告警直传双机同步方法研究
许继电气直流输电分公司的研究人员贾帅锋、张浩然、艾红杰、饶国辉、靳玮玮，在2019年第11期《电气技术》杂志上撰文，针对告警直传系统的事件漏发及重发问题，本文提出了一种基于ICE对等模式的双机同步方法。
本文分析了事件漏发及重发问题的原因，设计了一种以事件特征值和主站IP地址作为事件惟一标识的同步数据结构，采用该同步数据和ICE对等模式的双机同步方法，实现了告警直传双机切换过程中减少重发、杜绝漏发事件的目标，保障了告警直传双机切换过程中双机数据一致性。通过仿真试验，验证了该同步方法和数据结构的有效性。
告警直传是指以变电站监控系统的单一事件或综合分析结果为信息源，经过规范化处理，生成标准的告警条文，经由告警直传系统直接以文本格式传送到调度主站及设备运维站的业务。
告警直传系统在换流站中均为双机冗余配置，在双机切换过程中，若无双机同步功能或双机同步功能不完善，则在双机切换后易引起事件重发或者事件漏发现象。事件的重发和漏发均易引起主站监盘人员对换流站当前设备运行状态的误判，极大地影响电力系统的安全稳定运行。
ICE（internet communications engine）是一种面向对象的中间件技术，ICE定义了自己的规范语言Slice，用于使对象接口与其实现相分离的基础性抽象机制[12-13]。客户端和服务器程序可以用不同的编程语言编写，可以运行在不同的操作系统和机器架构上，并且可以使用多种网络协议进行高效通信。
针对上述问题，本文提出了一种基于ICE的双机数据同步方法。该方法采用ICE中间件技术，可以较少考虑双机同步所采用的底层通信程序的实现，专注于主机之间所采用的同步数据的数据结构和同步逻辑原理，将已发送成功事件的特征值作为数据传输给对机，对机接收后清除缓存中对应的事件。
采用该方法实现了告警直传双机切换过程中事件减少重发、杜绝漏发的目标，确保了主站能够可靠地监视换流站的运行状态，维护电力系统的稳定运行。
1 告警直传双机系统结构
告警直传通信机在换流站中为双机冗余配置，如图1所示。与调度通信采用DL476规约[15]，不与站内控制保护装置直接通信，直接与站内SCADA（supervisory control and data acquisition）服务器相连，从SCADA系统中获取全站实时产生的事件。
图1 换流站告警直传结构图
2 双机切换问题分析
告警直传双机的运行模式较简单，正常运行情况下，只有一台主机与调度主站通信，另外一台处在热备用状态，平时与主站的通信连接为断开状态。
切换过程：当告警直传值班A机与主站通信出现中断时，告警直传B机自动切换为值班状态与主站开始正常通信。当A机与B机进行切换时，主站的数据源就由A机切换为B机，当双机同步功能不完善时易引起事件重发或者漏发。
本文主要解决告警直传双机切换引起的以下几种问题：①同步机制及数据不完善造成A、B主机切换后B机过多地清除掉了缓存中的事件；②A机未及时正确地将要清除的事件同步给B机；③B机未正确清除A机已发送的事件。上述3种问题，第1种情况易造成事件漏发，第2、3种情况易造成事件重发。
3 双机同步方案设计
本文的双机同步方案采用了ICE对等模式，即告警直传通信机A、B里边既有ICE客户端部分，又有ICE服务器部分，A、B机之间由两条ICE连接，这样双机切换后才能保证双机事件数据的正常同步，系统的同步设计方案如图2所示。
双机数据同步指当告警直传通信机Ａ向主站发送事件成功后，将发送成功的事件数据特征值同步给告警直传通信机B；网关机B将从SCADA系统获取的事件与A机同步数据进行比对，若找到特征值一致的事件即为已成功发送的事件，则应立即清除；每清除1条事件，也应清除1条A机同步给B机的数据记录，未被清除的事件，当双机切换产生时仍须上送给主站。
图2 ICE对等模式数据同步方案
事件的特征有4个，分别为换流站内事件号、事件状态值、动作时间及主站的IP地址，4个特征值完全一致，才能认定该事件为同一条事件。事件号为全站惟一的事件索引；状态值为事件的动作状态，如产生、消失等；动作时间为该事件产生的时间，IP地址为接收事件的调度主站地址。
