CN109753355A - 智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法，把就地化保护装置模型导入系统、均衡因子N＝0；自适应负载均衡模式初始化；取一个未连接的就地化保护装置，总控程序新启动一个通信服务；获取该装置的遥信、遥测点数，与当前通信服务管理的遥信、遥测点数求和；总控程序判断当前通信服务管理的总的遥测及遥信点数是否超过阈值；当前通信服务连接该就地化保护装置，更新当前通信服务管理的遥信及遥测点数；监视全部通信服务的运行直至结束。本发明实现就地化保护智能管理单元的负载均衡，装置可独立升级，配置简单无需人工干预，规避了采用集中式架构的通信服务的单点故障风险。

Description

智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法

技术领域

本发明属于电力系统就地化保护技术领域，具体涉及一种智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法。

背景技术

就地化保护技术是国家电网公司近年来提出的一项继电保护领域的新技术。就地化保护装置及智能管理单元是该技术在继电保护领域的最新应用。就地化保护装置靠近一次设备安装，无防护，受气象环境、地理位置、电磁场等外部因素影响，无液晶面板。国家电网公司提出使用智能管理单元对全站就地化保护装置集中智能管理。智能管理单元与就地化保护装置通过IEC 61850规约进行通信，实现不同厂家智能管理单元与不同厂家就地化保护装置之间的互操作。

根据国家电网公司就地化保护技术规范要求，智能管理单元应具备支持255个就地化保护装置同时在线的能力，这就要求智能管理单元相关服务模块具备较大模型的数据处理能力。传统的集中式架构通信服务需要维护大量的连接数与数据缓存量，给智能管理单元带来较大的负载和时空开销(时空开销，指内存空间和时间消耗)，对就地化保护装置与智能管理单元之间的互操作产生较大影响。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法，系统除了变电站模型配置文件导入及均衡因子配置外，基本实现免配置，符合国家电网公司规范要求。

在本发明中，涉及到以下专业技术术语：

(1)均衡因子：根据导入到系统中的就地化保护装置的个数配置合适的均衡因子。

均衡因子是系统内的一项配置参数，规定定义域区间为[0,+∞),表示系统中需要启动分布式服务的个数。均衡因子设置为0具有特殊意义，表示启动分布式服务的个数由系统自动决定(自适应)。+∞的取值必须为正整数，表示服务启动的个数。

(2)平均负载均衡模式。

假设系统当前配置的均衡因子大小为N并且N>0,系统中需要连接的就地化保护装置的个数为M，此时如果整个系统工作在平均负载均衡模式下，当M能被N整除时，智能管理单元通信服务启动的个数为N,分别为S₁,S₂,…,S_N，每个服务连接的就地化保护装置的个数为NUM(S_i)：

NUM(S_i)＝M/N(i＝1,2,...,N)

当M不能被N整除时，智能管理单元通信服务启动的个数为N+1,分别为S1,S2,…,SN+1，每个服务连接的就地化保护装置的个数为NUM(S_i)

其中M％N表示M不能被N整除时所得的余数。

注意，如果系统工作在平均负载均衡模式下，均衡因子的配置需要根据施工现场就地化保护装置个数确定，如果配置均衡因子N>M,此时总控程序拒绝启动任何通信服务，并通知用户参数错误，智能管理单元无法正常工作。此外，系统工作在该模式下因不同的就地化保护装置遥信、遥测点的个数差异，会造成通信服务负载的差异。

(3)自适应负载均衡模式。

假设系统当前配置的均衡因子大小为N并且N＝0，系统中需要连接的就地化保护装置的个数为M，表示系统工作在自适应负载均衡模式下。自适应负载均衡模式下智能管理单元通信服务启动与否、启动服务的个数由系统总控程序自动决定，无需要人工干预。系统总控程序在自适应负载均衡模式下启动通信服务的个数，是根据系统内所需连接的就地化保护装置的遥信、遥测点的多少决定的，这在一定程度上可以克服系统工作在平均负载均衡模式下因不同的就地化保护装置遥信、遥测点的个数差异造成的通信服务负载的差异性。

(4)导模工具。就地化保护智能管理单元与间隔层就地化保护装置进行互操作的基础是模型文件。本发明中的导模工具支持基于IEC61850标准的模型文件，如icd文件、SCD文件等。导模工具用于把这些标准的模型文件导入到系统中并把模型信息通过数据库访问接口保存到数据库中。

