在大型風電場中，有效的對SCADA數(shù)據(jù)庫文件進行備份具有重要意義。本文首先討論了可能出現(xiàn)的SCADA系統(tǒng)故障分析及目前常用的數(shù)據(jù)容錯及備份策略，從而采用磁盤陣列RAID容錯技術(shù)和Windows Server Backup增量備份方案對SCADA應用程序和MySQL數(shù)據(jù)庫進行定期備份，從而有效保證了風電場SCADA數(shù)據(jù)庫備份的高可靠性，這種備份策略不僅簡單、經(jīng)濟實惠，而且易于實現(xiàn)，對風電場SCADA數(shù)據(jù)備份具有重大意義。
1 引言
風能作為一種清潔的可再生能源，已經(jīng)日益引起世界各國的注意，風力發(fā)電技術(shù)已趨于成熟。在大型的風電場中有幾十臺甚至上百臺風力發(fā)電機組，風電場SCADA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中，經(jīng)常會遇到由于計算機硬件故障、軟件錯誤、病毒、人為誤操作等原因造成SCADA數(shù)據(jù)丟失或損壞。如何將數(shù)據(jù)從錯誤狀態(tài)恢復到某一正確狀態(tài)，減少數(shù)據(jù)文件的丟失，增強SCADA數(shù)據(jù)容錯能力，是風電場運行維護人員需要解決的一個問題。數(shù)據(jù)容錯可通過磁盤數(shù)據(jù)鏡像實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在成對的獨立磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)，從而提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性，當一個磁盤失效時，系統(tǒng)可以自動切換到鏡像磁盤上讀寫，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。風電場SCADA數(shù)據(jù)庫一般運行在Windows服務器上，Windows Server 2008操作系統(tǒng)自帶一個非常高效的備份工具---Windows Server Backup，利用該工具風電場運維人員可以對服務器數(shù)據(jù)庫實施備份，而且可以創(chuàng)建備份計劃實現(xiàn)自動備份。在備份時，需要考慮備份時間點的選擇，備份到何處、備份哪些數(shù)據(jù)和備份頻率，從而能夠利用有限的資源最大程度地恢復被破壞的數(shù)據(jù)，確保風電場SCADA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可持續(xù)正常運行。
2 可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障分析
對于目前的風電場SCADA監(jiān)控系統(tǒng)來說，可能出現(xiàn)如下故障，它們都將會導致系統(tǒng)無法正常運行，并且會丟失數(shù)據(jù)。
2.1 物理故障
物理故障時指造成系統(tǒng)無法正常運行的軟硬件損壞。如操作系統(tǒng)故障、應用程序損壞，硬盤故障、主機故障等。物理故障直接導致系統(tǒng)無法繼續(xù)運行。這類故障相對來說容易查找，也容易恢復。此類故障不會造成太大損失，只要能夠及時修復就可以排除故障。
常見的幾種物理故障包括：
2.1.1 硬盤故障 SCADA服務器系統(tǒng)的硬盤上存儲著風電場所有機組的運行數(shù)據(jù)，其重要性不言而喻，一旦出現(xiàn)硬盤故障，如若硬盤數(shù)據(jù)無鏡像，便會造成數(shù)據(jù)丟失，后果十分嚴重。
2.1.2 操作系統(tǒng)故障 非法操作造成系統(tǒng)崩潰，系統(tǒng)文件被破壞導致操作系統(tǒng)宕機等。
2.13 應用程序損壞 如風電場SCADA應用程序因病毒破壞導致程序缺少配置文件或運行腳本，或配置文件、運行腳本被篡改，引起服務停止，造成SCADA應用程序無法運行。
2.14 整機損壞 由火災、地震、洪澇災害等造成整機無法運行。
2.15 網(wǎng)絡設備故障 錯誤的添加或刪除移動設備、電路板老化、電器元件壽命到期等造成設備無法正常運行。
2.16 人為誤操作 由于人為誤操作引起的數(shù)據(jù)庫紊亂、數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)死機等。
2.2 邏輯故障
邏輯故障包括兩種，第一種是系統(tǒng)能夠正常運行，但實際內(nèi)部數(shù)據(jù)已經(jīng)損壞，如數(shù)據(jù)庫文件無法讀取，無法導出數(shù)據(jù)庫文件等。第二種是系統(tǒng)雖然完好無損，可是系統(tǒng)中的部分數(shù)據(jù)是錯誤的。這類故障的隱蔽性特強，通常難以發(fā)現(xiàn)，更難以修復。
常見的幾種邏輯故障包括：
2.2.1 數(shù)據(jù)不完整 SCADA系統(tǒng)缺少部分數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，有缺失。
