一種降低智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率的方法

胡建明

[摘? ? 要]隨著電力系統(tǒng)新技術(shù)不斷應(yīng)用和發(fā)展，結(jié)合南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)智能運行系統(tǒng)OS2建設(shè)要求，智能遠(yuǎn)動機(jī)在500 kV變電站得到應(yīng)用和普及，本文通過某500 kV變電站加裝智能遠(yuǎn)動機(jī)安裝調(diào)試、檢測為實列，重點對智能遠(yuǎn)動機(jī)業(yè)務(wù)功能及性能進(jìn)行測試分析，提出一種降低智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率的方法，該方法有效降低了智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率，保證了智能遠(yuǎn)動機(jī)運行的穩(wěn)定性和可靠性及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

[關(guān)鍵詞]智能遠(yuǎn)動機(jī);降低;CPU負(fù)荷率;數(shù)據(jù)傳輸

[中圖分類號]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–02

[Abstract]With the continuous application of new technology and development of electric power systems， combined with the southern power grid integration grid intelligent running OS2 system construction requirements， intelligent far motivation has been applied in 500 kV substation and popularization， based on the 500 kV substation intelligent inkstone mountain far motivation installation and debugging， testing for solid column， the key business functions and motivations of intelligent well performance test and analysis， put forward a method of lower intelligence far motivation CPU load rate， the method effectively reduces the intelligent far motivation CPU load rate， guarantee the stability and reliability of the intelligent far motivation operation and various business system safe， stable and reliable data transmission.

[Keywords]intelligent remote drive;reduction;CPU load rate;data transmission

智能遠(yuǎn)動機(jī)是南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)智能運行系統(tǒng)OS2建設(shè)中廠站端的核心設(shè)備，它是架設(shè)于變電站站控層的一種遠(yuǎn)動裝置，具備遠(yuǎn)動機(jī)、PMU數(shù)據(jù)集中器、保信子站、計量ERTU、在線監(jiān)測綜合處理單元等常規(guī)獨立設(shè)備的功能，同時還具備源端維護(hù)、遠(yuǎn)程瀏覽等應(yīng)用功能。在變電站安裝智能遠(yuǎn)動機(jī)后，實現(xiàn)各專業(yè)信息統(tǒng)一建模、數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，在站內(nèi)建立數(shù)據(jù)中心，并作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)出口，與主站進(jìn)行信息交互。大量的數(shù)據(jù)處理、信息交互及傳輸對智能遠(yuǎn)動機(jī)技術(shù)參數(shù)及性能參數(shù)提出更高的要求，尤其是對智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU性能要求更高。

1 CPU負(fù)荷率與智能遠(yuǎn)動機(jī)的關(guān)系

所謂CPU負(fù)荷率即是計算機(jī)系統(tǒng)在一段時間內(nèi)正在使用和等待使用CPU的平均任務(wù)數(shù)。CPU負(fù)荷率是計算機(jī)機(jī)系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)，同時也是檢測智能遠(yuǎn)動機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。CPU是智能遠(yuǎn)動機(jī)的“心臟”，是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)傳輸交換中心，一般的智能遠(yuǎn)動機(jī)具有4顆以上的CPU，每個CPU用于不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也可以多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)共用一個CPU，所以智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU性能直接影響遠(yuǎn)動系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳輸。如果CPU負(fù)荷率過高，超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，就軟件方面而言，會導(dǎo)致智能遠(yuǎn)動機(jī)運行緩慢乃至死機(jī)，處理數(shù)據(jù)能力下降，影響智能遠(yuǎn)動機(jī)運行的穩(wěn)定性和可靠性，直接決定著自動化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量和電網(wǎng)安全運行;就硬件方面而言，CPU負(fù)荷率過高，會導(dǎo)致機(jī)身發(fā)熱比較嚴(yán)重，降低智能遠(yuǎn)動機(jī)硬件的使用壽命。

