基于數據緩沖池技術的二次設備狀態評價數據處理方法

李　金，高　壽

(1.中國南方電網電力調度控制中心，廣東 廣州 510663；2. 南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 210003)

0　引言

電力系統中二次設備的檢修以人工進行定期檢驗為主，容易造成“過剩維修”或者“延后維修”的問題，造成設備有效利用率降低及人力、物力、財力的浪費，檢修效果也不好。而隨著變電站和輸電線路的數量越來越多，二次設備檢驗工作量劇烈增加。由于編制限制及人才培養周期等原因二次設備檢驗人員卻并不能相應增加，加上許多線路停電難、停電時間短，造成二次設備檢驗完成率較低，二次設備技術人員長期處于超負荷工作狀態，既影響了保護檢驗質量又容易發生誤碰、誤接線、誤整定等事故。因此，運用先進的科技手段，加強電氣二次設備狀態監測和狀態檢修工作的重要性日益突出[1-5]。

二次設備狀態評價是二次設備狀態檢修的基礎，基于二次設備狀態監測技術，根據反映二次設備狀態的關鍵指標狀態信息確定二次設備所處的狀態，然后對二次設備的運行健康狀態進行整體評價。然而隨著電網規模的擴大，二次設備的數量也急劇增加，而在主站端針對每條監測信息進行實時狀態評價的方法給服務器造成了巨大的計算壓力。同時二次設備監測指標的傳輸方式較為分散，可能發生某一設備短時間內向主站端傳輸多條監測指標信息，從而出現對同一設備多次重復評價的情況[6-9]。本文提出了一種基于數據緩沖池技術的二次設備狀態評價數據處理方案，采用多任務處理和緩沖池技術，實現了大量監測數據的并行解析；標記狀態評價對象在緩沖池中的任務狀態，避免了對同一設備的重復評價現象。

1　二次設備狀態評價方法

主站端二次設備評價基于子站傳輸上來的二次設備監測數據，子站端二次設備監測數據通過61850協議上傳到主站數據中心，再由數據中心通過JMS傳輸至主站端二次設備狀態評價功能模塊(以下簡稱主站端)完成設備評價、設備檢修等功能應用。

當子站端設備的監測指標發生改變時，子站將產生的監測信息上傳到數據中心。此時數據中心通過JMS將收到的監測信息傳輸給主站端。主站端監聽程序在收到數據中心傳來的監測信息后，經過解析處理，啟動狀態評價任務對該設備的新狀態進行評價。然而在這個過程中，如果該設備的其他監測指標也發生變化，或某些模擬量指標(如CPU使用率)持續變化，則會使子站端將該設備的這些指標不停上傳，而主站端重復啟動狀態評價程序對同一設備進行評價，大大加重了服務器的負擔，造成系統資源的浪費，嚴重情況下可能出現服務器卡死等現象[10]。

2　數據緩沖池設計方案

針對上述問題，本文提出了設計數據緩沖池的解決方案,將數據中心傳輸的數據和數據庫中相應的設備及狀態數據存入數據緩沖池中，其他程序通過該數據緩沖池讀取數據；同時，通過標記設備評價狀態避免了重復評價同一設備的問題。

2.1　設備評價狀態設計

為了避免重復評價同一件設備的運行健康狀態，首先必需要將設備在狀態評價中的各個狀態區分開來。

本文將二次設備在整個狀態評價過程中的狀態分為3個：待評價、評價中、已評價。當主站端接收到JMS信號時，從JMS信息體中獲取二次設備的監測數據信息，其中包含設備的唯一編碼、設備的監測指標、監測指標的狀態量值等信息。通過設備的唯一編碼，可以從系統中獲取需要評價的設備，將該設備對象及其評價指標填入數據緩沖池中，此時可將該設備狀態置為“待評價”狀態；當狀態評價線程掃描到該設備，開始執行狀態評價功能時，將該設備狀態置為“評價中”；當狀態評價線程完成對該設備的評價任務時，將該設備的狀態置為“已評價”。因此，二次設備在各狀態下的真實情況如下。

已評價：上一評價周期的狀態評價工作已完成，至今尚無新的監測指標有變化。

待評價：上一評價周期的狀態評價工作完成后，又有新的監測指標變動，需要重新評價設備狀態；目前設備對象及各項指標的當前值已填入數據緩沖池中，但狀態評價線程尚未掃描到該設備，還處于等待狀態。

