電網(wǎng)自動化中分布式任務(wù)調(diào)度方法研究

李 卓，林 航，顏少偉

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，海南 海口 570203）

0 引 言

電網(wǎng)自動化利用分布式電源向系統(tǒng)中心供電，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。傳統(tǒng)電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是將儲存裝置和控制設(shè)備作為變電站與信息傳輸?shù)耐ǖ?，集合了多種再生能源。這種傳輸方式需要消耗較多的再生能源，降低了工作效率。分布式任務(wù)可以降低再生能源的消耗，提供輔助功能，有效改善電能傳輸質(zhì)量，提高電能傳輸?shù)目煽啃?。此外，分布式任?wù)調(diào)動方法可滿足多個遠(yuǎn)動裝置網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的運行目標(biāo)[1]。

1 分布式任務(wù)調(diào)度方法

1.1 確定遠(yuǎn)動裝置

電網(wǎng)自動化系統(tǒng)結(jié)合了遠(yuǎn)動裝置和遠(yuǎn)動通道，利用遠(yuǎn)動裝置的遙測功能和遙控功能，建立兩者之間的傳輸通道。遙測功能是指將系統(tǒng)模擬量轉(zhuǎn)換為調(diào)度中心的接收端，模擬量轉(zhuǎn)換的過程稱為遙測。遙控功能是指通過調(diào)度端控制輸送系統(tǒng)接收的信息，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。遠(yuǎn)動裝置結(jié)合了布線邏輯式和存儲程序式的功能。布線邏輯式由硬件電路組成，存儲程序式由固定接線方式組成。運用兩者的遠(yuǎn)動裝置程序，確保系統(tǒng)變電站與信息正常傳輸，以滿足廠站系統(tǒng)運行的要求[2]。電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通常采用分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

全局調(diào)度監(jiān)控中心是電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的一級設(shè)備。設(shè)備層是電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的二級設(shè)備，間隔層是電網(wǎng)自動化的三級設(shè)備，管理層是電動化系統(tǒng)的四級設(shè)備[3]。在電網(wǎng)自動化的終端端口中，將電網(wǎng)控制和監(jiān)視置于分布式系統(tǒng)之下，保證了整個系統(tǒng)運行的可靠性和實效性，確定了分布式任務(wù)調(diào)度方法的遠(yuǎn)動裝置。

圖1 電網(wǎng)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 互斥量轉(zhuǎn)換過程

傳統(tǒng)電網(wǎng)自動化為了提高系統(tǒng)的可靠性采用冗余配置，即為雙機(jī)備份結(jié)構(gòu)。這種備份系統(tǒng)是基于1:1個處理設(shè)備實現(xiàn)鏡像節(jié)點的位置固定，對不同設(shè)備的要求也不同，互斥量切換過程較為復(fù)雜。為了確保電網(wǎng)自動化變電站與信息傳輸?shù)目煽啃?，設(shè)計了1:n個處理設(shè)備實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，滿足了廠站系統(tǒng)運行的要求。分布式任務(wù)調(diào)度方法是基于1:n個處理設(shè)備實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度的。在每次執(zhí)行任務(wù)時，都會隨著服務(wù)節(jié)點的變化而變化。根據(jù)n個節(jié)點發(fā)送的請求執(zhí)行變電站與信息傳輸?shù)娜蝿?wù)。n在0和n-1之間選擇，不同的n值會提供不同的可靠性。n=1時，備份系統(tǒng)節(jié)點是動態(tài)的；n=n-1時，備份系統(tǒng)節(jié)點是互相的，以達(dá)到系統(tǒng)可靠性的要求。分布式任務(wù)調(diào)度中存在多個服務(wù)節(jié)點，由多個調(diào)度節(jié)點協(xié)商選擇發(fā)送下一個任務(wù)。

當(dāng)服務(wù)節(jié)點為2時，為兩個節(jié)點作為任務(wù)調(diào)度的執(zhí)行命令。節(jié)點n2調(diào)度n1與n3執(zhí)行任務(wù)，在提交節(jié)點的同時，隨機(jī)在n1和n3上建立一個互斥量。完成互斥量轉(zhuǎn)換后，執(zhí)行下一步任務(wù)。檢測n3是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，若沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束，則放棄下一步操作。每個節(jié)點任務(wù)調(diào)度可以自由設(shè)置，從而實現(xiàn)1:n個處理設(shè)備，滿足提高電網(wǎng)自動化系統(tǒng)可靠性的要求，并完成互斥量的轉(zhuǎn)換。

