在大型風(fēng)電場中，有效的對SCADA數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)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(yīng)用程序和MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定期備份，從而有效保證了風(fēng)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(jì)實(shí)惠，而且易于實(shí)現(xiàn)，對風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)備份具有重大意義。

1 引言

風(fēng)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(fēng)力發(fā)電技術(shù)已趨于成熟。在大型的風(fēng)電場中有幾十臺甚至上百臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，經(jīng)常會遇到由于計(jì)算機(jī)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(fù)到某一正確狀態(tài)，減少數(shù)據(jù)文件的丟失，增強(qiáng)SCADA數(shù)據(jù)容錯能力，是風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在成對的獨(dú)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(dāng)一個磁盤失效時(shí)，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(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫一般運(yùn)行在Windows服務(wù)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(fēng)電場運(yùn)維人員可以對服務(wù)器數(shù)據(jù)庫實(shí)施備份，而且可以創(chuàng)建備份計(jì)劃實(shí)現(xiàn)自動備份。在備份時(shí)，需要考慮備份時(shí)間點(diǎn)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(fù)被破壞的數(shù)據(jù)，確保風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可持續(xù)正常運(yùn)行。

2 可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障分析

對于目前的風(fēng)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(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，并且會丟失數(shù)據(jù)。

2.1 物理故障

物理故障時(shí)指造成系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的軟硬件損壞。如操作系統(tǒng)故障、應(yīng)用程序損壞，硬盤故障、主機(jī)故障等。物理故障直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行。這類故障相對來說容易查找，也容易恢復(fù)。此類故障不會造成太大損失，只要能夠及時(shí)修復(fù)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(wù)器系統(tǒng)的硬盤上存儲著風(fēng)電場所有機(jī)組的運(yùn)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(yán)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(dǎo)致操作系統(tǒng)宕機(jī)等。

2.13 應(yīng)用程序損壞 如風(fēng)電場SCADA應(yīng)用程序因病毒破壞導(dǎo)致程序缺少配置文件或運(yùn)行腳本，或配置文件、運(yùn)行腳本被篡改，引起服務(wù)停止，造成SCADA應(yīng)用程序無法運(yùn)行。

2.14 整機(jī)損壞 由火災(zāi)、地震、洪澇災(zāi)害等造成整機(jī)無法運(yùn)行。

2.15 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障 錯誤的添加或刪除移動設(shè)備、電路板老化、電器元件壽命到期等造成設(shè)備無法正常運(yùn)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(jī)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(yùn)行，但實(shí)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(dǎo)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?jǐn)?shù)據(jù)是錯誤的。這類故障的隱蔽性特強(qiáng)，通常難以發(fā)現(xiàn)，更難以修復(fù)。

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?jǐn)?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(shí)際明顯不符。

邏輯故障的隱蔽性很強(qiáng)，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(yùn)行，很容易發(fā)現(xiàn)，但要求能夠迅速恢復(fù)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(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，這就要求長期進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)備份。

風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全極為重要，風(fēng)電場運(yùn)維人員應(yīng)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(shí)盡快恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和對服務(wù)中斷的容忍程度，風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫應(yīng)采取容錯和備份雙重機(jī)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(dú)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(jià)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(xiàng)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(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)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(jī)熱備

雙機(jī)熱備特指基于高可用系統(tǒng)中的兩臺服務(wù)器的熱備(或高可用)，因兩機(jī)高可用在國內(nèi)使用較多，故得名雙機(jī)熱備。從廣義上講，就是對于重要的服務(wù)，使用兩臺服務(wù)器，互相備份，共同執(zhí)行同一服務(wù)。當(dāng)一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以由另一臺服務(wù)器承擔(dān)服務(wù)任務(wù)，從而在不需要人工干預(yù)的情況下，自動保證系統(tǒng)能持續(xù)提供服務(wù)。雙擊熱備由備用的服務(wù)器解決了再主服務(wù)器故障時(shí)服務(wù)不中段的問題。雙機(jī)熱備一般情況下需要由共享的存儲設(shè)備，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，需要通過專業(yè)的集群軟件或雙機(jī)軟件，價(jià)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(shí)間及備份方式。各個單位要根據(jù)自己的實(shí)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(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫容錯及備份建設(shè)目標(biāo)

