李　金，高　壽

(1.中國南方電網(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“過剩維修”或者“延后維修”的問題，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)評價是二次設(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)，然后對二次設(shè)備的運(yùn)行健康狀態(tài)進(jìn)行整體評價。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，而在主站端針對每條監(jiān)測信息進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)評價的方法給服務(wù)器造成了巨大的計(jì)算壓力。同時二次設(shè)備監(jiān)測指標(biāo)的傳輸方式較為分散，可能發(fā)生某一設(shè)備短時間內(nèi)向主站端傳輸多條監(jiān)測指標(biāo)信息，從而出現(xiàn)對同一設(shè)備多次重復(fù)評價的情況[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)評價數(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)測數(shù)據(jù)的并行解析；標(biāo)記狀態(tài)評價對象在緩沖池中的任務(wù)狀態(tài)，避免了對同一設(shè)備的重復(fù)評價現(xiàn)象。

1　二次設(shè)備狀態(tài)評價方法

主站端二次設(shè)備評價基于子站傳輸上來的二次設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，子站端二次設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)通過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JMS傳輸至主站端二次設(shè)備狀態(tài)評價功能模塊(以下簡稱主站端)完成設(shè)備評價、設(shè)備檢修等功能應(yīng)用。

當(dāng)子站端設(shè)備的監(jiān)測指標(biāo)發(fā)生改變時，子站將產(chǎn)生的監(jiān)測信息上傳到數(shù)據(jù)中心。此時數(shù)據(jù)中心通過JMS將收到的監(jiān)測信息傳輸給主站端。主站端監(jiān)聽程序在收到數(shù)據(jù)中心傳來的監(jiān)測信息后，經(jīng)過解析處理，啟動狀態(tài)評價任務(wù)對該設(shè)備的新狀態(tài)進(jìn)行評價。然而在這個過程中，如果該設(shè)備的其他監(jiān)測指標(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)啟動狀態(tài)評價程序?qū)ν辉O(shè)備進(jìn)行評價，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

針對上述問題，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，其他程序通過該數(shù)據(jù)緩沖池讀取數(shù)據(jù)；同時，通過標(biāo)記設(shè)備評價狀態(tài)避免了重復(fù)評價同一設(shè)備的問題。

2.1　設(shè)備評價狀態(tài)設(shè)計(jì)

為了避免重復(fù)評價同一件設(shè)備的運(yùn)行健康狀態(tài)，首先必需要將設(shè)備在狀態(tài)評價中的各個狀態(tài)區(qū)分開來。

本文將二次設(shè)備在整個狀態(tài)評價過程中的狀態(tài)分為3個：待評價、評價中、已評價。當(dāng)主站端接收到JMS信號時，從JMS信息體中獲取二次設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，其中包含設(shè)備的唯一編碼、設(shè)備的監(jiān)測指標(biāo)、監(jiān)測指標(biāo)的狀態(tài)量值等信息。通過設(shè)備的唯一編碼，可以從系統(tǒng)中獲取需要評價的設(shè)備，將該設(shè)備對象及其評價指標(biāo)填入數(shù)據(jù)緩沖池中，此時可將該設(shè)備狀態(tài)置為“待評價”狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)評價線程掃描到該設(shè)備，開始執(zhí)行狀態(tài)評價功能時，將該設(shè)備狀態(tài)置為“評價中”；當(dāng)狀態(tài)評價線程完成對該設(shè)備的評價任務(wù)時，將該設(shè)備的狀態(tài)置為“已評價”。因此，二次設(shè)備在各狀態(tài)下的真實(shí)情況如下。

已評價：上一評價周期的狀態(tài)評價工作已完成，至今尚無新的監(jiān)測指標(biāo)有變化。

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

評價中：目前狀態(tài)評價線程正在對該設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行評價。

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)列中每個對象包括設(shè)備的唯一標(biāo)識、設(shè)備狀態(tài)量名稱、設(shè)備狀態(tài)量監(jiān)測值，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)待評價的二次設(shè)備隊(duì)列，隊(duì)列中的每個對象包括設(shè)備的唯一標(biāo)識及其當(dāng)前所有狀態(tài)值，如表2所示。

