CN103617494A - 一种广域多级分布式并行电网分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种广域多级分布式并行电网分析系统，包括客户端服务器、作业服务器、管理机服务器、辅助管理机服务器和任务服务器；作业服务器对客户端服务器发起的电网分析任务进行分析，并将其分配到管理机服务器或辅助管理机服务器或任务服务器进行广域多级分布式并行计算。和现有技术相比，本发明提供的一种广域多级分布式并行电网分析系统，采用分布式计算技术和并行计算技术，充分利用调度云平台提供的全局共享数据，提高大电网在线分析的计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网调度方法，具体涉及一种广域多级分布式并行电网分析系统。
背景技术
云计算是以分布式技术和虚拟化技术为基础，网络为载体，提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可灵活扩展的IT资源（计算、存储、数据、应用等）进行协同工作的计算体系，是新一代IT计算模式。基于云计算技术的大电网在线分析软件的实现需要以云平台为基础，现有技术中电力系统调度云平台包括调度应用层、调度云服务、平台中间件和基础设施层。
（1）调度应用层；通过整合调度应用：实时监控、安全校核、调度计划、调度管理等众多调度业务，向客户提供统一的业务访问平台，让客户感觉到业务不是分隔的，而是整体的调度业务解决方案，并引入面向服务的架构（SOA），把软件当做服务来提供。
（2）调度云服务；根据需要作为服务提供的一整套应用程序，以实现协同方式数据管理和协同方式计算为目标，提供覆盖国、网、省三级调度中心的一体化流程管理、统一数据共享和统一方式计算等应用服务。
（3）平台中间件；包含一个软件层，并作为一项服务提供此软件层，这项服务可用来构建更高水平的服务。调度云平台整合了统一的服务访问接口，屏蔽了下层的分布式计算、分布式内存数据库、分布式时序数据库、分布式关系数据库、分布式结构化存储、分布式搜索引擎等功能模块，并配合安全、运维、分布式统一资源管理等控制模块，向用户提供统一的服务接口和平台服务。
（4）基础设施层。通过网络作为标准化服务提供基本存储和计算能力。
目前，大电网在线分析分布式并行算法大致可以分为三类：1）大电网在线分析采用并行数学方法求解方程。代数方程组或微分方程组的求解都是许多电力系统分析计算的核心问题，其并行求解方法可以分为两类：直接法和迭代法。直接法以矩阵分解、矩阵求逆等数学原理为基础。较典型的迭代法有雅可比和高斯-塞德尔法等，均可直接并行化。2）大规模电力网络的分块计算。网络分块法的基本思想是把大电网分解成若干规模较小的子网，对每个边界的子网分别进行等值计算，然后在求解出分割边界的协调变量，最后求解各个子网的内部变量，得到合理全系统的解。网络分块法可以分为两类，节点撕裂法和支路切割法。3）根据输入数据划分计算任务。例如静态安全分析的每个预想事故分析都是一次潮流计算，且预想故障间无直接关系，可分成N个扫描任务，由多个进程并行完成潮流计算。
本发明根据大电网在线分析系统分层分布的特点，结合云计算技术，以面向服务架构为基本思路，在调度云平台基础上，提出了一种适用于大电网在线分析的广域多级分布式并行电网分析系统，适用范围广，适用性灵活，既能满足大电网超大规模计算任务的计算要求，又能保证较小规模计算任务不占用过多资源，减少不必要的通讯时间；充分利用调度云平台提供的全局共享数据，提高大电网在线分析的计算精度，解决一体化电网分层分级调度带来的电网边界计算残差问题。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种广域多级分布式并行电网分析系统，所述系统包括客户端服务器、作业服务器、管理机服务器、辅助管理机服务器和任务服务器；所述作业服务器对所述客户端服务器发起的电网分析任务进行分析，并将其分配到管理机服务器或辅助管理机服务器或任务服务器进行广域多级分布式并行计算。
优选的，所述作业服务器通过分析执行所述电网分析任务的计算量和计算实时性，确定执行所述电网分析任务的优先级和广域多级分布式并行计算的工作模式；所述广域多级分布式并行计算的工作模式包括单机多CPU并行计算模式、集群内分布式并行计算模式和广域分布式并行计算模式；
优选的，所述任务服务器采用单机多CPU并行计算模式执行所述电网分析任务；将所述电网分析任务分解为若干子任务，通过任务服务器内部的多个CPU对所述子任务进行并行计算，并将计算结果反馈到所述客户端服务器；所述任务服务器的数目为n，n至少为2；所述任务服务器包括数据处理单元和协调管理单元；所述数据处理单元依据所述子任务进行数据读取、数据分析和数据存储；所述协调管理单元用于获取所述子任务，并所述子任务的执行结果反馈到所述客户端服务器或所述辅助管理机服务器；
