三峽梯調中心監控系統實時服務器負荷優化實現

周 文，王崢瀛，文正國，湯正陽，曾旭川，彭靜萍

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；2.三峽梯調中心自動化部，湖北 宜昌 443133）

0 引言

三峽梯級調度計算機監控系統按照對梯級各水電廠聯合調度、統一對外、“無人值班（少人值守）”的原則進行設計。三峽梯級調度計算機監控系統具有：對梯級各電站及泄水閘進行數據采集與處理、安全監視、運行調度、操作控制和管理等功能，同時負責接受上級調度系統下達的各項指令，對整個梯級樞紐進行有效的監視、調度、控制及管理，同時向上級調度傳送所需的數據。

三峽梯調計算機監控系統采購合同于2001年8月簽訂，由瑞典ABB公司中標，國內合作方為中國水利水電科學研究院，系統采用ABB公司的SPIDER系統平臺，水科院承擔對外通訊軟件、泄水閘控制軟件及梯級調度AGC軟件的編制，該項目已經完成并已結束質保。

隨著近些年三峽水電事業的發展，各種應用需求對SPIDER系統平臺的實時服務器要求越來越多，以致逐漸超出了設計的限制。但是短期內對監控系統進行徹底的改造不太現實，只能通過對應用的訪問請求進行分析，尋求優化處理方案以降低系統負荷。

1 問題背景及分析

ABB公司的SPIDER系統平臺是集中式系統結構，系統中的兩臺實時服務器幾乎是所有應用的數據來源，是系統的核心。2010年，三峽梯調中心通訊接入華中網調后，實時服務器的CPU負荷平均達到15%左右，峰值有時會至40%以上。2011年，上級調度中心要求三峽梯調通訊接入華中網調備調、國調、國調備調，初步測試，按照國調的數據通訊要求，接入國調，實時服務器負荷可以達到25%左右，接入國調備調以及華中網調備調將使實時服務器負荷進一步擴大。由于三峽梯調中心的監控系統于2001年采購，迄今十余年，系統中的實時服務器散熱差，故障率明顯升高，如果服務器長期運行于高負荷狀態，會加速機器的老化，造成系統癱瘓。出于應用需求及安全方面的考慮，需要采取額外措施以降低實時服務器負荷。

1.1 三峽梯調監控系統結構

三峽梯調監控系統采用瑞典ABB的SPIDER系統，該系統采用集中式系統結構，由兩臺實時服務器維護核心實時數據，如圖1所示。各操作員站、網關通訊工作站、AGC等功能應用皆從實時服務器獲取數據服務，實時服務器的持續穩定運行是監控系統運行的基礎。

圖1 SPIDER系統示意圖

1.2 負荷來源

上級調度中心如省調、華中網調、國調都通過三峽梯調采集各電廠（大江、二江、三峽左、右岸，地下電站）的數據點信息。具體由運行在網關工作站的通訊程序完成，如圖2所示。網關工作站上的各個通訊進程通過調用SPIDER系統平臺提供的實時服務器訪問客戶端接口獲取實時數據，在網關通訊工作站數據請求的同時，實時服務器系統會為每條請求啟動一個服務器端進程，為客戶端提供其要求的最新的數據信息。每個通訊服務器端進程都會消耗實時服務器系統資源，請求的數據點越多，單個服務器端進程資源消耗越大。

2010年以前，網關通訊工作站只有湖北省調的幾十個數據點信息的上送要求，2010年加入了華中網調的通訊接入，實時服務器的平均負荷達到15%左右，隨后國調、華中網調備調、國調備調均要求通訊接入，而且隨著地下電站的投運，要求上送的點數也在增多，像國調、國調備調是近1 200個點的數據請求，華中網調備調是約800個數據點的信息上送要求，倘若這些都按照常規的跟實時服務器的數據交換方式，將使服務器長時間運行在負荷高位，嚴重威脅系統安全，需要采用其他通訊方案。

圖2 增加各調度中心通訊請求后的SPIDER系統示意圖

2 實施方案

需要解決的問題是需要網關通訊工作站既完成多條通道的數據上送要求，又要有限小的消耗實時服務器資源，解決方法有以下兩個方面：

（1）因為實時服務器會為每條數據請求鏈路分配服務器端進程資源，所以需要減少網關工作站的鏈路請求數。

（2）減少向實時服務器請求的數據點數。

2.1 方案設計

針對以上的原則，可采用的解決方案如圖3所示，在通訊網關工作站上建立與實時服務器同步的鏡像實時數據庫，提供本地鏡像實時數據庫的讀寫接口，通過鏡像實時庫的軟件負責與實時服務器實時同步，負責與上級調度中心通訊的通訊程序不再直接與實時服務器鏈接，而是使用本地鏡像實時庫的接口從本地實時庫獲取數據信息。這種方案一方面使得網關通訊工作站只與通訊服務器建立一條數據請求鏈接，另一方面，因為各個數據上送通道存在冗余的數據點信息，例如華中網調、華中網調備調通訊進程上送的數據點要求完全一樣，鏡像數據庫大大減少了對實時服務器請求的數據點數目。

圖3 采用負荷優化方案后的系統示意圖

2.2 方案實現

方案實現流程圖如圖4所示，一個本地實時庫同步進程首先加載一個可配置的數據點集合（該集合包含網關通訊工作站所需要的點信息的最大集合），然后通過SPIDER通訊接口與實時服務器同步更新本地實時庫數據點信息。同時，各個通訊進程通過本地鏡像數據庫的讀取接口獲取需要的數據點信息。其中，本地鏡像數據庫的讀取接口首先建立起點名的索引，采用哈希紅黑樹算法，可以實現按點名常量時間查找數據點信息。

圖4 本地實時庫讀寫流程圖

3 投運結果

新的優化方案在網關工作站上實施后，接入了國調、國調備調、華中網調、華中網調備調等的IEC104通訊，實時服務器的負荷平均10%左右，良好的實現了預期的目標。

4 結語

本文主要講述了針對“老”的監控系統面對新的應用要求時所遇到的問題及最后采用解決方案，希望能對以后的類似情況提供有用的參考。

[1]王桂平,袁 宏,張玉平,等.三峽梯調中心計算機監控系統[J].水電站機電技術，2004（3）.

[2]王桂平,袁 宏,張玉平,等.三峽梯調中心計算機監控系統中應用軟件的嵌入設計[J].水電廠自動化，2005（1）.