2.2.2 數(shù)據(jù)不正確 SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)雖然完整，但是數(shù)據(jù)很明顯是錯誤的，與實際明顯不符。
邏輯故障的隱蔽性很強，由于難以發(fā)現(xiàn)，因而具有更大的危害性。
上面提到的兩種故障，對備份工作有不同的要求：物理故障會造成SCADA系統(tǒng)無法正常運行，很容易發(fā)現(xiàn)，但要求能夠迅速恢復系統(tǒng)。邏輯故障不易發(fā)現(xiàn)，但只要有原始數(shù)據(jù)，同樣可以恢復系統(tǒng)運行，這就要求長期進行歷史數(shù)據(jù)備份。
風電場SCADA數(shù)據(jù)庫的正常運轉(zhuǎn)和安全極為重要，風電場運維人員應提高SCADA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高可用性和在遇到數(shù)據(jù)損壞時盡快恢復系統(tǒng)運行，考慮到經(jīng)濟實用性和對服務中斷的容忍程度，風電場SCADA數(shù)據(jù)庫應采取容錯和備份雙重機制。
3 常用的容錯及數(shù)據(jù)備份策略
3.1 容錯策略
3.1.1 磁盤陣列
磁盤陣列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID)，即獨立磁盤構(gòu)成的具有冗余能力的陣列，磁盤陣列是由很多價格較便宜的磁盤，組合成一個容量巨大的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個磁盤系統(tǒng)效能。利用這項技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上，在陣列中的任意一個硬盤故障時，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時，將數(shù)據(jù)經(jīng)計算后重新置入新硬盤中。常用的RAID級別有RAID0、RAID1、RAID5等。
3.2.2 雙機熱備
雙機熱備特指基于高可用系統(tǒng)中的兩臺服務器的熱備(或高可用)，因兩機高可用在國內(nèi)使用較多，故得名雙機熱備。從廣義上講，就是對于重要的服務，使用兩臺服務器，互相備份，共同執(zhí)行同一服務。當一臺服務器出現(xiàn)故障時，可以由另一臺服務器承擔服務任務，從而在不需要人工干預的情況下，自動保證系統(tǒng)能持續(xù)提供服務。雙擊熱備由備用的服務器解決了再主服務器故障時服務不中段的問題。雙機熱備一般情況下需要由共享的存儲設備，實現(xiàn)雙機熱備，需要通過專業(yè)的集群軟件或雙機軟件，價格不菲。
3.2 備份策略
備份策略指確定需備份的內(nèi)容、備份時間及備份方式。各個單位要根據(jù)自己的實際情況來制定不同的備份策略。目前被采用最多的備份策略主要有以下三種。
3.2.1 完全備份
備份全部選中的文件夾，并不依賴文件的存檔屬性來確定備份那些文件。
3.2.2 增量備份
增量備份是指在一次全備份或上一次增量備份后，以后每次的備份只需備份與前一次相比增加或者被修改的文件。
3.3.3 差異備份
差異備份是針對完全備份：備份上一次的完全備份后發(fā)生變化的所有文件。
4 風電場SCADA數(shù)據(jù)庫容錯及備份建設目標
風電場SCADA數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)容錯及備份應達成如下目標：
4.1 系統(tǒng)災難性故障數(shù)據(jù)零丟失
出現(xiàn)系統(tǒng)故障后，修復數(shù)據(jù)要求達到零數(shù)據(jù)丟失的高安全性。
4.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的完全備份
通過磁盤冗余陣列(RAID1)，進行數(shù)據(jù)自動冗余，而不需人為干預。
通過Windows Server 2008 Backup自動增量備份功能，定時再次對數(shù)據(jù)庫文件定時備份。
通過每季度一次風場運維人員的數(shù)據(jù)庫文件的完全拷貝，實現(xiàn)數(shù)據(jù)第三方存儲。
4.3 數(shù)據(jù)恢復應急演練
定期對風電場運維人員進行數(shù)據(jù)恢復應急演練，在故障突發(fā)時以便盡快處理故障，恢復SCADA數(shù)據(jù)庫正常運行。
5風電場SCADA數(shù)據(jù)庫容錯策略及數(shù)據(jù)備份策略
5.1 容錯策略的組成