前3个特征采用控制保护装置的赋值，以确保两台告警直传主机收到的事件是相同的，IP地址由告警直传通信机来赋值，用来区分发送到不同调度主站收到的事件。其中，每个IP代表1个调度主站，不同的IP代表不同的调度主站。
事件发送成功的判据为告警直传主机发送后收到主站针对该事件的DL 476的确认报文。
告警直传系统正常运行情况下，A机与B机都从站内SCADA系统获取站内事件，假定A机与调度主站通信，B机与调度主站处在通信中断状态，A机把获取到事件上送给调度主站，调度主站收到事件后应给予确认，A机根据确认帧清除缓存中发送的事件，并记录已清除事件的特征，然后调用ICE客户端程序，把特征数据通过ICE插件同步给B机，B机再根据记录的特征值，清除已发送成功的事件。告警直传双机切换逻辑流程图如图3所示。
双机切换情况下，假定A机切换到B机，A机与调度主站通信正常切换为通信中断，B机与调度主站由通信中断切换为正常通信；B机与调度主站正常通信后，首先休眠500ms，然后进行同步，并根据A机同步的数据，清除已发送成功的事件，最后根据告警直传系统值班主机正常运行同步逻辑示意图的步骤执行即可。B机进入值班状态，首先休眠500ms后再根据同步数据清除缓存中的事件主要是为了防止由于时序问题，部分同步数据未完全接收到，造成已发送成功的事件重发的现象。
图3 告警直传双机切换逻辑流程图
4 双机同步测试验证
验证环境搭建：采用4台计算机和2台交换机搭建测试环境，计算机1作为站内SCADA系统，计算机2作为站内告警直传A机，计算机3作为站内告警直传B机，计算机4作为简易远方告警直传主站与站内告警直传系统进行通信；计算机2、3、4通过交换机2组成简易网络，模拟与调度主站的通信；计算机1、2、3与交换机1组成简易站内网络，模拟告警直传系统与站内SCADA系统的通信。
测试方法：告警直传A机、B机连接到站内SCADA系统，能获取站内SCADA系统的所有事件，模拟调度端连接到告警直传主机A。通过事件产生程序，在SCADA系统上产生模拟事件，告警直传A机获取事件后，发送给模拟调度主站。
A机断开与模拟调度主站的网络连接使B机切换为值班主机，与模拟调度主站端相连，此时A机已发送的事件不应重新发送到模拟调度端，切换过程中发送的事件应由B机发送，不应漏发或者重发。然后，再进行B机到A机的切换，同样也应满足不出现事件重发或者漏发的现象，测试的结果如图4所示。
图4中告警直传A机主机名为jiafeng，告警直传B机主机名为DESKTOP-3SN1JIT，主站的IP地址为192.168.5.100。图4（a）是SCADA系统事件记录图，记录了告警直传A机、B机与主站通信两次切换的事件和切换前后站内产生的事件；图4（b）是A机切换到B机时主站的输出，能清晰地看到主站有一次链路切换和收到的站内事件；图4（c）是主站收到的换流站事件记录的日志；图4（d）是B机切换到A机时主站程序输出的提示和收到的站内事件。
在测试中，首先告警直传主机由A机切换到B机，SCADA系统在切换前后均产生了事件，在图4（b）和图4（c）的主站日志中均未发现上送模拟主站的事件重发及漏发；然后由值班主机B机切换到A机，对比主站日志与站内SCADA系统事件记录，可知也未出现事件重发及漏发。经多次实验验证了文中双机同步方法的有效性，能有效防止事件漏发并减少重发的现象。
图4 验证试验中SCADA系统和模拟主站截图
本文针对告警直传系统向主站传送事件的重发及漏发现象，进行分析并提出了一种基于ICE的双机同步方法。采用事件特征值及目标主站IP地址作为事件的惟一标识的同步数据，通过ICE对等模式方法同步给对机，无需关注双机通信的复杂性，仅关注具体业务逻辑，实现双机同步。
通过实验，验证了文中同步方法和同步数据结构的有效性，并且在多个换流站中得到了应用，维护了电力系统的稳定运行。