基于Redis的风电场SCADA系统双机热备系统的制作方法

基于redis的风电场scada系统双机热备系统
技术领域
1.本发明主要涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于redis的风电场scada系统双机热备系统。


背景技术：

2.随着风力发电安全形势日渐严峻，电力安全防护意识逐渐增强。风电场对数据采集与监视系统(scada系统)的功能需求增多，从而对风电场scada系统可靠性的要求越来越高。其中，监控系统的双机热备功能作为电网安全防护必备要求，能够冗余保障scada系统的高可用性。然而，当前运营风场scada系统大多采用双机冷备模式，即主备机之间彼此独立，主机承担scada系统存储和通讯业务，备机只做数据备份；在主机故障时，通过停机方式实现主备切换。这种模式存在业务恢复时间，在该段时间无法对外提供监控业务。因此，该模式无法满足当前电网对scada系统的高可用性要求。
3.如图1所示为风电场scada系统冷备模式的数据流示意图。一般隶属第三方通讯侧的电网、区域调度通过第三方通讯模块向scada系统通讯端下发能量调度指令，scada系统通讯端收到指令后，将指令反馈给承担主业务的scada系统主机a，经过核心业务模块处理后，通过环网将指令分发至风电场每台风机，实现端到端的能量调度指令下达。在经过指令执行周期后，scada系统将执行后的风电场能量状态经通讯端反馈至第三方通讯处，并最终汇总至电网调度侧，支持其区域调度决策。同时，风电场侧运维用户人员通过scada系统客户端下达风机调度指令，scada系统主机a接收指令后，经环网向风电机组下发指令，风电机组执行完指令后，反向将风电机组运行状态反馈至scada系统，并最终呈现至scada系统客户端，供用户人员监控。以上是风电场scada系统核心业务指令、数据流机制，其中scada系统主机a承担指令上传下达及数据存储功能。为确保场站侧scada系统的数据可用性，其部署一般采用冗余备份方式。以往考虑备份方式的难易程度、时间和经济成本，风电场scada系统的冗余备份通常采用冷备模式，新增scada监控系统备机b链路，即主备机分别经由核心交换机与风电机组、第三方通讯以及客户端进行通讯，彼此间独立运行无监测通讯，并由人工指定双机之间主备次序，主机承担scada系统全部核心业务，备机仅承担数据的备份业务，主备机之间数据不同步。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种成本低、有效提高风电场scada系统数据可用性和功能可靠性的基于redis的风电场scada系统双机热备系统。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种基于redis的风电场scada系统双机热备系统，包括第一scada监控系统和第二scada监控系统，所述第一scada监控系统内设有第一热备监视模块、第一数据同步模块和第一主备标识，所述第二scada监控系统内设有第二热备监视模块、第二数据同步模块和
第二主备标识，所述第一热备监视模块与第二热备监视模块均定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识，并彼此间互相进行心跳通讯；所述第一数据同步模块与第二数据同步模块通讯相连，用于定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识，并根据第一主备机标识和第二主备机标识进行数据同步或备份；其中各主备机标识通过对应热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述第一scada监控系统和第一scada监控系统的第三方通讯端、常规业务模块和场站客户端均对第一主备机标识和第二主备机标识进行定期识别以判定主备机角色。
9.所述第一主备机标识通过第一热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成，并以键值对方式存放于第一redis数据库中，并设置时间周期属性；所述第二主备机标识通过第一热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成，并以键值对方式存放于第二redis数据库中，并设置时间周期属性。
10.本发明还公开了一种基于如上所述的基于redis的风电场scada系统双机热备系统的热备方法，包括步骤：
11.第一热备监视模块和第二热备监视模块定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识，并彼此间互相进行心跳通讯；