(5)总控程序。就地化保护智能管理单元系统在总控程序的协调下稳定工作。总控程序根据配置的均衡因子决定启动通信服务的个数，并监视各个通信服务的运行。各个分布式通信服务与总控程序的通信使用共享内存。

(6)通信服务。由总控程序根据均衡因子启动的一种分布式服务。通信服务与间隔层就地化保护装置通过IEC61850服务直接建立连接，并通过服务接口与间隔层就地化保护装置进行信息交互。通信服务通常连接一组就地化保护装置。

(7)装置界面。所有分布式服务启动成功后，装置界面与分布式服务之间使用消息总线完成信息的交互。装置界面完成与远方就地化保护装置的信息交互，包括：模拟量的实时浏览、装置告警信息查看、软压板投退、设备参数定值整定、保护定值的整定、动作报告查看、子机参数配置、开出传动等功能。

(6)就地化保护装置。直接安装于一次设备近旁或与一次设备集成安装的保护装置。通常包含线路保护装置、元件保护装置等。不同型号的就地化保护装置遥信和遥测点的个数具有较大差异性。

本发明所采用的技术方案如下：

1、智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法，包括以下步骤：

步骤1、使用导模工具把就地化保护装置模型导入系统、完成相关配置项的配置，此时配置的均衡因子N＝0；

步骤2、总控程序开始自适应负载均衡模式初始化；

步骤3、取一个未连接的就地化保护装置，总控程序新启动一个通信服务为当前通信服务，连接本装置，记录当前通信服务管理的遥信、遥测点数为本装置的遥信、遥测点数；

步骤4、总控程序判断系统中是否还有未连接的就地化保护装置，如果是、转下一步，如果否、转步骤9；

步骤5、取一个尚未连接的就地化保护装置，获取该就地化保护装置的遥信、遥测点数，与当前通信服务管理的遥信、遥测点数求和；

步骤6、总控程序判断当前通信服务管理的总的遥测及遥信点数是否超过阈值，如果是、总控程序启动一个新的通信服务为当前通信服务、连接本就地化保护装置并记录当前通信服务管理的遥信、遥测点数为本就地化保护装置的遥信、遥测点数、并转步骤4，如果否、转下一步；

步骤7、当前通信服务连接该就地化保护装置，更新当前通信服务管理的遥信及遥测点数；

步骤8、总控程序判断系统中是否还有未连接的就地化保护装置，如果否、转下一步，如果是、转步骤5；

步骤9、总控程序监视全部通信服务的运行直至结束。

优选地，步骤1所述的导模工具支持基于IEC61850标准的模型文件，包括icd文件、SCD文件。

本发明的有益效果：

1)负载均衡。本发明主要解决使用集中式通信服务连接就地化保护装置导致的服务负载过重的问题，实现就地化保护智能管理单元的负载均衡。

2)独立升级。当特定就地化保护装置模型升级或更换时，无需停止所有通信服务，只需要重启与该就地化保护装置连接的通信服务即可，其他服务正常工作。

3)配置简单。除了均衡因子等相关配置项以及模型文件导入系统需要人工干预外，其他过程都是自动完成的，符合国家电网公司免配置的要求。

4)避免单点故障。通信服务采用分布式架构，可以有效避免由于某一个通信服务故障导致所有就地化保护装置与智能管理单元无法通信的问题，规避了采用集中式架构的通信服务的单点故障风险。

附图说明

图1是智能管理单元的系统结构示意图；

图2是平均负载均衡模式下智能管理单元分布式服务负载均衡示意图；

图3是自适应负载均衡模式下智能管理单元分布式服务负载均衡示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

如图1所示，是智能管理单元的系统结构示意图。智能管理单元通信服务采用分布式服务架构，通过配置均衡因子，总控程序结合预先配置的均衡因子，自动确定启动多少个通信服务、哪些通信服务连接哪些就地化保护装置等，把所有连接的就地化保护装置根据预先设置的均衡因子自动连接到不同的分布式服务上，实现智能管理单元的负载均衡的效果。对于新加入的就地化保护装置，可以通过增量导模的方式导入新增的就地化保护装置，重新启动总控程序即可完成新增就地化保护装置的接入过程。此外，导模工具还可以配置一个或一组就地化保护装置连接到指定的通信服务，满足不同用户需求。分布式服务启动与否以及启动的个数完全由总控程序决定，无需人为干预。图中：