2 調(diào)試、檢測過程中存在的問題

某500 kV變電站新加裝智能遠(yuǎn)動機(jī)采用國電南瑞科技股份有限公司生產(chǎn)的NSS201A（Linux）型智能遠(yuǎn)動機(jī)，采用了雙主配置，對下采用IEC103通信，完成原綜自系統(tǒng)370多個103通信的間隔層裝置接入，實現(xiàn)站內(nèi)測控及保護(hù)信息直采直送。對上采用IEC104、IEC101通信規(guī)約與總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)進(jìn)行通信并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，總計傳輸信息量為遙信10000多個，遙測1200多個，遙控150個，作為全站統(tǒng)一的出口系統(tǒng)，負(fù)責(zé)廠站與各級主站之間的通訊和協(xié)調(diào)。其中，2臺遠(yuǎn)動機(jī)為南網(wǎng)總調(diào)MSTP專線及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道A、B平面專用，2臺遠(yuǎn)動機(jī)為中調(diào)、地調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、2M專線遠(yuǎn)動及數(shù)字業(yè)務(wù)通道共用，共涉及遠(yuǎn)動通道12條（含備調(diào)通道）。

依據(jù)南方電網(wǎng)智能遠(yuǎn)動機(jī)規(guī)范化運維管理手冊-V5.2及中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSG1204005.66-2014南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第5-5部分：廠站應(yīng)用智能遠(yuǎn)動機(jī)功能規(guī)范要求，在調(diào)試、檢測的過程中發(fā)現(xiàn)NSS201A（Linux）型智能遠(yuǎn)動機(jī)大部分功能和性能滿足技術(shù)規(guī)范要求，在Linux操作系統(tǒng)下，當(dāng)用“TOP”命令進(jìn)行CPU負(fù)荷率檢查時發(fā)現(xiàn)，運行的4臺智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率均在50%～60%之間，重啟智能遠(yuǎn)動機(jī)（啟動瞬間）甚至達(dá)到90%，不滿足南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運行智能遠(yuǎn)動機(jī)功能規(guī)范要求。技術(shù)規(guī)范要求：CPU平均負(fù)荷率正常時（任意5 min內(nèi)）不大于30%，故障時（5 min內(nèi)）不大于50%。針對NSS201A（Linux）型智能遠(yuǎn)動機(jī)這一現(xiàn)象，檢測數(shù)據(jù)如圖1所示，通過多組檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體分析出CPU負(fù)荷率較高原因。

（1）該500 kV變電站為3臺主變規(guī)模，智能遠(yuǎn)動機(jī)共接入70臺測控裝置，17臺低壓保測裝置和100余臺高壓保護(hù)裝置，數(shù)據(jù)信息量較其他變電站大。按照500 kV變電站“無人值守”及現(xiàn)場工程配置要求，僅送往地調(diào)的信息就有8 100多個遙信，900多個遙測，數(shù)據(jù)傳輸量巨大（該500 kV變電站按“無人值班”站調(diào)試），短時（毫秒級），總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)總計傳輸信息量為：遙信10 000多個，遙測1 200多個，遙控150個，傳輸較大數(shù)據(jù)量是造成智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率過高的原因之一。

（2）在對上數(shù)據(jù)通道上，該500 kV變電站接入總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)等數(shù)據(jù)通道，遠(yuǎn)動通信規(guī)約采用了IEC104及IEC101遠(yuǎn)動傳輸規(guī)約。遠(yuǎn)動通信規(guī)約在進(jìn)行數(shù)據(jù)接入時，必須從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，前期的算法是定位到具體的數(shù)據(jù)庫值，計算機(jī)在處理字符串比對的處理效率遠(yuǎn)低于整形的處理效率。在常規(guī)數(shù)據(jù)量接入時，CPU處理性能滿足要求，但對于數(shù)據(jù)量較大的接入站來說，每個數(shù)據(jù)的訪問操作進(jìn)行逐項檢索將消耗大量的CPU和內(nèi)存資源，這也是造成智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率過高的原因。