12.数据同步模块定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识；当判定第一主备机标识和第二主备机标识处于正常状态时，启动数据同步机制，增量核对第一scada监控系统和第二scada监控系统中数据库的数据；
13.第一scada监控系统和第二scada监控系统的第三方通讯端和场站客户端分别对第一主备机标识和第二主备机标识进行定期识别，判定主备机角色后，向主机发送调度和风机控制指令；
14.主机对应的scada监控系统的常规业务模块接收到调度和风机控制指令后，并确认对应所属的主备机标识为主机角色后，向风电机组下达执行指令。
15.作为上述技术方案的进一步改进：
16.在风电机组执行指令后，风电机组反馈的状态信息将通过主备机标志为主机角色的scada监控系统对应的常规业务模块分别上送至第三方通讯端和场站客户端，完成指令反馈操作。
17.在第一热备监视模块和第二热备监视模块定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识后，在当遇到异常情况时，第一热备监视模块和第二热备监视模块按照既定策略维护自身所属监控的主备机标识。
18.所述既定策略具体分三种情况，分别为：
19.第一种，第一热备监视模块和第二热备监视模块的生命信号，以及第一主备机标识和第二主备机标识状态正常情况下，各热备监视模块根据预设主备信息维护设置对应的主备机标识状态；
20.第二种，第一热备监视模块生命信号和第一主备机标识状态正常，第二热备监视模块获取信息异常情况下，将第一主备机标识设置为主机状态；
21.第三种，第二热备监视模块生命信号和第二主备机标识状态正常，第一热备监视模块获取信息异常情况下，将第二主备机标识设置为主机状态。
22.在执行周期任务过程中，如果发生信号异常、主备机标识切换事件时，将记录关键事件，供备案溯源用；当一个周期任务执行完成后，会判断是否接收到终止任务信号，如果不是，则进入下一个循环周期；如果是，则退出。
23.各所述主备机标识通过对应热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成，并以键值对方式存放于对应redis数据库中，并设置时间周期属性；各所述主备机标识在时间周期属性到期之前没有得到再次维护性设置时，将自动注销。
24.在增量核对第一scada监控系统和第二scada监控系统中数据库的数据时，当出现数据缺失时，建立数据流，进行数据增量备份。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.本发明基于redis数据库的ttl机制，在现有scada系统双机冷备模式上，通过增加插件式模块组件实现了scada系统双机热备功能，促使风电场scada系统核心业务在主机故障时，能自动切换至备机，维持scada系统的正常监控功能与通讯业务；该发明充分适应风电场监控设备未来的高可靠性需求，在不增加硬件设施的情况下，可持续性满足对风电场监控系统日益精细化的运维管理需求，有效提高风电场scada系统数据可用性和功能可靠性。
附图说明
27.图1为现有技术中的scada系统冷备模式风电场数据流示意图。
28.图2为本发明scada系统双机热备系统在实施例的方框结构图。
29.图3为本发明scada系统双机热备方法在实施例的流程图。
具体实施方式
30.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
31.如图2所示，本发明实施例的基于redis的风电场scada系统双机热备系统，包括第一scada监控系统(图2中scada监控系统服务端a)和第二scada监控系统(图2中scada监控系统服务端b)，第一scada监控系统内设有第一热备监视模块(图2中热备监视模块a)、第一数据同步模块(图2中数据同步模块a)和第一主备标识，第二scada监控系统内设有第二热备监视模块(图2中热备监视模块b)、第二数据同步模块(图2中数据同步模块b)和第二主备标识，第一热备监视模块与第二热备监视模块均定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识，并彼此间互相进行心跳通讯；第一数据同步模块与第二数据同步模块通讯相连，用于定期轮询第一主备机标识和第二主备机标识，并根据第一主备机标识和第二主备机标识进行数据同步或备份；其中各主备机标识通过对应热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成。