1.3 實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)度

分布式任務(wù)調(diào)動方法可以將全局調(diào)度監(jiān)控中心中每次服務(wù)請求發(fā)送到變電站中。每次發(fā)送請求前，需選出a個執(zhí)行節(jié)點。

分布式任務(wù)調(diào)度執(zhí)行過程分為11步。

第1步，將全局調(diào)度監(jiān)控中心發(fā)送的任務(wù)請求發(fā)送到計算機(jī)；

第2步，調(diào)度者從服務(wù)路由數(shù)據(jù)中查找需要的節(jié)點；第3步，將服務(wù)請求每隔2s調(diào)度轉(zhuǎn)換為5 s；

第4步，若全局調(diào)度監(jiān)控中心發(fā)送的服務(wù)請求有效且時間不超過2s，則DMVLAC算法會直接選擇a個節(jié)點；

第5步，調(diào)度者在全局調(diào)度監(jiān)控中心中提供服務(wù)節(jié)點發(fā)出的請求；

第6步，調(diào)度者需要等待100 s，待收到執(zhí)行數(shù)兩倍后，若無回應(yīng)就轉(zhuǎn)回到第2步；

第7步，調(diào)度者根據(jù)DMVLAC算法選擇a個節(jié)點作為執(zhí)行者，轉(zhuǎn)第9步；

第8步，調(diào)度者在全局調(diào)度監(jiān)控中心發(fā)送請求，待等待200 s若無響應(yīng)，轉(zhuǎn)回第4步；

第9步，調(diào)度失敗，電網(wǎng)自動系統(tǒng)會給用戶提示；

第10步，修改調(diào)度互斥量，若修改失敗，需要重新檢測服務(wù)數(shù)據(jù)的節(jié)點；

第11步，完成調(diào)度。

2 實驗結(jié)論

為了驗證分布式任務(wù)調(diào)度在電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的可靠性，使用測試處理服務(wù)器檢測拷貝的數(shù)據(jù)質(zhì)量，采用200 m集線器連接局域網(wǎng)，包括6臺節(jié)點處理機(jī)。

表1是節(jié)點處理機(jī)配置表，每臺節(jié)點設(shè)備都應(yīng)用Turbolinux5.0操作系統(tǒng)，在設(shè)備中插入分布式調(diào)度模塊、服務(wù)模塊和通信處理模塊。

表1 節(jié)點處理機(jī)配置

通過人為損壞造成系統(tǒng)故障和變化的工作負(fù)荷，檢測分布式任務(wù)調(diào)度方法與傳統(tǒng)方法的可靠性。

圖2是分布式任務(wù)調(diào)動方法與傳統(tǒng)方法的對比結(jié)果。在人為破壞下檢測兩種方法的可靠性，實驗結(jié)果表明分布式任務(wù)調(diào)度方法可靠性較高。使用分布式任務(wù)調(diào)度方法只需要使用1臺節(jié)點機(jī)方可運作，互斥量節(jié)點的轉(zhuǎn)換質(zhì)量較高，且完成轉(zhuǎn)換的速度快。

圖2 兩種方法對比結(jié)果

圖3 是分布式任務(wù)調(diào)度方法與傳統(tǒng)方法任務(wù)執(zhí)行時間的測試結(jié)果。測試中采用6個運行節(jié)點數(shù)，互斥量轉(zhuǎn)換時間分別為 10ms、20 ms、30 ms、40 ms和50 ms。實驗結(jié)果表明，分布式任務(wù)調(diào)度時間相比傳統(tǒng)方法任務(wù)執(zhí)行時間較短；任務(wù)執(zhí)行量增大，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的時間增量會隨之減少。因此，在處理較多數(shù)據(jù)時，建議采用分布式任務(wù)調(diào)動方法。

圖3 任務(wù)執(zhí)行時間的對比結(jié)果

3 結(jié) 論

電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是保證電力系統(tǒng)安全運作的系統(tǒng)。為此，提出分布式任務(wù)調(diào)度方法，以提高電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的可靠性。分布式任務(wù)調(diào)動方法是基于1:n個處理設(shè)備實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度的，使用互斥量調(diào)節(jié)多個任務(wù)調(diào)度，從而實現(xiàn)1:n個處理設(shè)備，滿足提高電網(wǎng)自動化系統(tǒng)可靠性的要求。實驗結(jié)果表明，分布式任務(wù)調(diào)度方法會隨任務(wù)執(zhí)行量的增大，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間。分布式任務(wù)調(diào)度方法能達(dá)到很高的可靠性，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的變化選擇相應(yīng)的方法。