一種降低智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率的方法

胡建明

[摘? ? 要]隨著電力系統(tǒng)新技術(shù)不斷應(yīng)用和發(fā)展，結(jié)合南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)OS2建設(shè)要求，智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)在500 kV變電站得到應(yīng)用和普及，本文通過(guò)某500 kV變電站加裝智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)安裝調(diào)試、檢測(cè)為實(shí)列，重點(diǎn)對(duì)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)業(yè)務(wù)功能及性能進(jìn)行測(cè)試分析，提出一種降低智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率的方法，該方法有效降低了智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率，保證了智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

[關(guān)鍵詞]智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī);降低;CPU負(fù)荷率;數(shù)據(jù)傳輸

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）12–00–02

[Abstract]With the continuous application of new technology and development of electric power systems， combined with the southern power grid integration grid intelligent running OS2 system construction requirements， intelligent far motivation has been applied in 500 kV substation and popularization， based on the 500 kV substation intelligent inkstone mountain far motivation installation and debugging， testing for solid column， the key business functions and motivations of intelligent well performance test and analysis， put forward a method of lower intelligence far motivation CPU load rate， the method effectively reduces the intelligent far motivation CPU load rate， guarantee the stability and reliability of the intelligent far motivation operation and various business system safe， stable and reliable data transmission.

[Keywords]intelligent remote drive;reduction;CPU load rate;data transmission

智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)是南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)OS2建設(shè)中廠站端的核心設(shè)備，它是架設(shè)于變電站站控層的一種遠(yuǎn)動(dòng)裝置，具備遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、PMU數(shù)據(jù)集中器、保信子站、計(jì)量ERTU、在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元等常規(guī)獨(dú)立設(shè)備的功能，同時(shí)還具備源端維護(hù)、遠(yuǎn)程瀏覽等應(yīng)用功能。在變電站安裝智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)后，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)信息統(tǒng)一建模、數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，在站內(nèi)建立數(shù)據(jù)中心，并作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)出口，與主站進(jìn)行信息交互。大量的數(shù)據(jù)處理、信息交互及傳輸對(duì)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)及性能參數(shù)提出更高的要求，尤其是對(duì)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU性能要求更高。

1 CPU負(fù)荷率與智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的關(guān)系

所謂CPU負(fù)荷率即是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)正在使用和等待使用CPU的平均任務(wù)數(shù)。CPU負(fù)荷率是計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)也是檢測(cè)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。CPU是智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的“心臟”，是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)傳輸交換中心，一般的智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)具有4顆以上的CPU，每個(gè)CPU用于不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也可以多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)共用一個(gè)CPU，所以智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU性能直接影響遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳輸。如果CPU負(fù)荷率過(guò)高，超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，就軟件方面而言，會(huì)導(dǎo)致智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)運(yùn)行緩慢乃至死機(jī)，處理數(shù)據(jù)能力下降，影響智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，直接決定著自動(dòng)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量和電網(wǎng)安全運(yùn)行;就硬件方面而言，CPU負(fù)荷率過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致機(jī)身發(fā)熱比較嚴(yán)重，降低智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)硬件的使用壽命。

2 調(diào)試、檢測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題

某500 kV變電站新加裝智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)采用國(guó)電南瑞科技股份有限公司生產(chǎn)的NSS201A（Linux）型智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，采用了雙主配置，對(duì)下采用IEC103通信，完成原綜自系統(tǒng)370多個(gè)103通信的間隔層裝置接入，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)測(cè)控及保護(hù)信息直采直送。對(duì)上采用IEC104、IEC101通信規(guī)約與總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)進(jìn)行通信并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，總計(jì)傳輸信息量為遙信10000多個(gè)，遙測(cè)1200多個(gè)，遙控150個(gè)，作為全站統(tǒng)一的出口系統(tǒng)，負(fù)責(zé)廠站與各級(jí)主站之間的通訊和協(xié)調(diào)。其中，2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)為南網(wǎng)總調(diào)MSTP專線及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道A、B平面專用，2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)為中調(diào)、地調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、2M專線遠(yuǎn)動(dòng)及數(shù)字業(yè)務(wù)通道共用，共涉及遠(yuǎn)動(dòng)通道12條（含備調(diào)通道）。

依據(jù)南方電網(wǎng)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)規(guī)范化運(yùn)維管理手冊(cè)-V5.2及中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSG1204005.66-2014南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第5-5部分：廠站應(yīng)用智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)功能規(guī)范要求，在調(diào)試、檢測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)NSS201A（Linux）型智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)大部分功能和性能滿足技術(shù)規(guī)范要求，在Linux操作系統(tǒng)下，當(dāng)用“TOP”命令進(jìn)行CPU負(fù)荷率檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行的4臺(tái)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率均在50%～60%之間，重啟智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)（啟動(dòng)瞬間）甚至達(dá)到90%，不滿足南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)功能規(guī)范要求。技術(shù)規(guī)范要求：CPU平均負(fù)荷率正常時(shí)（任意5 min內(nèi)）不大于30%，故障時(shí)（5 min內(nèi)）不大于50%。針對(duì)NSS201A（Linux）型智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)這一現(xiàn)象，檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示，通過(guò)多組檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體分析出CPU負(fù)荷率較高原因。