优选的，所述辅助管理机服务器采用集群内分布式并行计算模式执行所述电网分析任务；所述任务服务器通过局域网连接，形成计算机集群单元；所述辅助管理机服务器通过虚拟化技术和桌面云技术将所述计算机集群单元的硬件资源整合为计算资源池、网络资源池和存储资源池；
所述辅助管理机服务器依据所述电网分析任务向所述任务服务器分配作业任务，进行分布式计算和并行计算；所述辅助管理机服务器依据所述任务服务器的计算结果进行电网分析，并将电网分析结果反馈到所述客户端服务器；
优选的，所述管理机服务器采用广域分布式并行计算模式执行所述电网分析任务；所述辅助管理机服务器通过电力专用的广域网连接，形成广域网计算机集群；所述辅助管理机服务器对所述辅助管理机服务器进行虚拟化处理；
所述管理机服务器依据所述电网分析任务向所述辅助管理机服务器分配作业任务，所述辅助管理机服务器将所述作业任务向所述任务服务器进行再分配，进行分布式计算和并行计算；所述辅助管理机服务器依据所述任务服务器的计算结果进行作业任务分析；所述管理机服务器依据所述辅助管理机服务器的作业任务分析结果进行电网分析，并将电网分析结果反馈到所述客户端服务器。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明提供了一种广域多级分布式并行电网分析系统，最大程度利用电网调控中心的现有硬件资源形成计算资源池，同时各电网调控中心可根据情况保留各自的私有计算资源，既能满足云计算技术的硬件需求，又满足现有调度机构的行政要求；
2、本发明提供了一种广域多级分布式并行电网分析系统，适用范围广，适用性灵活；根据各计算任务的计算量大小、并行任务颗粒度大小及实时性的要求，可灵活选择合适的计算模式，既能满足大电网超大规模计算任务的计算需求，又能保证较小规模计算任务不占用过多资源，减少不必要的通讯时间；
3、本发明提供了一种广域多级分布式并行电网分析系统，采用分布式计算技术和并行计算技术，充分利用调度云平台提供的全局共享数据，提高大电网在线分析的计算精度，解决一体化电网分层分级调度带来的电网边界计算残差问题。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是：本发明实施例中一种广域多级分布式并行电网分析系统结构图；
图2是：本发明实施例中广域多级分布式并行计算模式拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明根据大电网在线分析和调度系统分层分布的特点，结合云计算技术，以面向服务架构为基本思路，在调度云平台基础上，提出了一种适用于大电网在线分析的广域多级分布式并行电网分析系统，如图1示出的系统结构图，本系统包括客户端服务器、作业服务器、管理机服务器、辅助管理机服务器和任务服务器；
客户端服务器向作业服务器发起大电网分析任务。
作业服务器分析执行该大电网分析任务的计算量和计算实时性，确定执行该大电网分析任务的优先级和广域多级分布式并行计算的工作模式；作业服务器依据分析结果将该大电网分析任务分配到管理机服务器或辅助管理机服务器或任务服务器进行广域多级分布式并行计算；图2示出了基于调度云平台的广域多级分布式并行计算的工作模式拓扑图；广域多级分布式并行计算包括单机多CPU并行计算模式、集群内分布式并行计算模式和广域分布式并行计算模式；
本实施例中计算量适中、计算实时性要求高的电网分析任务采用单机多CPU并行计算模式；计算量较大、计算实时性要求一般的电网分析任务采用集群内分布式并行计算模式；计算量超大、计算实时性要求较低的电网分析任务采用广域分布式并行计算模式。
调度云平台的硬件资源管理服务对智能电网调度系统的计算机集群进行硬件资源虚拟化处理，得到虚拟化硬件资源；硬件资源包括计算机资源、网络资源和存储资源；硬件资源虚拟池处理为调度云平台的中间层或用户提供所需的计算算法、网络和存储资源，实现硬件资源的按需分配和快速部署；
1、单机多CPU并行计算模式：调度云平台包括由管理服务和计算服务组成的并行计算服务单元，用于支撑计算机并行计算模式；管理服务用于提供电网模型、数据断面服务、计算任务通信服务和计算任务调度服务；所述计算服务用于提供并行优化算法；
2、集群内分布式并行计算模式：调度云平台的上述并行计算服务单元，用于支撑计算机并行计算模式，通过虚拟化技术和桌面云技术将各个计算机的硬件资源整合为计算资源池、网络资源池和存储资源池；