評價中：目前狀態評價線程正在對該設備的當前狀態進行評價。

2.2　緩沖池結構設計

數據緩沖池包括兩部分：

(1)待處理的狀態數據隊列，隊列中每個對象包括設備的唯一標識、設備狀態量名稱、設備狀態量監測值，如表1所示。

表1　待處理設備狀態隊列元素結構表

(2)待評價的二次設備隊列，隊列中的每個對象包括設備的唯一標識及其當前所有狀態值，如表2所示。

表2　待評價設備隊列元素結構表

2.3　監測數據監聽任務功能設計

監測數據監聽任務是主站端用于監聽從數據中心傳來的JMS消息的程序。接收到一條JMS消息后，監聽任務首先從消息體中解析出具體的消息內容，然后將這些內容填入緩沖池中待處理的設備狀態量隊列中。

2.4　監測數據處理任務功能設計

監測數據處理任務用于分析處理設備狀態量隊列中的數據。監測數據處理任務流程圖如圖1所示。監測數據處理任務啟動后，遍歷設備狀態量隊列中的各項數據，根據其中的設備唯一編碼，在數據庫中查看它們的狀態，然后進行如下處理：

(1)對于“已評價”狀態的設備，將其設備唯一編碼和當前所有的狀態值取出，填入待評價的二次設備隊列中，在數據庫表中將該設備的評價狀態置為“待評價”，然后用設備監測指標隊列中取出的指標值更新隊列中相應的狀態量數據。

圖1　監測數據處理任務流程圖

(2)對于“待評價”狀態的設備，直接在緩沖池中更新二次設備隊列中相應的狀態量數據。

(3)對于“評價中”狀態的設備，則在評價任務對該設備的評價完成后，設備的評價狀態置為“已評價”，對其按第一種方式處理。

上述處理完成后，在處理設備狀態量隊列中將該條記錄清理出隊列，隊列為空時任務中止。

2.5　狀態評價任務功能設計

狀態評價任務用于對待評價的二次設備隊列中的設備及其狀態量信息進行設備健康狀態評價。狀態評價任務啟動后，遍歷待評價的二次設備隊列，先將該設備的評價狀態置為“評價中”，然后根據每個設備及其狀態量信息執行健康狀態評價算法，得到狀態評價結果后，將隊列中的設備狀態量信息和狀態評價結果信息更新到數據庫中保存，然后將數據庫中的設備狀態信息變更為“已評價”狀態。

完成上述步驟后就將剛才評價的數據從待評價的二次設備隊列中清除，繼續遍歷下面的數據，直至隊列為空為止。

如前文所述，監測數據處理任務的監聽程序始終保持監聽JMS消息，每條消息到達后將消息體中的信息填入待處理隊列；監測數據處理程序周期性地運行，將待處理隊列的數據處理完以后就結束；狀態評價程序也周期性地啟動，每次執行遍歷處理待評價設備隊列，到隊列為空的時候停止執行；同時考慮到監測數據處理程序和狀態評價程序在上一執行周期內如果沒有處理完所有數據，在下一執行周期會再次啟動一個新程序，因此這兩個程序要以單例模式的方式實現。

3　算例與討論

為驗證上述所提的二次設備狀態評價數據處理方案，基于本文所提的方法，開發了二次設備狀態評價功能軟件，并編寫了模擬程序向監聽程序發送二次設備監測數據。

模擬程序隨機從二次設備狀態評價系統中抽取二次設備信息及狀態量發送給監聽程序，記錄下每個設備被重復抽取以及被評價的次數，分別用本文提出的方法和無緩沖池的處理方法對收到的監測數據進行狀態評價。兩種方法部署在同一臺服務器上執行，每次模擬程序抽取10 000條監測數據進行測試，測試結果如表3所示。

表3　兩種狀態評價數據處理方法對比

從表3的測試結果來看，當同一設備接收多次監測數據的時候，本文提出的方法能夠有效地減少重復評價的次數，大幅減少程序執行時間。

4　結論

本文提出了一種針對大量二次設備狀態監測數據進行分析、處理、評價的方法，將待處理數據填入緩沖池，靈活配置二次設備在狀態評價過程中的不同狀態，有效地減少了系統重復計算的數量，提高程序運行效率，有助于提高系統的穩定性和實用性。

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