一種降低智能遠動機CPU負荷率的方法

胡建明

[摘? ? 要]隨著電力系統新技術不斷應用和發展，結合南方電網一體化電網智能運行系統OS2建設要求，智能遠動機在500 kV變電站得到應用和普及，本文通過某500 kV變電站加裝智能遠動機安裝調試、檢測為實列，重點對智能遠動機業務功能及性能進行測試分析，提出一種降低智能遠動機CPU負荷率的方法，該方法有效降低了智能遠動機CPU負荷率，保證了智能遠動機運行的穩定性和可靠性及各業務系統安全、穩定、可靠的數據傳輸。

[關鍵詞]智能遠動機;降低;CPU負荷率;數據傳輸

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]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

智能遠動機是南方電網一體化電網智能運行系統OS2建設中廠站端的核心設備，它是架設于變電站站控層的一種遠動裝置，具備遠動機、PMU數據集中器、保信子站、計量ERTU、在線監測綜合處理單元等常規獨立設備的功能，同時還具備源端維護、遠程瀏覽等應用功能。在變電站安裝智能遠動機后，實現各專業信息統一建模、數據統一采集，在站內建立數據中心，并作為統一的數據出口，與主站進行信息交互。大量的數據處理、信息交互及傳輸對智能遠動機技術參數及性能參數提出更高的要求，尤其是對智能遠動機CPU性能要求更高。

1 CPU負荷率與智能遠動機的關系

所謂CPU負荷率即是計算機系統在一段時間內正在使用和等待使用CPU的平均任務數。CPU負荷率是計算機機系統的一個重要指標，同時也是檢測智能遠動機性能的重要指標之一。CPU是智能遠動機的“心臟”，是各業務系統數據采集及處理、數據傳輸交換中心，一般的智能遠動機具有4顆以上的CPU，每個CPU用于不同的業務系統，也可以多個業務系統共用一個CPU，所以智能遠動機CPU性能直接影響遠動系統數據處理及數據傳輸。如果CPU負荷率過高，超過規定標準，就軟件方面而言，會導致智能遠動機運行緩慢乃至死機，處理數據能力下降，影響智能遠動機運行的穩定性和可靠性，直接決定著自動化基礎數據質量和電網安全運行;就硬件方面而言，CPU負荷率過高，會導致機身發熱比較嚴重，降低智能遠動機硬件的使用壽命。

2 調試、檢測過程中存在的問題

某500 kV變電站新加裝智能遠動機采用國電南瑞科技股份有限公司生產的NSS201A（Linux）型智能遠動機，采用了雙主配置，對下采用IEC103通信，完成原綜自系統370多個103通信的間隔層裝置接入，實現站內測控及保護信息直采直送。對上采用IEC104、IEC101通信規約與總調、中調、地調進行通信并進行數據交互，總計傳輸信息量為遙信10000多個，遙測1200多個，遙控150個，作為全站統一的出口系統，負責廠站與各級主站之間的通訊和協調。其中，2臺遠動機為南網總調MSTP專線及調度數據網通道A、B平面專用，2臺遠動機為中調、地調調度數據網、2M專線遠動及數字業務通道共用，共涉及遠動通道12條（含備調通道）。

依據南方電網智能遠動機規范化運維管理手冊-V5.2及中國南方電網有限責任公司企業標準Q/CSG1204005.66-2014南方電網一體化電網運行智能系統技術規范第5-5部分：廠站應用智能遠動機功能規范要求，在調試、檢測的過程中發現NSS201A（Linux）型智能遠動機大部分功能和性能滿足技術規范要求，在Linux操作系統下，當用“TOP”命令進行CPU負荷率檢查時發現，運行的4臺智能遠動機CPU負荷率均在50%～60%之間，重啟智能遠動機（啟動瞬間）甚至達到90%，不滿足南方電網一體化電網運行智能遠動機功能規范要求。技術規范要求：CPU平均負荷率正常時（任意5 min內）不大于30%，故障時（5 min內）不大于50%。針對NSS201A（Linux）型智能遠動機這一現象，檢測數據如圖1所示，通過多組檢測數據進行分析，具體分析出CPU負荷率較高原因。

