基于數(shù)據(jù)緩沖池技術(shù)的二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理方法

李　金，高　壽

(1.中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510663；2. 南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇 南京 210003)

0　引言

電力系統(tǒng)中二次設(shè)備的檢修以人工進(jìn)行定期檢驗(yàn)為主，容易造成“過(guò)剩維修”或者“延后維修”的問(wèn)題，造成設(shè)備有效利用率降低及人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，檢修效果也不好。而隨著變電站和輸電線路的數(shù)量越來(lái)越多，二次設(shè)備檢驗(yàn)工作量劇烈增加。由于編制限制及人才培養(yǎng)周期等原因二次設(shè)備檢驗(yàn)人員卻并不能相應(yīng)增加，加上許多線路停電難、停電時(shí)間短，造成二次設(shè)備檢驗(yàn)完成率較低，二次設(shè)備技術(shù)人員長(zhǎng)期處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，既影響了保護(hù)檢驗(yàn)質(zhì)量又容易發(fā)生誤碰、誤接線、誤整定等事故。因此，運(yùn)用先進(jìn)的科技手段，加強(qiáng)電氣二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修工作的重要性日益突出[1-5]。

二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)是二次設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，基于二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，根據(jù)反映二次設(shè)備狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)狀態(tài)信息確定二次設(shè)備所處的狀態(tài)，然后對(duì)二次設(shè)備的運(yùn)行健康狀態(tài)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。然而隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，二次設(shè)備的數(shù)量也急劇增加，而在主站端針對(duì)每條監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法給服務(wù)器造成了巨大的計(jì)算壓力。同時(shí)二次設(shè)備監(jiān)測(cè)指標(biāo)的傳輸方式較為分散，可能發(fā)生某一設(shè)備短時(shí)間內(nèi)向主站端傳輸多條監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息，從而出現(xiàn)對(duì)同一設(shè)備多次重復(fù)評(píng)價(jià)的情況[6-9]。本文提出了一種基于數(shù)據(jù)緩沖池技術(shù)的二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理方案，采用多任務(wù)處理和緩沖池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的并行解析；標(biāo)記狀態(tài)評(píng)價(jià)對(duì)象在緩沖池中的任務(wù)狀態(tài)，避免了對(duì)同一設(shè)備的重復(fù)評(píng)價(jià)現(xiàn)象。

1　二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

主站端二次設(shè)備評(píng)價(jià)基于子站傳輸上來(lái)的二次設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，子站端二次設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)61850協(xié)議上傳到主站數(shù)據(jù)中心，再由數(shù)據(jù)中心通過(guò)JMS傳輸至主站端二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)功能模塊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主站端)完成設(shè)備評(píng)價(jià)、設(shè)備檢修等功能應(yīng)用。

當(dāng)子站端設(shè)備的監(jiān)測(cè)指標(biāo)發(fā)生改變時(shí)，子站將產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)信息上傳到數(shù)據(jù)中心。此時(shí)數(shù)據(jù)中心通過(guò)JMS將收到的監(jiān)測(cè)信息傳輸給主站端。主站端監(jiān)聽(tīng)程序在收到數(shù)據(jù)中心傳來(lái)的監(jiān)測(cè)信息后，經(jīng)過(guò)解析處理，啟動(dòng)狀態(tài)評(píng)價(jià)任務(wù)對(duì)該設(shè)備的新?tīng)顟B(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。然而在這個(gè)過(guò)程中，如果該設(shè)備的其他監(jiān)測(cè)指標(biāo)也發(fā)生變化，或某些模擬量指標(biāo)(如CPU使用率)持續(xù)變化，則會(huì)使子站端將該設(shè)備的這些指標(biāo)不停上傳，而主站端重復(fù)啟動(dòng)狀態(tài)評(píng)價(jià)程序?qū)ν辉O(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)，大大加重了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，造成系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重情況下可能出現(xiàn)服務(wù)器卡死等現(xiàn)象[10]。

2　數(shù)據(jù)緩沖池設(shè)計(jì)方案

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)緩沖池的解決方案,將數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的設(shè)備及狀態(tài)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩沖池中，其他程序通過(guò)該數(shù)據(jù)緩沖池讀取數(shù)據(jù)；同時(shí)，通過(guò)標(biāo)記設(shè)備評(píng)價(jià)狀態(tài)避免了重復(fù)評(píng)價(jià)同一設(shè)備的問(wèn)題。

2.1　設(shè)備評(píng)價(jià)狀態(tài)設(shè)計(jì)

