CN111324460A - 一种基于云计算平台的电力监测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云计算平台的电力监测控制系统及方法，该方法通过建立工作列表和虚拟机问询序列动态匹配任务和云平台虚拟资源，采用具有弹性、无限制和分布式特征的云计算来监测和控制电力系统相关数据，充分利用数据集合建立设备准异常列表提高设备监测控制水平，在对时序信号处理中采用正常波形统计结合经验模态分解的方式将复杂信号分解成为一组单分量信号继而得到其频率、幅值的明确特征值。本发明可用于电力系统数据的监测及控制，提供有效的解决方案，具有很好的可行性和实用价值。

Description

一种基于云计算平台的电力监测控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电力监测控制系统，尤其是一种基于云计算平台 的电力监测控制系统，还涉及该控制方法。

背景技术

为了满足日益增长的电力需求和降低二氧化碳排量，需要进一步 扩大、优化能源结构，使电力系统能够在可靠、可持续和低成本的条 件下得到改进。智能电网可以提供针对性的解决方案，利用云存储来 提高并网电源的可靠性和质量，从而提高能源效率，将分布式可再生 能源集成到电力系统中。在智能电网中，智能电表收集大量的在线和 离线数据，不同的传感器安装在整个电力网络中，并与计算机系统相 连。为了对电力系统能够实现有效监控，必须及时处理和计算电力系 统应用的海量数据，同时控制分布式可再生能源和能量输送网络的平 稳运行。需要最大限度地减少停机时间，减少设备损坏，提高系统安全性和设备控制性能，进一步满足客户在能耗管理、预测和能源质量 方面的需求。传统的电力系统计算方法缺乏弹性且容量不足，不能充 分满足未来智能电网巨大的数据处理需求。电力网络通过多个方式获 得并网能源，最主要的来源为分布式发电网络。然而，在管理庞大的 分布式发电和网络规模时，集中控制机制将受到影响。需要在网络的 不同节点和计算系统之间交换大量数据。

为此，必须提供适合电力系统的新型分布式计算方法，从而监视 和控制电力系统。云计算(Cloud computing)采用分布式的计算方法， 计算方法灵活，计算资源和存储容量巨大。云计算将成为下一代的主 要计算模式，它具有按需使用计算资源、无网络访问限制、资源地址 独立等优势。世界各地的专家学者正在进行研究，提出综合解决方案， 以满足智能电网对存储容量和计算资源的高需求。

发明内容

针对现有电力系统监测及控制方法存在的不足之处，本发明提出 一种基于云计算平台的电力监测控制系统及方法，该方法易于实施和 扩展，可实现轻松访问，降低系统维护费用，对电力系统云平台架构 优化设计具有指导意义。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如 下：

一种基于云计算平台的电力监测控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)、根据电力监测目标及任务建立工作列表，按照重要 性程度对工作列表中的任务进行排序；

步骤(2)、问询任务列表执行情况，当前待执行的任务和该任 务所需的数据被调度至当前问询的空闲虚拟机；

步骤(3)、虚拟机执行电力监测控制任务，将运算结果返回；

步骤(4)、待虚拟机空闲后再次加入工作列表问询排队，按问 询时间顺序等待下一个任务分配；当任务被虚拟机接收并返回处理结 果之后，任务从任务列表之中删除；任务从被接收开始算起一段固定 的时间Δt后仍无法返回运算结果，则按优先级重新对工作列表进行 排序，再次对任务进行分配，保持未完成任务一直在队列中，直到被 程序删除为止。

进一步地，在不同的服务器集群之间分配电力监测控制任务。

进一步地，步骤(3)中，执行电力监测控制任务包括数据预处 理，数据预处理具体为：采用正常波形统计结合经验模态分解，将复 杂信号分解成为一组单分量信号继而得到其频率、幅值的明确特征 值。

进一步地，数据预处理具体包括如下步骤：

A、针对输入波形数据序列x(t)，去除正常波形统计计算序列n(t)， 得到待检测序列x′(t)，如式(1)所示：

x′(t)＝x(t)-n(t)； (1)

