用则给出告警，若是值班口则进行端口切换并给出告警，而万一出现一台前置服务器停下，则将所有属于该机的值班厂站全部转移到另一台服务器上，降低了数据丢失的风险。增加对备通道的监视、统计、报警功能，一个厂站至少可以支持一路网络、一路专线通道。
五、升级改造工程费用估算

EMS前置系统升级改造工程费用估算见下表：
序号
设备
数量
价格（万元）
一
硬件

1
服务器扩容（CPU、内存）
5个CPU、14个1G的内存
104
2
网络交换机
2台
7
3
服务器网卡
4块
1.6
4
专线通信设备扩容

8

小计

120.6
二
软件

5
网络底层通信软件改造
1套
8
6
按口值班功能
1套
18
7
IEC104网络通信软件
1套
8
8
短期及超短期负荷预测系统接口及数据交换
1套
6

小计

40
9
设计联络会、培训及验收

3
10
工程调试费

5
合计
168.6
11
其它费用(采购/财务/税费,按工程费用15%计)
25.29
总计
193.89
注：短期及超短期负荷预测系统接口及数据交换是与调通中心方式处即将建设的短期及超短期负荷预测系统进行接口及数据交换
六、升级改造的预期效果
EMS系统改造完成后，可使系统的主机CPU负荷率满足《调度系统安全性评价》的要求，使之在电力系统正常情况下任意30分钟内小于40%，在电力系统事故状态下任意10秒内小于60%，系统性能和运行速度可得到较大提高，避免负荷率过高引起的“死机”情况发生；服务器的性能水平、可靠性随系统功能的改进同步提升；专线通信容量扩容改造解决了系统接入厂站能力不足的问题，为今后电网建设和发展提供有力支持；前置通信网络改造使厂站通信数据和系统应用网络数据分流，降低了网络拥塞的概率，使系统可靠性、网络管理的效率会得到极大的提高，系统能更好地为电网的安全经济调度服务。
七、工期安排
我们建议2005年下半年和厂家进行充分的技术交流和沟通，并对系统现状做认真深入的分析，制定切实可行的技术方案。2005年底，完成系统升级改造的商务谈判，签订技术协议书。2006年上半年完成系统升级改造任务。
由于EMS系统是生产运行系统，在升级改造过程中必须保证系统稳定可靠运行，必须保证升级改造完成后应用的平滑切换。

工程主要内容：系统服务器CPU和内存扩容、专线通信扩容、前置网段改造和部分软件功能完善。

列入计划的原因和效益：
调通中心能量管理系统（EMS）于2000年7月投运，已运行5年多，随着系统运行时间的增长和应用功能的不断增加，其自身的一些局限和问题得到了逐步暴露，一方面硬件性能指标下降，不满足安全性评价的要求，另一方面由于数据采集网络与内部网络直接连接，网络带宽被系统内部网络通信流量和厂站网络通信流量共同占用，容易造成网络堵塞、系统功能故障等影响系统运行。另外，随着电网建设和发展的加快，目前EMS接入的厂站和系统容量已接近系统的设计容量，EMS系统在现有的基础上，要完成今后5年的运行任务必须对系统功能进行优化，也必须进行厂站接入扩容改造和数据采集网段改造。
EMS系统改造后，可使系统性能指标大大提高，从而满足安全性评价的要求，其可靠性、稳定性和网络管理的效率也可得到较大提高，同时可满足电网发展和建设的需要，保证电网的安全经济调度。