CN110308966A - 一种基于容器技术的静态安全分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于容器技术的静态安全分析方法，该方法采用Docker容器技术制作静态安全分析容器镜像，并根据用户的静态安全分析计算需求动态创建容器，利用Protobuf作为数据载体实现用户故障设置和计算结果返回。Docker容器镜像中包括电网分析模型数据库、计算参数文件、Protobuf通讯程序、静态安全分析计算程序和依赖动态库；电网分析模型数据库提供计算数据，计算参数文件提供计算参数，Protobuf通讯程序负责容器内外部计算信息交互，静态安全分析计算程序负责计算。本发明解决了多用户静态安全分析计算请求的并发性和动态扩展问题，实现了最大限度地利用系统内的闲置计算资源，具有良好的动态扩展性。

Description

一种基于容器技术的静态安全分析方法
技术领域
本发明涉及电力系统分析云计算领域，尤其涉及一种基于容器技术的静态安全分析方法。
背景技术
近年来云计算作为一种崭新的计算模式，在工业界和学术界的推动下，已经取得了巨大的发展，并引起越来越多的关注。国际知名大公司纷纷提出“云计划”，如IBM、亚马逊的AWS(Amazon Web Services)和谷歌联合进行的“蓝云”计划等，在全世界建造庞大的云计算中心，从而肯定了云计算的巨大商业价值，云计算技术将有着广泛的应用前景。
云计算平台可以划分为三类：一类是以数据存储为主的存储型云计算平台；第二类是以数据处理为主的计算型云计算平台；最后一类是数据存储和计算两者兼顾的综合型云计算平台。随着云计算技术的不断创新和发展，云计算技术己日趋成熟，相应的出现了如Amazon的云计算服务等成熟云计算应用，但云计算技术在电力系统监控领域的应用还比较初级，且没有成熟的应用软件投入到电力系统工业生产中，所以目前云技术在电力系统应用中仍是研究和探索阶段。
静态安全分析是电力系统监控领域所广泛使用的电网故障风险评估手段，需要响应电力监控系统中不同层级用户并发的静态安全分析计算请求，通常会独立占用大量计算设备资源，如服务器资源，系统内计算资源未实现统一管理和协调优化。因此，如何整合系统内计算资源形成功能强大的电力系统计算平台，应用虚拟化技术适应多用户请求的多个静态安全分析计算任务，同时具有良好的动态扩展性是亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于，提供一种基于容器技术的静态安全分析方法，以解决电力监控系统中响应多用户静态安全分析计算请求的并发性和动态扩展问题。
技术方案：本发明基于容器技术的静态安全分析方法，包括以下步骤：
步骤1：制作静态安全分析Docker容器镜像；
步骤2：响应用户静态安全分析计算需求动态创建容器；
步骤3：利用Protobuf作为数据载体实现用户故障设置和计算结果返回。
上述静态安全分析方法中的步骤1中，制作的静态安全分析Docker容器镜像中包括以下组件：电网分析模型数据库、计算参数文件、Protobuf通讯程序、静态安全分析计算程序和依赖动态库；电网分析模型数据库为计算过程提供计算数据，计算参数文件为计算过程提供计算参数，Protobuf通讯程序负责容器内外部计算信息交互，静态安全分析计算程序负责具体计算过程，依赖动态库为计算提供算法接口调用。
电网分析模型数据库包括发电机模型及容量、电力负荷模型、变压器模型及容量阻抗参数、电力线路模型及阻抗参数、容抗器模型及参数。
计算参数文件描述静态安全分析计算所需参数，包括有功和无功收敛判据、最大迭代次数、平衡电厂、平衡发电机、平衡机选择、设备N-1设置、自定义故障设置。
Protobuf通讯程序为可执行程序caprotobuf，实现按照预先定义的Protobuf结构化数据格式编码和解码。
静态安全分析计算程序为可执行程序caproccal，进行电网分析模型数据库和计算参数文件读取，电力系统预想事故后的电网潮流值计算，支路、断面越限分析计算。
依赖动态库包括电网断面动态库libgridcase.so，拓扑分析动态库libnettop.so，潮流计算动态库libdpflow.so；电网断面动态库libgridcase.so为计算提供电网数据导入接口，拓扑分析动态库libnettop.so为计算提供电网拓扑接口，潮流计算动态库libdpflow.so为计算提供潮流计算接口。
上述静态安全分析方法中的步骤2中，响应用户静态安全分析计算需求动态创建容器具体包括以下步骤：
步骤21：统计正在运行的未被用户使用的空闲静态安全分析容器数目；
步骤22：若存在空闲容器则将该容器分配给该用户，否则由静态安全分析Docker容器镜像启动一个新的容器实例分配给该用户；