B、采用三次样条函数分别构造出x′(t)的上、下包络线序列u₁(t)、 u₂(t)，包络线均值序列构造w(t)，如式(2)所示：

C、将w(t)从x′(t)中去除，得到h(t)，如式(3)所示：

h(t)＝x′(t)-w(t)； (3)

D、判断h(t)是否为单一信号，若满足则继续计算幅值、频率，否 则将h(t)作为新的输入信号返回到步骤A；得到一系列单一信号序列 c_i(t)和剩余信号序列r(t)，x′(t)由式(4)所示：

进一步地，步骤(3)中，执行电力监测控制任务还包括将数据 预处理结果进行汇总，检查其与准异常列表的比较约束情况，可最终 给出不安全状态的警告信息。

本发明涉及的一种基于云计算平台的电力监测控制系统，包括云 计算平台，云计算平台包括控制模块、并行处理模块、数据存储模块、 命令调度模块和发布模块；

控制模块根据电力监测目标及任务建立工作列表，按照重要性程 度对工作列表中的任务进行排序；问询任务列表执行情况，当前待执 行的任务和该任务所需的数据被调度至当前问询的空闲虚拟机；

虚拟机执行电力监测控制任务，将运算结果返回；

待虚拟机空闲后再次加入工作列表问询排队，按问询时间顺序等 待下一个任务分配；当任务被虚拟机接收并返回处理结果之后，任务 从任务列表之中删除；任务从被接收开始算起一段固定的时间Δt后 仍无法返回运算结果，则按优先级重新对工作列表进行排序，再次对 任务进行分配，保持未完成任务一直在队列中，直到被程序删除为止；

虚拟机执行电力监测控制任务时，并行处理模块并行完成数据分 析并把所有计算的电力监测控制分析任务计算结果进行汇总，检查其 与准异常列表的比较约束情况，最终给出不安全状态的警告信息；

控制模块调用发布模块对信息发布，发布命令或者预警。

进一步地，并行处理模块数据分析包括数据预处理，数据预处理 具体包括如下步骤：

A、针对输入波形数据序列x(t)，去除正常波形统计计算序列n(t)， 得到待检测序列x′(t)，如式(1)所示：

x′(t)＝x(t)-n(t)； (1)

B、采用三次样条函数分别构造出x′(t)的上、下包络线序列u₁(t)、 u₂(t)，包络线均值序列构造w(t)，如式(2)所示：

C、将w(t)从x′(t)中去除，得到h(t)，如式(3)所示：

h(t)＝x′(t)-w(t)； (3)

E、判断h(t)是否为单一信号，若满足则继续计算幅值、频率，否 则将h(t)作为新的输入信号返回到步骤A；得到一系列单一信号序列 c_i(t)和剩余信号序列r(t)，x′(t)由式(4)所示：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明易于实施和扩展。利用云计算的智能电网可以随时 以任意数量重新扩展基础架构。一旦满足所有要求，该程序可以在几 分钟内实现。由于云应用程序部署在提供商的计算基础架构中，因此 电网技术人员可以添加新功能，而不会干扰用户安装主要更新或服务 包。此外，由于部署环境受到限制，在此服务模型中配置和测试应用 程序的过程并不复杂。

(2)本发明可实现轻松访问。云提供的大多数应用程序和服务 通常都是基于Web。因此，可以通过各种设备轻松访问，如智能手机、 笔记本电脑和带有互联网连接的PDA等。

(4)本发明可降低维护费用。通过将服务和基础设施外包给云， 服务提供商将其业务风险转移到基础设施提供商，后者通常具有更好 的专业知识，并且能够更好地管理这些风险。最后，服务提供商可以 减少硬件维护，员工培训成本可以降低业务风险。

(5)本发明通过建立工作列表和虚拟机问询序列动态匹配任务 和云平台虚拟资源，采用具有弹性、无限制和分布式特征的云计算来 监测和控制电力系统相关数据，充分利用数据集合建立设备准异常列 表提高设备监测控制水平，还进行数据预处理，在对时序信号处理中 采用正常波形统计结合经验模态分解的方式将复杂信号分解成为一 组单分量信号继而得到其频率、幅值的明确特征值。

