TiDB分布式数据库在特高压直流智能监控系统中的应用实践

国网直流中心是国家电网有限公司的直属专业机构，是特高压直流输电技术的核心支撑单位，更是西电东送国家战略的关键执行主体。如果将覆盖全国的特高压直流输电网络比作国家能源配置的重要动脉，那么直流中心就承担着保障这些动脉安全稳定运行的核心职责。

截至2025年底，国网直流中心负责服务保障全网54项直流输电工程、112座换流站的安全运行，其中特高压直流工程24项，承担着全国近98%的跨区电力输送任务。其在直流输电领域的技术实力与运行可靠性处于全球领先水平。

图1：国家电网特高压直流输电线路

构建跨越安全分区的新一代智能运行分析系统

为适配“十五五”期间特高压工程建设规划，应对新增特高压工程及换流站的管控需求，国网直流中心牵头开展了特高压直流智能运行分析系统的研发工作。该系统并非传统的监控平台，而是一个严格遵循《电力监控系统网络安全防护导则》要求，能够打通安全Ⅰ区、安全Ⅱ区与安全IV区的智能化工程。

系统采用“双网冗余 + 核心设备双活”的架构设计，两套系统互为热备，以保障业务运行的连续性：

• 安全Ⅰ区作为实时监控核心，通过专线直连换流站网关机，对电压、电流、开关状态等运行数据进行毫秒级采集，实现核心设备运行状态的实时可视化。
• 安全Ⅱ区聚焦故障深度研判，负责故障录波数据的全生命周期管理，当电网出现波动时，可精准采集控制保护系统的录波数据，开展故障溯源分析。
• 安全IV区的数据中台通过正向隔离装置接收Ⅰ/Ⅱ区的同步数据，为电子测量设备在线监测、换流变故障分析等高级智能应用提供数据支撑。

图2：新一代直流集中监视系统主站与换流站二次系统架构示意图

业务规模扩大带来的三大挑战

随着特高压换流站数量的持续增加，国网直流中心的业务数据处理压力大幅攀升，传统技术架构逐渐显现出难以适配业务发展的问题：

海量时序数据存储压力
特高压直流运行场景下的数据呈爆发式增长态势，仅核心设备台账就完成了200余万条的标准化治理，还归集了500余项直流故障案例。传统集中式数据库在处理大规模数据时易出现性能瓶颈，无法满足海量数据的长期存储与快速查询需求。

跨安全区数据同步难题
业务数据需在物理隔离的不同安全区之间流转，正向隔离装置易造成传输延迟，难以匹配实时量测数据的毫秒级传输要求；同时，单一的数据同步方式无法兼顾实时数据的低延迟需求与录波大文件的完整性需求。

核心系统国产化适配要求
作为国家关键能源基础设施，特高压直流智能运行分析系统需实现全栈国产化替代。如何在替换传统数据库的同时，保障“双网冗余”架构下的高可用容灾能力，满足RTO < 30秒的要求，且不中断7×24小时的连续监视，成为系统建设的关键难题。

分布式数据库架构的技术突破

针对上述挑战，项目团队引入了分布式数据库来重构系统数据底座，依托其核心特性实现了业务痛点的精准解决。

图3：基于平凯数据库（TiDB）的智能运行分析系统架构

存算分离破解存储瓶颈
面对海量的运行数据，分布式数据库的存算分离架构发挥了关键作用。系统采用3节点分布式集群部署，支持无感知在线水平扩容，可根据换流站数量增长灵活增加节点，线性提升算力与存储能力，满足未来130座换流站的数据接入需求。

HTAP引擎提升数据处理效率
分布式数据库的混合事务/分析处理（HTAP）能力优化了业务处理模式。系统利用TiKV处理高并发的数据写入，通过TiFlash加速分析查询。在实际测试中，对大规模运行数据的查询响应效率较传统架构平均提升60%，调度人员可在查看实时运行波形的同时，完成历史趋势的比对分析。这项技术在数据库与中间件领域是解决实时与分析负载混合场景的典型方案。

分级同步打通跨区数据壁垒
针对跨安全区数据同步的难题，项目团队设计了分级同步方案：对安全Ⅰ区的实时遥测数据采用增量同步加心跳校验的机制，保障毫秒级传输效率；对安全Ⅱ区的故障录波大文件则采用断点续传加哈希校验的方式，避免传输中断导致的数据丢失。

系统上线的全流程保障措施

考虑到特高压直流系统运行的连续性要求，项目组制定了严谨的实施保障体系，确保系统平稳上线。

在上线前的准备阶段，对核心服务器与数据库节点开展满负荷压力测试，模拟极端工况验证架构稳定性；集成调试阶段，参照行业规范完成功能检测，并搭建仿真环境模拟电网波动、设备故障等场景，提前排查潜在问题。

试运行期间，建立分级预警机制，针对数据采集延迟、告警误报等异常情况进行分级响应处置，确保问题闭环率达到100%。通过一系列严谨的管控措施，最终实现了新老系统的平滑过渡与无缝衔接。

系统应用的多重效益

依托分布式数据库的支撑，系统的运行风险主动识别准确率、核心设备状态预警准确率、故障智能诊断准确率等核心指标均达到预期标准，其中运行风险主动识别准确率不低于95%，核心设备状态预警准确率不低于92%。

系统韧性保障电网安全
系统采用3副本部署模式，支持单节点故障自动转移，实现RTO < 30秒、RPO = 0的高可用标准，结合全量加增量的备份策略，具备数据秒级时间点恢复能力，为特高压直流电网的安全运行筑牢了数字化防线。

树立国产化转型行业标杆
该系统是特高压直流领域首个规模化应用分布式数据库的案例，验证了国产数据库在大规模数据处理场景下的可靠性，为能源、交通等关键行业的数字化转型与国产化替代提供了可复制的实践经验。如果你想了解更多前沿的系统架构设计与实战案例，欢迎关注相关技术社区的分享。