数据库：数据库管理系统，用于就地化保护装置实时数据和历史数据的持久化。

装置界面：智能管理单元对接入的就地化保护装置集中展示和管理的人机接口。

IEC61850服务：基于IEC61850标准协议实现的一种通用服务，可与满足IEC61850标准协议的客户进行互操作。

共享内存：进程间的一种通信方式，允许两个或多个进程共享一定的存储区，实现进程间信息的快速存取。

消息总线：基于TCP/IP协议实现的一种进程间信息交互的通信组件。

磁盘I/O：程序读写配置文件。

如图2所示，是现有技术中常见的平均负载均衡模式下智能管理单元分布式服务负载均衡示意图。该模式的工作步骤如下：使用导模工具把就地化保护装置模型导入系统、完成相关配置项的配置化，此时配置的均衡因子N>0，总控程序开始负载均衡模式初始化、总控程序根据配置的均衡因子计算需要启动通信服务的个数。然后，总控程序判断是否启动下一个通信服务，如果是、启动下一个通信服务，如果否、总控程序监护通信服务的运行直至结束。这种模式下，不同类型的就地化保护装置因遥测、遥信点的个数差异导致不同分布式服务负载的不平衡。

如图3所示，是本发明的自适应负载均衡模式下智能管理单元分布式服务负载均衡示意图。智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法，包括以下步骤：

步骤1、使用导模工具把就地化保护装置模型导入系统、完成相关配置项的配置，此时配置的均衡因子N＝0；

步骤2、总控程序开始自适应负载均衡模式初始化；

步骤3、取一个未连接的就地化保护装置，总控程序新启动一个通信服务为当前通信服务，连接本装置，记录当前通信服务管理的遥信、遥测点数为本装置的遥信、遥测点数；

步骤4、总控程序判断系统中是否还有未连接的就地化保护装置，如果是、转下一步，如果否、转步骤9；

步骤5、取一个尚未连接的就地化保护装置，获取该就地化保护装置的遥信、遥测点数，与当前通信服务管理的遥信、遥测点数求和；

步骤6、总控程序判断当前通信服务管理的总的遥测及遥信点数是否超过阈值，如果是、总控程序启动一个新的通信服务为当前通信服务、连接本就地化保护装置并记录当前通信服务管理的遥信、遥测点数为本就地化保护装置的遥信、遥测点数、并转步骤4，如果否、转下一步；

步骤7、当前通信服务连接该就地化保护装置，更新当前通信服务管理的遥信及遥测点数；

步骤8、总控程序判断系统中是否还有未连接的就地化保护装置，如果否、转下一步，如果是、转步骤5；

步骤9、总控程序监视全部通信服务的运行直至结束。

Claims (2)

1.智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、使用导模工具把就地化保护装置模型导入系统、完成相关配置项的配置，此时配置的均衡因子N＝0；

步骤2、总控程序开始自适应负载均衡模式初始化；

步骤3、取一个未连接的就地化保护装置，总控程序新启动一个通信服务为当前通信服务，连接本装置，记录当前通信服务管理的遥信、遥测点数为本装置的遥信、遥测点数；

步骤4、总控程序判断系统中是否还有未连接的就地化保护装置，如果是、转下一步，如果否、转步骤9；

步骤5、取一个尚未连接的就地化保护装置，获取该就地化保护装置的遥信、遥测点数，与当前通信服务管理的遥信、遥测点数求和；

步骤6、总控程序判断当前通信服务管理的总的遥测及遥信点数是否超过阈值，如果是、总控程序启动一个新的通信服务为当前通信服务、连接本就地化保护装置并记录当前通信服务管理的遥信、遥测点数为本就地化保护装置的遥信、遥测点数、并转步骤4，如果否、转下一步；

步骤7、当前通信服务连接该就地化保护装置，更新当前通信服务管理的遥信及遥测点数；

步骤8、总控程序判断系统中是否还有未连接的就地化保护装置，如果否、转下一步，如果是、转步骤5；

步骤9、总控程序监视全部通信服务的运行直至结束。

2.根据权利要求1所述的智能管理单元多通道连接实现自适应负载均衡的方法，其特征在于，步骤1所述的导模工具支持基于IEC61850标准的模型文件，包括icd文件、SCD文件。