附图说明

图1为本发明的云计算平台架构示意图；

图2为本发明的监测控制系统示意图；

图3为本发明的云计算平台的系统框图；

图4为本发明的监测控制方法的计算流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分 实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的云计算平台架构为现有的架构，分为四 级，包括云计算架构分层级、云堆栈级、堆栈组件级和负责人级；云 计算架构分层级包括软件服务层(Software as a service，SaaS)、平 台层(Platform as a Service，PAAS)和基础设施层(Infrastructure as a service，IAAS)；云堆栈级包括用户、应用、应用堆栈、基础设施；堆栈组件级中，属于所述用户的包括登陆、注册、管理；堆栈组件级 中，属于所述应用的包括认证、用户界面、报告、授权、交易、仪表 板；堆栈组件级中，属于所述应用堆栈的包括操作系统、开发平台、 数据库、程序语言、中间件、监控；堆栈组件级中，属于所述基础设 施的包括数据中心、服务器、网络、磁盘存储、防火墙、负载均衡器； 所述负责人级包括用户及供应商。

其中，软件服务层负责软件的管理开发和部署；平台层提供软件 部署平台；基础设施层提供云计算平台架构的基础资源；

如图2所示，本发明的监测控制系统包括与云计算平台1连接的 n个被监控端2和n个管理端3，通过云计算平台1采集实时系统数 据、监测电网不同组件状态、控制不同设备、可视化不同读数；被监 控端2可以是现有的需要检测的电力设备。

被监控端2和管理端3可以通过网络连到云计算平台1，被监控 端2通过监控协议与云计算平台1建立联系，向云计算平台1发送设 备的运行状态信息，并接收来自云计算平台1的命令控制信息。管理 端3通过监控协议与云计算平台1建立联系，向云计算平台1发送控 制被监控端2的命令，并接收云计算平台1提供的被监控端2的报警 信息等。

本实施例的云计算平台1监测电网不同组件状态、控制不同设 备、可视化不同读数。云计算平台1提供基于Web的可调整大小的 计算容量用作服务器，用作本地计算机的云计算平台中的虚拟操作系 统，用于容纳从电网收集的大量数据的无限存储系统，并行处理工具 并行完成数据分析并把所有计算的电力监测控制分析任务计算结果 进行汇总，检查其与准异常列表的比较约束情况，最终给出不安全状 态的警告信息。

如图3所示，云计算平台1包括控制模块105、并行处理模块104、 数据存储模块101、命令调度模块102和发布模块103。

控制模块105根据电力监测目标及任务建立工作列表，按照重要 性程度对工作列表中的任务进行排序；问询任务列表执行情况，当前 待执行的任务和该任务所需的数据被调度至当前问询的空闲虚拟机。

虚拟机执行电力监测控制任务，将运算结果返回。

待虚拟机空闲后再次加入工作列表问询排队，按问询时间顺序等 待下一个任务分配；当任务被虚拟机接收并返回处理结果之后，任务 从任务列表之中删除；任务从被接收开始算起一段固定的时间Δt后 仍无法返回运算结果，则按优先级重新对工作列表进行排序，再次对 任务进行分配，保持未完成任务一直在队列中，直到被程序删除为止；

执行电力监测控制任务时，并行处理模块104并行完成数据分析 并把所有计算的电力监测控制分析任务计算结果进行汇总，检查其与 准异常列表的比较约束情况，最终给出不安全状态的警告信息。

并行处理模块104数据分析具体是进行数据预处理，数据预处理 具体包括如下步骤：

A、针对输入波形数据序列x(t)，去除正常波形统计计算序列n(t)， 得到待检测序列x′(t)，如式(1)所示：

x′(t)＝x(t)-n(t)； (1)

B、采用三次样条函数分别构造出x′(t)的上、下包络线序列u₁(t)、 u₂(t)，包络线均值序列构造w(t)，如式(2)所示：

C、将w(t)从x′(t)中去除，得到h(t)，如式(3)所示：

h(t)＝x′(t)-w(t)； (3)

F、判断h(t)是否为单一信号，若满足则继续计算幅值、频率，否 则将h(t)作为新的输入信号返回到步骤A；得到一系列单一信号序列 c_i(t)和剩余信号序列r(t)，x′(t)由式(4)所示：