3 針對智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率過高提出的解決方法

針對該500 kV變電站的特殊情況（裝置多、數(shù)據(jù)量大、“無人值守”），智能遠(yuǎn)動機(jī)正常運行CPU負(fù)荷率較高，不滿足規(guī)范要求，為使CPU負(fù)荷率滿足規(guī)范要求，經(jīng)過反復(fù)的增加或減少數(shù)據(jù)庫信息量試驗對比，對智能遠(yuǎn)動機(jī)進(jìn)行了三方面的優(yōu)化。

（1）算法優(yōu)化：處理數(shù)據(jù)方面采用了多重HASH索引，提升了處理數(shù)據(jù)的速度，如圖2所示。

多重HASH索引就是在進(jìn)行程序處理時引入了哈希表的處理方式，哈希表就是一種鍵-值（Key-indexed）存儲數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，只要輸入待查找的值即Key，即可查找到其對應(yīng)的值。哈希的思路是，如果所有的鍵都是整數(shù)，那么就可以使用一個簡單的無序數(shù)組來實現(xiàn)：將鍵作為索引，值即為其對應(yīng)的值，這樣就可以快速訪問任意鍵的值。這是對于簡單的鍵的情況，我們將其擴(kuò)展到可以處理更加復(fù)雜的類型的鍵。

（2）資源優(yōu)化：對通道資源分配方面做了索引優(yōu)化，提升了資源的利用效率。對于資源優(yōu)化，主要是對多通道通用轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)的情況進(jìn)行了優(yōu)化，不再是單個通道配置獨立的轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)，而是轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)共享，通過指針?biāo)饕姆绞竭M(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)表訪問，節(jié)約了系統(tǒng)內(nèi)存資源和檢索轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的計算資源。

（3）修改IEC104規(guī)約文本報文的發(fā)送速度。

IEC104規(guī)約文本第二個參數(shù)DoRunWaitC是調(diào)整報文的發(fā)送速度的字段，在IEC104數(shù)據(jù)網(wǎng)和專線配置文本里，出廠默認(rèn)一般為0，表示發(fā)送速度為20 ms，一般需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況調(diào)整，變電站規(guī)模越大，傳輸?shù)街髡镜男畔⒃蕉啵酥翟O(shè)置應(yīng)該越大。該變電站總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)總計傳輸信息量為遙信10 000多個，遙測1 200多個，遙控150個，數(shù)據(jù)傳輸量大，故將此參數(shù)調(diào)整為9或10，表示發(fā)送速度為200 ms左右。修改數(shù)據(jù)如圖3所示。

按照以上方法對新加裝的，4臺智能遠(yuǎn)動機(jī)進(jìn)行優(yōu)化和規(guī)約文本的修改，通過對CPU負(fù)荷率檢測對比，4臺智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率降低到22%～28%之間，滿足南網(wǎng)規(guī)范要求，各功能模塊性能檢測合格，該500 kV變電站新加裝的智能遠(yuǎn)動機(jī)成功投運，檢測數(shù)據(jù)如圖4所示。

4 結(jié)束語

智能遠(yuǎn)動機(jī)是南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)智能運行系統(tǒng)OS2建設(shè)中廠站端的核心設(shè)備，是一體化電網(wǎng)智能運行系統(tǒng)OS2建設(shè)重要組成部分，而CPU作為智能遠(yuǎn)動機(jī)的“心臟”及核心部件，承擔(dān)著系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和交互傳輸?shù)闹匾饔?，CPU長期在負(fù)荷率較高的狀況下運行將嚴(yán)重影響智能遠(yuǎn)動機(jī)的穩(wěn)定、可靠運行。通過以上方法優(yōu)化及修改，提高了智能遠(yuǎn)動機(jī)的處理數(shù)據(jù)速度，提高了資源利用率。有效降低了智能遠(yuǎn)動機(jī)CPU負(fù)荷率，保證了智能遠(yuǎn)動機(jī)運行的穩(wěn)定性和可靠性及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。對后續(xù)智能遠(yuǎn)動機(jī)加裝調(diào)試、性能檢測具有一定的意義和經(jīng)驗借鑒。

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