步骤23：由容器目录挂载Volume读取实时电网分析模型，更新容器内部的电网分析模型组件。
步骤3中，利用Protobuf作为数据载体实现用户故障设置和计算结果返回，包括以下步骤：
步骤31：按照预先定义的Protobuf结构化数据格式将用户故障设置内容进行序列化编码；
步骤32：由Docker代理将序列化编码数据传入用户关联容器，由容器内部Protobuf通讯程序进行解码并更新计算参数文件组件；
步骤33：由容器内部静态安全分析计算程序组件依据电网分析模型数据库、计算参数文件进行计算，计算完成后将结果由Protobuf通讯程序序列化编码后由Docker代理返回给用户，并定时释放容器资源。
工作原理：本发明采用Docker容器技术制作静态安全分析容器镜像，并根据用户的静态安全分析计算需求动态创建容器，利用Protobuf作为数据载体实现用户故障设置和计算结果返回，实现最大限度地利用系统内的闲置计算资源，并具有良好的动态扩展性。
有益效果：本发明通过采用Docker容器技术制作静态安全分析容器镜像，解决了多用户静态安全分析计算请求的并发性和动态扩展问题，实现了最大限度地利用系统内的闲置计算资源，并具有良好的动态扩展性。
附图说明
图1是本发明静态安全分析方法的实例化系统结构图；
图2是静态安全分析Docker容器镜像内部组件图；
图3是动态创建静态安全分析容器流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的实例化系统结构图中，预先制作静态安全分析Docker容器镜像；当用户在Web前端请求静态安全分析计算时，由静态安全分析Docker容器镜像动态创建一个容器实例，由容器目录挂载Volume读取实时电网分析模型更新容器内部的电网分析模型组件，支持多用户多容器实例并行运行；
通过Docker代理，利用Protobuf作为数据载体在用户和静态安全分析容器间进行通信，实现用户的故障设置操作和计算结果的返回，并定时释放该用户占用的容器资源。
图2为静态安全分析Docker容器镜像内部组件图,制作的静态安全分析Docker容器镜像中包括以下组件：
电网分析模型数据库：其中的数据文件gridmdl.dat，描述电力系统中物理设备模型对象，包括发电机模型及容量、电力负荷模型、变压器模型及容量阻抗参数、电力线路模型及阻抗参数、容抗器模型及参数。
计算参数文件：参数文件capara.ini，描述静态安全分析计算所需参数，包括有功和无功收敛判据、最大迭代次数、平衡电厂、平衡发电机、平衡机选择、设备N-1设置、自定义故障设置；
Protobuf通讯程序：为可执行程序caprotobuf，实现按照预先定义的Protobuf结构化数据格式编码和解码；
静态安全分析计算程序：可执行程序caproccal，实现电网分析模型数据库和计算参数文件读取，电力系统预想事故后的电网潮流值计算，支路、断面越限分析计算；
依赖动态库包括电网断面动态库libgridcase.so，拓扑分析动态库libnettop.so，潮流计算动态库libdpflow.so。电网断面动态库libgridcase.so为计算提供电网数据导入接口，拓扑分析动态库libnettop.so为计算提供电网拓扑接口，潮流计算动态库libdpflow.so为计算提供潮流计算接口。
如图3所示，响应用户静态安全分析计算需求动态创建容器的具体步骤为：
步骤21，统计正在运行的未被用户使用的空闲静态安全分析容器数目，Docker代理逐个检查运行中静态安全分析容器是否已分配用户；
步骤22，若存在空闲容器则将该容器分配给该用户，记录该容器关联用户信息，否则由静态安全分析Docker容器镜像启动一个新的容器实例分配给该用户；
步骤23，由容器目录挂载Volume读取实时电网分析模型，实时电网分析模型由外部模型应用维护，通过模型数据解析来更新更新容器内部的电网分析模型组件：更新电网中的发电机、电力负荷模型、变压器、电力线路、容抗器的对象模型及参数。
步骤3中，用户故障设置和计算结果返回利用Protobuf作为数据载体实现，具体步骤为：
步骤31，按照预先定义的Protobuf结构化数据格式将用户故障设置内容进行序列化编码；
用户故障设置内容的Protobuf数据结构为：
步骤32，由Docker代理将序列化编码数据传入用户关联容器，由容器内部Protobuf通讯程序进行解码并更新计算参数文件组件：更新有功和无功收敛判据、最大迭代次数、平衡电厂、平衡发电机、设备N-1设置；
步骤33，由容器内部静态安全分析计算程序组件依据电网分析模型数据库、计算参数文件进行计算，输入电网模型参数，按照指定计算方法和预想故障对象进行计算，计算结果包括：
越限对象类型——越限对象类型分为线路、变压器、母线、稳定断面；