执行电力监测控制任务还包括将数据预处理结果进行汇总，检查 其与准异常列表的比较约束情况，可最终给出不安全状态的警告信 息。准异常列表可以提前导入。

控制模块105调用发布模块103对信息发布，发布命令或者预警。 数据存储模块101存储相应数据。

本实施例通过实时系统数据和离线数据上送得到电力设备的数据 文件和参数文件，然后在数据管理系统中与电力设备经验异常值组成 电力设备准异常列表。过往的故障的数据都保存指定的存储系统中。 调用服务器利用并行处理工具并行完成数据分析并把所有计算的电 力监测控制分析任务计算结果进行汇总，检查其与准异常列表的比较 约束情况，可最终给出不安全状态的警告信息，并经操作系统将计算 结果上传到监控应用程序。云平台主程序要保证各个设备集群的监测 任务的并行执行。

本实施例的基于云计算平台的电力监测控制方法具体如下：

首先通过虚拟机的方式实现云平台软硬件资源的虚拟化，虚拟机 中预先安装电力监测控制所需的分析程序；计算流程如图4所示，根 据电力监测目标及任务建立待分析设备的任务工作列表，按照设备重 要性的程度对工作列表中的任务进行排序，重要的设备具有更高的优 先级，优先级高的任务会被更快的执行；通过网络问询任务列表执行 情况，当前待执行的任务被调度至当前问询的空闲虚拟机；该任务所 需的数据也相应的下载至该虚拟机；虚拟机执行电力监测控制任务， 将运算结果返回；待CPU空闲后再次加入工作列表问询排队，按问 询时间顺序等待下一个任务分配。当任务被虚拟机接收并返回处理结果之后，任务从任务列表之中删除。主程序使用循环算法调度任务。 任务从被接收开始算起一段固定的时间Δt后仍无法返回运算结果， 则按其优先级重新对工作列表进行排序，再次对任务进行分配，防止 由于某些原因突然断开连接，保持未完成任务一直在队列中，直到被 程序删除为止。

虚拟机执行电力监测控制任务时，针对电力设备状态监测的时序 波形信号预处理和特征提取中存在模糊噪声信号影响状态评估的问 题，在对时序信号处理中，进行数据预处理，采用正常波形统计结合 经验模态分解的方式将复杂信号分解成为一组单分量信号继而得到 其频率、幅值的明确特征值。具体步骤如下：

(1)针对输入波形数据序列x(t)，去除正常波形统计计算序列n(t)， 得到待检测序列x′(t)，如式(1)所示。

x′(t)＝x(t)-n(t) (1)

(2)应用三次样条函数分别构造出x′(t)的上、下包络线序列u₁(t)、 u₂(t)，包络线均值序列构造w(t)如式(2)所示。

(3)将w(t)从x′(t)中去除，得到h(t)。

h(t)＝x′(t)-w(t) (3)

(4)判断h(t)是为单一信号，若满足则继续计算幅值、频率，否 则将h(t)作为新的输入信号返回到第(1)步。得到一系列单一信号序列 c_i(t)和剩余信号序列r(t)，x′(t)可以由式(4)表示。

利用预装程序进行计算包括上述数据预处理过程、与准异常进行 比较并给出结论整个过程；数据预处理过程是对得到的数据进行处理 以得到其特征；x′(t)是一个信号序列。计算超时是假如计算的时间过 长，超过设定值，该任务立即结束，视为任务未完成，继续加入任务 列表等待处理，直至处理完成。

云计算平台通过同时运行在不同的服务器集群和数据管理系统来 提高计算速度。通过将电力监测控制任务在不同的服务器集群之间进 行分配，根据各个集群的运算能力的网络带宽来决定任务分配的内 容。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于云计算平台的电力监测控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)、根据电力监测目标及任务建立工作列表，按照重要性程度对工作列表中的任务进行排序；