表2　待評價設(shè)備隊(duì)列元素結(jié)構(gòu)表

2.3　監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)聽任務(wù)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)聽任務(wù)是主站端用于監(jiān)聽從數(shù)據(jù)中心傳來的JMS消息的程序。接收到一條JMS消息后，監(jiān)聽任務(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)測數(shù)據(jù)處理任務(wù)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)測數(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)測數(shù)據(jù)處理任務(wù)流程圖如圖1所示。監(jiān)測數(shù)據(jù)處理任務(wù)啟動后，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)庫中查看它們的狀態(tài)，然后進(jìn)行如下處理：

(1)對于“已評價”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，填入待評價的二次設(shè)備隊(duì)列中，在數(shù)據(jù)庫表中將該設(shè)備的評價狀態(tài)置為“待評價”，然后用設(shè)備監(jiān)測指標(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)測數(shù)據(jù)處理任務(wù)流程圖

(2)對于“待評價”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)對于“評價中”狀態(tài)的設(shè)備，則在評價任務(wù)對該設(shè)備的評價完成后，設(shè)備的評價狀態(tài)置為“已評價”，對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)列為空時任務(wù)中止。

2.5　狀態(tài)評價任務(wù)功能設(shè)計(jì)

狀態(tài)評價任務(wù)用于對待評價的二次設(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)評價。狀態(tài)評價任務(wù)啟動后，遍歷待評價的二次設(shè)備隊(duì)列，先將該設(shè)備的評價狀態(tài)置為“評價中”，然后根據(jù)每個設(shè)備及其狀態(tài)量信息執(zhí)行健康狀態(tài)評價算法，得到狀態(tài)評價結(jié)果后，將隊(duì)列中的設(shè)備狀態(tài)量信息和狀態(tài)評價結(jié)果信息更新到數(shù)據(jù)庫中保存，然后將數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備狀態(tài)信息變更為“已評價”狀態(tài)。

完成上述步驟后就將剛才評價的數(shù)據(jù)從待評價的二次設(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)測數(shù)據(jù)處理任務(wù)的監(jiān)聽程序始終保持監(jiān)聽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)評價程序也周期性地啟動，每次執(zhí)行遍歷處理待評價設(shè)備隊(duì)列，到隊(duì)列為空的時候停止執(zhí)行；同時考慮到監(jiān)測數(shù)據(jù)處理程序和狀態(tài)評價程序在上一執(zhí)行周期內(nèi)如果沒有處理完所有數(shù)據(jù)，在下一執(zhí)行周期會再次啟動一個新程序，因此這兩個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)評價數(shù)據(jù)處理方案，基于本文所提的方法，開發(fā)了二次設(shè)備狀態(tài)評價功能軟件，并編寫了模擬程序向監(jiān)聽程序發(fā)送二次設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)。

模擬程序隨機(jī)從二次設(shè)備狀態(tài)評價系統(tǒng)中抽取二次設(shè)備信息及狀態(tài)量發(fā)送給監(jiān)聽程序，記錄下每個設(shè)備被重復(fù)抽取以及被評價的次數(shù)，分別用本文提出的方法和無緩沖池的處理方法對收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評價。兩種方法部署在同一臺服務(wù)器上執(zhí)行，每次模擬程序抽取10 000條監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表3所示。

表3　兩種狀態(tài)評價數(shù)據(jù)處理方法對比

從表3的測試結(jié)果來看，當(dāng)同一設(shè)備接收多次監(jiān)測數(shù)據(jù)的時候，本文提出的方法能夠有效地減少重復(fù)評價的次數(shù)，大幅減少程序執(zhí)行時間。

4　結(jié)論

本文提出了一種針對大量二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、評價的方法，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)評價過程中的不同狀態(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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