基于風電場使用Windows server 2008操作系統(tǒng)的服務器，一般來說，要實現(xiàn)RAID可以分為硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn)兩種。所謂硬RAID就是指通過硬件實現(xiàn)，同理軟件實現(xiàn)的就稱作為軟RAID。所謂硬RAID，就是用專門的RAID控制器將硬盤和電腦連接起來，RAID控制器負責將所有的RAID成員磁盤配置成一個虛擬的RAID磁盤卷。對于操作系統(tǒng)而言，它只能識別到由RAID控制器配置后的虛擬磁盤，而無法識別到組成RAID的各個成員盤。軟RAID就是不使用RAID控制器，而是直接通過軟件層實現(xiàn)的RAID。與硬RAID不同的是，軟RAID的各個成員對于操作系統(tǒng)來說是可見的，但操作系統(tǒng)并不把各個成員盤呈現(xiàn)給用戶，而只是把通過軟件層配置好的虛擬RAID卷呈現(xiàn)給用戶，使用戶可以像使用一個普通磁盤一樣使用RAID卷。硬RAID需要購買磁盤陣列卡，而軟RAID可直接在操作系統(tǒng)上實現(xiàn)。
在風電場Windows Server 2008 服務器上，共需要4塊硬盤。C盤單獨為一塊硬盤，容量為60G，用于存放操作系統(tǒng)。由兩塊160G硬盤組建RAID1，共同使用E盤，形成冗余鏡像，用于存放SCADA應用程序和數(shù)據(jù)庫程序及數(shù)據(jù)。F盤單獨為一塊硬盤，用于存放Windows Server Backup備份數(shù)據(jù)。具體方法如下：
5.1.1 在SCADA服務器再安裝3塊SCSI磁盤，容量160G。
5.1.2 打開Windows Server 2008，右擊“計算器”，點擊“管理”，彈出“服務器管理”，點擊“存儲---磁盤管理”，激活磁盤1、磁盤2，并將磁盤1、磁盤2轉(zhuǎn)換成動態(tài)磁盤。將磁盤1、磁盤2做RAID1磁盤鏡像，鏡像完畢后，磁盤1、磁盤2容量共為160G，命名為“RAID1 SCADA”卷。
5.1.3 右擊“磁盤3”，激活磁盤3，并將其轉(zhuǎn)換成動態(tài)磁盤。將磁盤3新建簡單卷，命名為“Backup備份”卷。 見圖1。
圖1
5.1.4 將SCADA應用程序、MySQL數(shù)據(jù)庫安裝至E盤，因磁盤1、磁盤2互為鏡像，如若磁盤1損壞，磁盤2可繼續(xù)運行，不影響SCADA應用程序、MySQL數(shù)據(jù)庫正常應用;如若磁盤2損壞，磁盤1可繼續(xù)運行，不影響SCADA應用程序、MySQL數(shù)據(jù)庫正常應用。但此時應及時修復損壞的磁盤，插入新的磁盤后，可將數(shù)據(jù)再次鏡像到新磁盤內(nèi)，再次做到數(shù)據(jù)冗余。
5.2 備份策略
應用Windows Server 2008自帶的Windows Server Backup功能，可以對E盤數(shù)據(jù)進行單一備份或安排定期備份。
5.2.1 在Windows Server 2008上安裝“Windows Server Backup”。
5.2.2 啟動“Windows Server Backup”，點擊“備份計劃”，配置“備份計劃向?qū)?rdquo;，選擇備份配置“自定義”，選擇備份項目“本地磁盤(C)”、“RAID1 SCADA”，排除“Backup 備份”卷，點擊“下一步”，指定備份時間“每日一次 21：00”，點擊“下一步”，選擇目標磁盤“磁盤3”，點擊“下一步”，彈出“Windows Server Backup”提示框，點擊“是”，點擊“完成”。此后磁盤3專用于存儲備份，并且在Windows資源管理器中不顯示整個磁盤。第一次備份為完全備份。
5.2.3 在Windows Server 2008 R2系統(tǒng)中， Windows Server Backup還可單獨對卷中某些文件單獨配置定期備份任務，備份數(shù)據(jù)能力較Windows Server 2008更為強大，選擇余地更強。
5.2.4 點擊“配置性能設置”，選擇“始終執(zhí)行增量備份”，點擊“確定”。即備份始終執(zhí)行增量備份策略。
5.2.5 如果需要恢復數(shù)據(jù)，則點擊“恢復”，選擇用于恢復的備份的日期，選擇恢復類型，選擇要恢復的項目，指定恢復選項，點擊“確認”，從而恢復數(shù)據(jù)。如若系統(tǒng)盤無法打開，則在服務器光驅(qū)內(nèi)插入系統(tǒng)光盤，以光盤啟動服務器，選擇“Repair your computer”,在System Recovery Options提示框內(nèi)選擇“Restore your computer using a system image that you d earlier”，選擇早期備份的鏡像文件，進行數(shù)據(jù)還原。
6 結(jié)束語
風電場SCADA數(shù)據(jù)庫24小時不間斷運行，如果沒有采取數(shù)據(jù)容錯和數(shù)據(jù)備份、恢復措施，故障時就會很容易導致數(shù)據(jù)的丟失，甚至有時造成的損失是無法彌補與估量的。風電場數(shù)據(jù)庫普遍采用MySQL數(shù)據(jù)庫，應用MySQLhotcopy熱備份數(shù)據(jù)，對操作人員要求極高，而采用磁盤陣列RAID1對風電場SCADA數(shù)據(jù)庫進行鏡像容錯，并用Windows Server Backup 定時增量備份，不僅經(jīng)濟實惠，而且易于實現(xiàn)、維護也十分簡單，不需風電場運維人員額外操作，故是風電場SCADA數(shù)據(jù)備份的首要之選。(作者供職于東方-電氣(通遼)風電工程技術(shù)有限公司)