為了避免重復(fù)評(píng)價(jià)同一件設(shè)備的運(yùn)行健康狀態(tài)，首先必需要將設(shè)備在狀態(tài)評(píng)價(jià)中的各個(gè)狀態(tài)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

本文將二次設(shè)備在整個(gè)狀態(tài)評(píng)價(jià)過(guò)程中的狀態(tài)分為3個(gè)：待評(píng)價(jià)、評(píng)價(jià)中、已評(píng)價(jià)。當(dāng)主站端接收到JMS信號(hào)時(shí)，從JMS信息體中獲取二次設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，其中包含設(shè)備的唯一編碼、設(shè)備的監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)的狀態(tài)量值等信息。通過(guò)設(shè)備的唯一編碼，可以從系統(tǒng)中獲取需要評(píng)價(jià)的設(shè)備，將該設(shè)備對(duì)象及其評(píng)價(jià)指標(biāo)填入數(shù)據(jù)緩沖池中，此時(shí)可將該設(shè)備狀態(tài)置為“待評(píng)價(jià)”狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)評(píng)價(jià)線程掃描到該設(shè)備，開(kāi)始執(zhí)行狀態(tài)評(píng)價(jià)功能時(shí)，將該設(shè)備狀態(tài)置為“評(píng)價(jià)中”；當(dāng)狀態(tài)評(píng)價(jià)線程完成對(duì)該設(shè)備的評(píng)價(jià)任務(wù)時(shí)，將該設(shè)備的狀態(tài)置為“已評(píng)價(jià)”。因此，二次設(shè)備在各狀態(tài)下的真實(shí)情況如下。

已評(píng)價(jià)：上一評(píng)價(jià)周期的狀態(tài)評(píng)價(jià)工作已完成，至今尚無(wú)新的監(jiān)測(cè)指標(biāo)有變化。

待評(píng)價(jià)：上一評(píng)價(jià)周期的狀態(tài)評(píng)價(jià)工作完成后，又有新的監(jiān)測(cè)指標(biāo)變動(dòng)，需要重新評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)；目前設(shè)備對(duì)象及各項(xiàng)指標(biāo)的當(dāng)前值已填入數(shù)據(jù)緩沖池中，但狀態(tài)評(píng)價(jià)線程尚未掃描到該設(shè)備，還處于等待狀態(tài)。

評(píng)價(jià)中：目前狀態(tài)評(píng)價(jià)線程正在對(duì)該設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2　緩沖池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)緩沖池包括兩部分：

(1)待處理的狀態(tài)數(shù)據(jù)隊(duì)列，隊(duì)列中每個(gè)對(duì)象包括設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)、設(shè)備狀態(tài)量名稱(chēng)、設(shè)備狀態(tài)量監(jiān)測(cè)值，如表1所示。

表1　待處理設(shè)備狀態(tài)隊(duì)列元素結(jié)構(gòu)表

(2)待評(píng)價(jià)的二次設(shè)備隊(duì)列，隊(duì)列中的每個(gè)對(duì)象包括設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)及其當(dāng)前所有狀態(tài)值，如表2所示。

表2　待評(píng)價(jià)設(shè)備隊(duì)列元素結(jié)構(gòu)表

2.3　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)任務(wù)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)任務(wù)是主站端用于監(jiān)聽(tīng)從數(shù)據(jù)中心傳來(lái)的JMS消息的程序。接收到一條JMS消息后，監(jiān)聽(tīng)任務(wù)首先從消息體中解析出具體的消息內(nèi)容，然后將這些內(nèi)容填入緩沖池中待處理的設(shè)備狀態(tài)量隊(duì)列中。

2.4　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任務(wù)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任務(wù)用于分析處理設(shè)備狀態(tài)量隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任務(wù)流程圖如圖1所示。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任務(wù)啟動(dòng)后，遍歷設(shè)備狀態(tài)量隊(duì)列中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)其中的設(shè)備唯一編碼，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查看它們的狀態(tài)，然后進(jìn)行如下處理：

(1)對(duì)于“已評(píng)價(jià)”狀態(tài)的設(shè)備，將其設(shè)備唯一編碼和當(dāng)前所有的狀態(tài)值取出，填入待評(píng)價(jià)的二次設(shè)備隊(duì)列中，在數(shù)據(jù)庫(kù)表中將該設(shè)備的評(píng)價(jià)狀態(tài)置為“待評(píng)價(jià)”，然后用設(shè)備監(jiān)測(cè)指標(biāo)隊(duì)列中取出的指標(biāo)值更新隊(duì)列中相應(yīng)的狀態(tài)量數(shù)據(jù)。