（1）該500 kV變電站為3臺主變規模，智能遠動機共接入70臺測控裝置，17臺低壓保測裝置和100余臺高壓保護裝置，數據信息量較其他變電站大。按照500 kV變電站“無人值守”及現場工程配置要求，僅送往地調的信息就有8 100多個遙信，900多個遙測，數據傳輸量巨大（該500 kV變電站按“無人值班”站調試），短時（毫秒級），總調、中調、地調總計傳輸信息量為：遙信10 000多個，遙測1 200多個，遙控150個，傳輸較大數據量是造成智能遠動機CPU負荷率過高的原因之一。

（2）在對上數據通道上，該500 kV變電站接入總調、中調、地調等數據通道，遠動通信規約采用了IEC104及IEC101遠動傳輸規約。遠動通信規約在進行數據接入時，必須從數據庫獲取數據，前期的算法是定位到具體的數據庫值，計算機在處理字符串比對的處理效率遠低于整形的處理效率。在常規數據量接入時，CPU處理性能滿足要求，但對于數據量較大的接入站來說，每個數據的訪問操作進行逐項檢索將消耗大量的CPU和內存資源，這也是造成智能遠動機CPU負荷率過高的原因。

3 針對智能遠動機CPU負荷率過高提出的解決方法

針對該500 kV變電站的特殊情況（裝置多、數據量大、“無人值守”），智能遠動機正常運行CPU負荷率較高，不滿足規范要求，為使CPU負荷率滿足規范要求，經過反復的增加或減少數據庫信息量試驗對比，對智能遠動機進行了三方面的優化。

（1）算法優化：處理數據方面采用了多重HASH索引，提升了處理數據的速度，如圖2所示。

多重HASH索引就是在進行程序處理時引入了哈希表的處理方式，哈希表就是一種鍵-值（Key-indexed）存儲數據的結構，只要輸入待查找的值即Key，即可查找到其對應的值。哈希的思路是，如果所有的鍵都是整數，那么就可以使用一個簡單的無序數組來實現：將鍵作為索引，值即為其對應的值，這樣就可以快速訪問任意鍵的值。這是對于簡單的鍵的情況，我們將其擴展到可以處理更加復雜的類型的鍵。

（2）資源優化：對通道資源分配方面做了索引優化，提升了資源的利用效率。對于資源優化，主要是對多通道通用轉發標的情況進行了優化，不再是單個通道配置獨立的轉發緩沖區，而是轉發緩沖區共享，通過指針索引的方式進行轉發表訪問，節約了系統內存資源和檢索轉發數據的計算資源。

（3）修改IEC104規約文本報文的發送速度。

IEC104規約文本第二個參數DoRunWaitC是調整報文的發送速度的字段，在IEC104數據網和專線配置文本里，出廠默認一般為0，表示發送速度為20 ms，一般需要根據現場的實際情況調整，變電站規模越大，傳輸到主站的信息越多，此值設置應該越大。該變電站總調、中調、地調總計傳輸信息量為遙信10 000多個，遙測1 200多個，遙控150個，數據傳輸量大，故將此參數調整為9或10，表示發送速度為200 ms左右。修改數據如圖3所示。

按照以上方法對新加裝的，4臺智能遠動機進行優化和規約文本的修改，通過對CPU負荷率檢測對比，4臺智能遠動機CPU負荷率降低到22%～28%之間，滿足南網規范要求，各功能模塊性能檢測合格，該500 kV變電站新加裝的智能遠動機成功投運，檢測數據如圖4所示。

4 結束語

智能遠動機是南方電網一體化電網智能運行系統OS2建設中廠站端的核心設備，是一體化電網智能運行系統OS2建設重要組成部分，而CPU作為智能遠動機的“心臟”及核心部件，承擔著系統數據處理和交互傳輸的重要作用，CPU長期在負荷率較高的狀況下運行將嚴重影響智能遠動機的穩定、可靠運行。通過以上方法優化及修改，提高了智能遠動機的處理數據速度，提高了資源利用率。有效降低了智能遠動機CPU負荷率，保證了智能遠動機運行的穩定性和可靠性及各業務系統安全、穩定、可靠的數據傳輸。對后續智能遠動機加裝調試、性能檢測具有一定的意義和經驗借鑒。

參考文獻

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