步骤(2)、问询任务列表执行情况，当前待执行的任务和该任务所需的数据被调度至当前问询的空闲虚拟机；

步骤(3)、虚拟机执行电力监测控制任务，将运算结果返回；

步骤(4)、待虚拟机空闲后再次加入工作列表问询排队，按问询时间顺序等待下一个任务分配；当任务被虚拟机接收并返回处理结果之后，任务从任务列表之中删除；任务从被接收开始算起一段固定的时间后仍无法返回运算结果，则按优先级重新对工作列表进行排序，再次对任务进行分配，保持未完成任务一直在队列中，直到被程序删除为止。

2.根据权利要求1所述的基于云计算平台的电力监测控制方法，其特征在于：在不同的服务器集群之间分配电力监测控制任务。

3.根据权利要求1所述的基于云计算平台的电力监测控制方法，其特征在于：步骤(3)中，执行电力监测控制任务包括数据预处理，数据预处理具体为：采用正常波形统计结合经验模态分解，将复杂信号分解成为一组单分量信号继而得到其频率、幅值的明确特征值。

4.根据权利要求3所述的基于云计算平台的电力监测控制方法，其特征在于：数据预处理具体包括如下步骤：

A、针对输入波形数据序列x(t)，去除正常波形统计计算序列n(t)，得到待检测序列x′(t)，如式(1)所示：

x′(t)＝x(t)-n(t)； (1)

B、采用三次样条函数分别构造出x′(t)的上、下包络线序列u₁(t)、u₂(t)，包络线均值序列构造w(t)，如式(2)所示：

C、将w(t)从x′(t)中去除，得到h(t)，如式(3)所示：

h(t)＝x′(t)-w(t)； (3)

D、判断h(t)是否为单一信号，若满足则继续计算幅值、频率，否则将h(t)作为新的输入信号返回到步骤A；得到一系列单一信号序列c_i(t)和剩余信号序列r(t)，x′(t)由式(4)所示：

5.根据权利要求3所述的基于云计算平台的电力监测控制方法，其特征在于：步骤(3)中，执行电力监测控制任务还包括将数据预处理结果进行汇总，检查其与准异常列表的比较约束情况，最终给出不安全状态的警告信息。

6.一种基于云计算平台的电力监测控制系统，其特征在于：包括云计算平台，云计算平台包括控制模块、并行处理模块、数据存储模块、命令调度模块和发布模块；

控制模块根据电力监测目标及任务建立工作列表，按照重要性程度对工作列表中的任务进行排序；问询任务列表执行情况，当前待执行的任务和该任务所需的数据被调度至当前问询的空闲虚拟机；

虚拟机执行电力监测控制任务，将运算结果返回；

待虚拟机空闲后再次加入工作列表问询排队，按问询时间顺序等待下一个任务分配；当任务被虚拟机接收并返回处理结果之后，任务从任务列表之中删除；任务从被接收开始算起一段固定的时间Δt后仍无法返回运算结果，则按优先级重新对工作列表进行排序，再次对任务进行分配，保持未完成任务一直在队列中，直到被程序删除为止；

虚拟机执行电力监测控制任务时，并行处理模块并行完成数据分析并把所有计算的电力监测控制分析任务计算结果进行汇总，检查其与准异常列表的比较约束情况，最终给出不安全状态的警告信息；

控制模块调用发布模块对信息发布，发布命令或者预警。

7.根据权利要求5所述的基于云计算平台的电力监测控制系统，其特征在于：并行处理模块数据分析包括数据预处理，数据预处理具体包括如下步骤：

A、针对输入波形数据序列x(t)，去除正常波形统计计算序列n(t)，得到待检测序列x′(t)，如式(1)所示：

x′(t)＝x(t)-n(t)； (1)

B、采用三次样条函数分别构造出x′(t)的上、下包络线序列u₁(t)、u₂(t)，包络线均值序列构造w(t)，如式(2)所示：

C、将w(t)从x′(t)中去除，得到h(t)，如式(3)所示：

h(t)＝x′(t)-w(t)； (3)

E、判断h(t)是否为单一信号，若满足则继续计算幅值、频率，否则将h(t)作为新的输入信号返回到步骤A；得到一系列单一信号序列c_i(t)和剩余信号序列r(t)，x′(t)由式(4)所示：

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