圖1　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任務(wù)流程圖

(2)對(duì)于“待評(píng)價(jià)”狀態(tài)的設(shè)備，直接在緩沖池中更新二次設(shè)備隊(duì)列中相應(yīng)的狀態(tài)量數(shù)據(jù)。

(3)對(duì)于“評(píng)價(jià)中”狀態(tài)的設(shè)備，則在評(píng)價(jià)任務(wù)對(duì)該設(shè)備的評(píng)價(jià)完成后，設(shè)備的評(píng)價(jià)狀態(tài)置為“已評(píng)價(jià)”，對(duì)其按第一種方式處理。

上述處理完成后，在處理設(shè)備狀態(tài)量隊(duì)列中將該條記錄清理出隊(duì)列，隊(duì)列為空時(shí)任務(wù)中止。

2.5　狀態(tài)評(píng)價(jià)任務(wù)功能設(shè)計(jì)

狀態(tài)評(píng)價(jià)任務(wù)用于對(duì)待評(píng)價(jià)的二次設(shè)備隊(duì)列中的設(shè)備及其狀態(tài)量信息進(jìn)行設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)。狀態(tài)評(píng)價(jià)任務(wù)啟動(dòng)后，遍歷待評(píng)價(jià)的二次設(shè)備隊(duì)列，先將該設(shè)備的評(píng)價(jià)狀態(tài)置為“評(píng)價(jià)中”，然后根據(jù)每個(gè)設(shè)備及其狀態(tài)量信息執(zhí)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)算法，得到狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果后，將隊(duì)列中的設(shè)備狀態(tài)量信息和狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果信息更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中保存，然后將數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)備狀態(tài)信息變更為“已評(píng)價(jià)”狀態(tài)。

完成上述步驟后就將剛才評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)從待評(píng)價(jià)的二次設(shè)備隊(duì)列中清除，繼續(xù)遍歷下面的數(shù)據(jù)，直至隊(duì)列為空為止。

如前文所述，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任務(wù)的監(jiān)聽(tīng)程序始終保持監(jiān)聽(tīng)JMS消息，每條消息到達(dá)后將消息體中的信息填入待處理隊(duì)列；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理程序周期性地運(yùn)行，將待處理隊(duì)列的數(shù)據(jù)處理完以后就結(jié)束；狀態(tài)評(píng)價(jià)程序也周期性地啟動(dòng)，每次執(zhí)行遍歷處理待評(píng)價(jià)設(shè)備隊(duì)列，到隊(duì)列為空的時(shí)候停止執(zhí)行；同時(shí)考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理程序和狀態(tài)評(píng)價(jià)程序在上一執(zhí)行周期內(nèi)如果沒(méi)有處理完所有數(shù)據(jù)，在下一執(zhí)行周期會(huì)再次啟動(dòng)一個(gè)新程序，因此這兩個(gè)程序要以單例模式的方式實(shí)現(xiàn)。

3　算例與討論

為驗(yàn)證上述所提的二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理方案，基于本文所提的方法，開(kāi)發(fā)了二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)功能軟件，并編寫(xiě)了模擬程序向監(jiān)聽(tīng)程序發(fā)送二次設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

模擬程序隨機(jī)從二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中抽取二次設(shè)備信息及狀態(tài)量發(fā)送給監(jiān)聽(tīng)程序，記錄下每個(gè)設(shè)備被重復(fù)抽取以及被評(píng)價(jià)的次數(shù)，分別用本文提出的方法和無(wú)緩沖池的處理方法對(duì)收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)。兩種方法部署在同一臺(tái)服務(wù)器上執(zhí)行，每次模擬程序抽取10 000條監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3　兩種狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理方法對(duì)比

從表3的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，當(dāng)同一設(shè)備接收多次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，本文提出的方法能夠有效地減少重復(fù)評(píng)價(jià)的次數(shù)，大幅減少程序執(zhí)行時(shí)間。

4　結(jié)論

本文提出了一種針對(duì)大量二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、評(píng)價(jià)的方法，將待處理數(shù)據(jù)填入緩沖池，靈活配置二次設(shè)備在狀態(tài)評(píng)價(jià)過(guò)程中的不同狀態(tài)，有效地減少了系統(tǒng)重復(fù)計(jì)算的數(shù)量，提高程序運(yùn)行效率，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。

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