（1）該500 kV變電站為3臺(tái)主變規(guī)模，智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)共接入70臺(tái)測(cè)控裝置，17臺(tái)低壓保測(cè)裝置和100余臺(tái)高壓保護(hù)裝置，數(shù)據(jù)信息量較其他變電站大。按照500 kV變電站“無(wú)人值守”及現(xiàn)場(chǎng)工程配置要求，僅送往地調(diào)的信息就有8 100多個(gè)遙信，900多個(gè)遙測(cè)，數(shù)據(jù)傳輸量巨大（該500 kV變電站按“無(wú)人值班”站調(diào)試），短時(shí)（毫秒級(jí)），總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)總計(jì)傳輸信息量為：遙信10 000多個(gè)，遙測(cè)1 200多個(gè)，遙控150個(gè)，傳輸較大數(shù)據(jù)量是造成智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率過(guò)高的原因之一。

（2）在對(duì)上數(shù)據(jù)通道上，該500 kV變電站接入總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)等數(shù)據(jù)通道，遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約采用了IEC104及IEC101遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約。遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約在進(jìn)行數(shù)據(jù)接入時(shí)，必須從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)，前期的算法是定位到具體的數(shù)據(jù)庫(kù)值，計(jì)算機(jī)在處理字符串比對(duì)的處理效率遠(yuǎn)低于整形的處理效率。在常規(guī)數(shù)據(jù)量接入時(shí)，CPU處理性能滿足要求，但對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的接入站來(lái)說(shuō)，每個(gè)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)操作進(jìn)行逐項(xiàng)檢索將消耗大量的CPU和內(nèi)存資源，這也是造成智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率過(guò)高的原因。

3 針對(duì)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率過(guò)高提出的解決方法

針對(duì)該500 kV變電站的特殊情況（裝置多、數(shù)據(jù)量大、“無(wú)人值守”），智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行CPU負(fù)荷率較高，不滿足規(guī)范要求，為使CPU負(fù)荷率滿足規(guī)范要求，經(jīng)過(guò)反復(fù)的增加或減少數(shù)據(jù)庫(kù)信息量試驗(yàn)對(duì)比，對(duì)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了三方面的優(yōu)化。

（1）算法優(yōu)化：處理數(shù)據(jù)方面采用了多重HASH索引，提升了處理數(shù)據(jù)的速度，如圖2所示。

多重HASH索引就是在進(jìn)行程序處理時(shí)引入了哈希表的處理方式，哈希表就是一種鍵-值（Key-indexed）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，只要輸入待查找的值即Key，即可查找到其對(duì)應(yīng)的值。哈希的思路是，如果所有的鍵都是整數(shù)，那么就可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)序數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)：將鍵作為索引，值即為其對(duì)應(yīng)的值，這樣就可以快速訪問(wèn)任意鍵的值。這是對(duì)于簡(jiǎn)單的鍵的情況，我們將其擴(kuò)展到可以處理更加復(fù)雜的類型的鍵。

（2）資源優(yōu)化：對(duì)通道資源分配方面做了索引優(yōu)化，提升了資源的利用效率。對(duì)于資源優(yōu)化，主要是對(duì)多通道通用轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)的情況進(jìn)行了優(yōu)化，不再是單個(gè)通道配置獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)，而是轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)共享，通過(guò)指針?biāo)饕姆绞竭M(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)表訪問(wèn)，節(jié)約了系統(tǒng)內(nèi)存資源和檢索轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的計(jì)算資源。

（3）修改IEC104規(guī)約文本報(bào)文的發(fā)送速度。

IEC104規(guī)約文本第二個(gè)參數(shù)DoRunWaitC是調(diào)整報(bào)文的發(fā)送速度的字段，在IEC104數(shù)據(jù)網(wǎng)和專線配置文本里，出廠默認(rèn)一般為0，表示發(fā)送速度為20 ms，一般需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況調(diào)整，變電站規(guī)模越大，傳輸?shù)街髡镜男畔⒃蕉啵酥翟O(shè)置應(yīng)該越大。該變電站總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)總計(jì)傳輸信息量為遙信10 000多個(gè)，遙測(cè)1 200多個(gè)，遙控150個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸量大，故將此參數(shù)調(diào)整為9或10，表示發(fā)送速度為200 ms左右。修改數(shù)據(jù)如圖3所示。

按照以上方法對(duì)新加裝的，4臺(tái)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化和規(guī)約文本的修改，通過(guò)對(duì)CPU負(fù)荷率檢測(cè)對(duì)比，4臺(tái)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率降低到22%～28%之間，滿足南網(wǎng)規(guī)范要求，各功能模塊性能檢測(cè)合格，該500 kV變電站新加裝的智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)成功投運(yùn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)是南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)OS2建設(shè)中廠站端的核心設(shè)備，是一體化電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)OS2建設(shè)重要組成部分，而CPU作為智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的“心臟”及核心部件，承擔(dān)著系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和交互傳輸?shù)闹匾饔茫珻PU長(zhǎng)期在負(fù)荷率較高的狀況下運(yùn)行將嚴(yán)重影響智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。通過(guò)以上方法優(yōu)化及修改，提高了智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的處理數(shù)據(jù)速度，提高了資源利用率。有效降低了智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CPU負(fù)荷率，保證了智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)后續(xù)智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)加裝調(diào)試、性能檢測(cè)具有一定的意義和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

參考文獻(xiàn)

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