3、广域分布式并行计算模式：调度云平台将广域网内的各个电网调控中心的计算机集群单元通过电力专用的广域网连接，形成广域网计算机集群，相当于一台资源池化的超级虚拟计算机；通过上述并行计算服务单元对电网调控中心中电网调度数据网的虚拟计算机进行虚拟化处理。
任务服务器包括数据处理单元和协调管理单元；数据处理单元依据电网分析任务进行数据读取、数据分析和数据存储；协调管理单元用于获取电网分析任务，并电网分析任务的执行结果反馈到客户端服务器或辅助管理机服务器；任务服务器采用单机多CPU并行计算模式执行电网分析任务；将电网分析任务分解为若干子任务，通过任务服务器内部的多个CPU对子任务进行并行计算。
辅助管理机服务器采用集群内分布式并行计算模式执行该电网分析任务；在所述计算模式下任务服务器通过局域网连接，形成计算机集群单元；辅助管理机服务器通过虚拟化技术和桌面云技术将计算机集群单元的硬件资源整合为计算资源池、网络资源池和存储资源池；辅助管理机服务器依据该电网分析任务向任务服务器分配作业任务，进行分布式计算和并行计算；辅助管理机服务器依据任务服务器的计算结果进行电网分析，并将电网分析结果反馈到客户端服务器。
管理机服务器采用广域分布式并行计算模式执行该电网分析任务；辅助管理机服务器通过电力专用的广域网连接，形成广域网计算机集群；辅助管理机服务器对辅助管理机服务器进行虚拟化处理；管理机服务器依据该电网分析任务向辅助管理机服务器分配作业任务，辅助管理机服务器将作业任务向任务服务器进行再分配，任务服务器进行分布式计算和并行计算；辅助管理机服务器依据任务服务器的计算结果进行作业任务分析；管理机服务器依据辅助管理机服务器的作业任务分析结果电网分析，并将电网分析结果反馈到客户端服务器。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (5)
1.一种广域多级分布式并行电网分析系统，其特征在于，所述系统包括客户端服务器、作业服务器、管理机服务器、辅助管理机服务器和任务服务器；所述作业服务器对所述客户端服务器发起的电网分析任务进行分析，并将其分配到管理机服务器或辅助管理机服务器或任务服务器进行广域多级分布式并行计算。
2.如权利要求1所述的一种广域多级分布式并行电网分析系统，其特征在于，所述作业服务器通过分析执行所述电网分析任务的计算量和计算实时性，确定执行所述电网分析任务的优先级和广域多级分布式并行计算的工作模式；所述广域多级分布式并行计算的工作模式包括单机多CPU并行计算模式、集群内分布式并行计算模式和广域分布式并行计算模式。
3.如权利要求1所述的一种广域多级分布式并行电网分析系统，其特征在于，所述任务服务器采用单机多CPU并行计算模式执行所述电网分析任务；将所述电网分析任务分解为若干子任务，通过任务服务器内部的多个CPU对所述子任务进行并行计算，并将计算结果反馈到所述客户端服务器；所述任务服务器的数目为n，n至少为2；所述任务服务器包括数据处理单元和协调管理单元；所述数据处理单元依据所述子任务进行数据读取、数据分析和数据存储；所述协调管理单元用于获取所述子任务，并将所述子任务的执行结果反馈到所述客户端服务器或所述辅助管理机服务器。
4.如权利要求1所述的一种广域多级分布式并行电网分析系统，其特征在于，所述辅助管理机服务器采用集群内分布式并行计算模式执行所述电网分析任务；所述任务服务器通过局域网连接，形成计算机集群单元；所述辅助管理机服务器通过虚拟化技术和桌面云技术将所述计算机集群单元的硬件资源整合为计算资源池、网络资源池和存储资源池；
所述辅助管理机服务器依据所述电网分析任务向所述任务服务器分配作业任务，进行分布式计算和并行计算；所述辅助管理机服务器依据所述任务服务器的计算结果进行电网分析，并将电网分析结果反馈到所述客户端服务器。
5.如权利要求1所述的一种广域多级分布式并行电网分析系统，其特征在于，所述管理机服务器采用广域分布式并行计算模式执行所述电网分析任务；所述辅助管理机服务器通过电力专用的广域网连接，形成广域网计算机集群；所述辅助管理机服务器对所述辅助管理机服务器进行虚拟化处理；
所述管理机服务器依据所述电网分析任务向所述辅助管理机服务器分配作业任务，所述辅助管理机服务器将所述作业任务向所述任务服务器进行再分配，进行分布式计算和并行计算；所述辅助管理机服务器依据所述任务服务器的计算结果进行作业任务分析；所述管理机服务器依据所述辅助管理机服务器的作业任务分析结果进行电网分析，并将电网分析结果反馈到所述客户端服务器。
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