風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)容錯及備份應(yīng)達(dá)成如下目標(biāo)：

4.1 系統(tǒng)災(zāi)難性故障數(shù)據(jù)零丟失

出現(xiàn)系統(tǒng)故障后，修復(fù)數(shù)據(jù)要求達(dá)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(jìn)行數(shù)據(jù)自動冗余，而不需人為干預(yù)。

通過Windows Server 2008 Backup自動增量備份功能，定時(shí)再次對數(shù)據(jù)庫文件定時(shí)備份。

通過每季度一次風(fēng)場運(yùn)維人員的數(shù)據(jù)庫文件的完全拷貝，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)第三方存儲。

4.3 數(shù)據(jù)恢復(fù)應(yīng)急演練

定期對風(fēng)電場運(yùn)維人員進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)應(yīng)急演練，在故障突發(fā)時(shí)以便盡快處理故障，恢復(fù)SCADA數(shù)據(jù)庫正常運(yùn)行。

5風(fēng)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(fēng)電場使用Windows server 2008操作系統(tǒng)的服務(wù)器，一般來說，要實(shí)現(xiàn)RAID可以分為硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)兩種。所謂硬RAID就是指通過硬件實(shí)現(xiàn)，同理軟件實(shí)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(fù)責(zé)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(shí)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(shí)現(xiàn)。

在風(fēng)電場Windows Server 2008 服務(wù)器上，共需要4塊硬盤。C盤單獨(dú)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(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫程序及數(shù)據(jù)。F盤單獨(dú)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(wù)器再安裝3塊SCSI磁盤，容量160G。

5.1.2 打開Windows Server 2008，右擊“計(jì)算器”，點(diǎn)擊“管理”，彈出“服務(wù)器管理”，點(diǎn)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(yīng)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(yùn)行，不影響SCADA應(yīng)用程序、MySQL數(shù)據(jù)庫正常應(yīng)用;如若磁盤2損壞，磁盤1可繼續(xù)運(yùn)行，不影響SCADA應(yīng)用程序、MySQL數(shù)據(jù)庫正常應(yīng)用。但此時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)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(yīng)用Windows Server 2008自帶的Windows Server Backup功能，可以對E盤數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)擊“備份計(jì)劃”，配置“備份計(jì)劃向?qū)?rdquo;，選擇備份配置“自定義”，選擇備份項(xiàng)目“本地磁盤(C)”、“RAID1 SCADA”，排除“Backup 備份”卷，點(diǎn)擊“下一步”，指定備份時(shí)間“每日一次 21：00”，點(diǎn)擊“下一步”，選擇目標(biāo)磁盤“磁盤3”，點(diǎn)擊“下一步”，彈出“Windows Server Backup”提示框，點(diǎn)擊“是”，點(diǎn)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(dú)對卷中某些文件單獨(dú)配置定期備份任務(wù)，備份數(shù)據(jù)能力較Windows Server 2008更為強(qiáng)大，選擇余地更強(qiáng)。

5.2.4 點(diǎn)擊“配置性能設(shè)置”，選擇“始終執(zhí)行增量備份”，點(diǎn)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(fù)數(shù)據(jù)，則點(diǎn)擊“恢復(fù)”，選擇用于恢復(fù)的備份的日期，選擇恢復(fù)類型，選擇要恢復(fù)的項(xiàng)目，指定恢復(fù)選項(xiàng)，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，從而恢復(fù)數(shù)據(jù)。如若系統(tǒng)盤無法打開，則在服務(wù)器光驅(qū)內(nèi)插入系統(tǒng)光盤，以光盤啟動服務(wù)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(jìn)行數(shù)據(jù)還原。

6 結(jié)束語 

風(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫24小時(shí)不間斷運(yùn)行，如果沒有采取數(shù)據(jù)容錯和數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)措施，故障時(shí)就會很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，甚至有時(shí)造成的損失是無法彌補(bǔ)與估量的。風(fēng)電場數(shù)據(jù)庫普遍采用MySQL數(shù)據(jù)庫，應(yīng)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(fēng)電場SCADA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏡像容錯，并用Windows Server Backup 定時(shí)增量備份，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且易于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)也十分簡單，不需風(fēng)電場運(yùn)維人員額外操作，故是風(fēng)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(fēng)電工程技術(shù)有限公司）