越限对象名——越限设备或稳定断面具体名称；
预想故障设备——引起越限的预想故障设备名称；
预想故障类型——引起越限的预想故障类型，分为线路N-1、变压器N-1、母线N-1、发动机N-1、自定义故障；
限值——设备或断面越限的限值；
当前值——设备或断面当前的潮流值；
越限率——设备或断面超越当前限值多少的比值；
将计算结果由Protobuf通讯程序序列化编码后由Docker代理返回给Web前端用户，并释放该用户占用的容器资源。
计算结果的Protobuf数据结构为：

Claims (9)

1.一种基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：制作静态安全分析Docker容器镜像；
步骤(2)：响应用户静态安全分析计算需求动态创建容器；
步骤(3)：利用Protobuf作为数据载体实现用户故障设置和计算结果返回。
2.根据权利要求1所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：步骤(1)中，制作的静态安全分析Docker容器镜像包括以下组件：电网分析模型数据库、计算参数文件、Protobuf通讯程序、静态安全分析计算程序和依赖动态库；电网分析模型数据库为计算过程提供计算数据，计算参数文件为计算过程提供计算参数，Protobuf通讯程序负责容器内外部计算信息交互，静态安全分析计算程序负责具体计算过程，依赖动态库为计算提供算法接口调用。
3.根据权利要求2所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：所述电网分析模型数据库包括发电机模型及容量、电力负荷模型、变压器模型及容量阻抗参数、电力线路模型及阻抗参数、容抗器模型及参数。
4.根据权利要求2所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：所述计算参数文件描述静态安全分析计算所需参数，包括有功和无功收敛判据、最大迭代次数、平衡电厂、平衡发电机、平衡机选择、设备N-1设置、自定义故障设置。
5.根据权利要求2所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：所述Protobuf通讯程序为可执行程序caprotobuf，实现按照预先定义的Protobuf结构化数据格式编码和解码。
6.根据权利要求2所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：所述静态安全分析计算程序为可执行程序caproccal，进行电网分析模型数据库和计算参数文件读取，电力系统预想事故后的电网潮流值计算，支路、断面越限分析计算。
7.根据权利要求2所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：所述依赖动态库包括电网断面动态库libgridcase.so，拓扑分析动态库libnettop.so，潮流计算动态库libdpflow.so；电网断面动态库libgridcase.so为计算提供电网数据导入接口，拓扑分析动态库libnettop.so为计算提供电网拓扑接口，潮流计算动态库libdpflow.so为计算提供潮流计算接口。
8.根据权利要求1所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：步骤(2)中，响应用户静态安全分析计算需求动态创建容器具体包括以下步骤：
步骤(21)：统计正在运行的未被用户使用的空闲静态安全分析容器数目；
步骤(22)：若存在空闲容器则将该容器分配给该用户，否则由静态安全分析Docker容器镜像启动一个新的容器实例分配给该用户；
步骤(23)：由容器目录挂载Volume读取实时电网分析模型，更新容器内部的电网分析模型组件。
9.根据权利要求1所述的基于容器技术的静态安全分析方法，其特征在于：步骤(3)中，利用Protobuf作为数据载体实现用户故障设置和计算结果返回包括以下步骤：
步骤(31)：按照预先定义的Protobuf结构化数据格式将用户故障设置内容进行序列化编码；
步骤(32)：由Docker代理将序列化编码数据传入用户关联容器，由容器内部Protobuf通讯程序进行解码并更新计算参数文件组件；
步骤(33)：由容器内部静态安全分析计算程序组件依据电网分析模型数据库、计算参数文件进行计算，计算完成后将结果由Protobuf通讯程序序列化编码后由Docker代理返回给用户，并定时释放容器资源。
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