32.由于风电场scada系统的高可用不仅包括数据采集与存储业务的冗余高可用，还包括电网、调度等第三方通讯业务的高可用。风电场scada系统的双机热备是集风电机组数据存储、状态监控以及第三方通讯的功能完备性冗余热备，即scada系统实现主机故障不停机核心业务自动切换至备机的热备功能。
33.本发明基于redis实时数据库键值生命周期(time to live,ttl)机制，通过部署插件式scada系统热备监视模块，实时动态维护对应的主备机标识；scada数据同步服务模
块、第三方通讯端以及scada常规业务模块根据主备机标识状态，识别自身所属服务器，并根据既定主备切换策略，决定相关业务的连接端；同时，当主备监控业务发生切换时，记录切换动作关键事件，并向客户端发送主备切换信息，提醒运维人员进行相关检查，及时处理故障；该方法在不增加硬件成本的情况下，有效提高风场监控业务的可靠性和可用性。
34.在一具体实施例中，第一scada监控系统和第一scada监控系统的第三方通讯端、常规业务模块和场站客户端均对第一主备机标识和第二主备机标识进行定期识别以判定主备机角色，再根据主备机角色进行相应工作。
35.在一具体实施例中，第一主备机标识通过第一热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成，并以键值对方式存放于第一redis数据库中，并设置时间周期属性；第二主备机标识通过第一热备监视模块基于redis数据库的ttl机制创建而成，并以键值对方式存放于第二redis数据库中，并设置时间周期属性。其中当该标识在时间周期属性到期之前没有得到再次维护性设置时，将自动注销。
36.如图3所示，本发明实施例还公开了一种基于如上所述的基于redis的风电场scada系统双机热备系统的热备方法，包括步骤：
37.预设scada监控系统a为主机，scada监控系统b为备机；各热备监视模块定期轮询a、b机上的主备机标识，并彼此间互相进行心跳通讯；当遇到异常情况时，热备监视模块按照既定策略维护自身所属监控的主备机标识；
38.数据同步模块定期轮询a、b机上主备机标识；当判定双机的主备机标识处于正常状态时，启动数据同步机制，增量核对双机数据库中数据；当出现数据缺失时，建立数据流，进行数据增量备份；
39.然后，各scada监控系统的第三方通讯端和场站客户端分别对双机上的主备机标识进行定期识别，判定主备机角色后，向主机发送调度和风机控制指令；
40.最后，scada监控系统的常规业务模块接收到调度和风机控制指令，并识别本机所属的主备机标识为主机角色后，向风电机组下达执行指令；
41.风电机组指令执行周期完成后，反馈的状态信息将通过主备机标志为主机角色的scada监控系统的常规业务模块分别上送至第三方通讯端和场站客户端，完成指令反馈操作。
42.在一具体实施例中，在各scada监控系统的热备监视模块启动时，获取初始化配置，明确主备机预设状态；然后，各热备监视模块与第一scada监控系统和第二scada监控系统建立redis数据库连接，连接完成后，启动定时设置，进入热备监视任务。在该热备监视任务的单一周期中，第一热备监视模块会获取第二热备监视模块的生命信号和主备机标识状态，并根据其可能存在的三种情况进行相应处理：
43.第一种，第一热备监视模块和第二热备监视模块的生命信号，以及第一主备机标识和第二主备机标识状态正常情况下，各热备监视模块根据预设主备信息维护设置对应的主备机标识状态；
44.第二种，第一热备监视模块生命信号和第一主备机标识状态正常，第二热备监视模块获取信息异常情况下，将第一主备机标识设置为主机状态；
45.第三种，第二热备监视模块生命信号和第二主备机标识状态正常，第一热备监视模块获取信息异常情况下，将第二主备机标识设置为主机状态。
46.在执行周期任务过程中，如果发生信号异常、主备机标识切换事件时，将记录关键事件，供备案溯源用。当一个周期任务执行完成后，会判断是否接收到终止任务信号，如果不是，则进入下一个循环周期；如果是，则退出。
47.本发明基于redis数据库的ttl机制，在现有scada系统双机冷备模式上，通过增加插件式模块组件实现了scada系统双机热备功能，促使风电场scada系统核心业务在主机故障时，能自动切换至备机，维持scada系统的正常监控功能与通讯业务；该发明充分适应风电场监控设备未来的高可靠性需求，在不增加硬件设施的情况下，可持续性满足对风电场监控系统日益精细化的运维管理需求，有效提高风电场scada系统数据可用性和功能可靠性。
48.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。