電網自動化中分布式任務調度方法研究

李 卓，林 航，顏少偉

（海南電網有限責任公司，海南 海口 570203）

0 引 言

電網自動化利用分布式電源向系統中心供電，是智能電網的重要組成部分。傳統電網自動化系統是將儲存裝置和控制設備作為變電站與信息傳輸的通道，集合了多種再生能源。這種傳輸方式需要消耗較多的再生能源，降低了工作效率。分布式任務可以降低再生能源的消耗，提供輔助功能，有效改善電能傳輸質量，提高電能傳輸的可靠性。此外，分布式任務調動方法可滿足多個遠動裝置網絡優化的運行目標[1]。

1 分布式任務調度方法

1.1 確定遠動裝置

電網自動化系統結合了遠動裝置和遠動通道，利用遠動裝置的遙測功能和遙控功能，建立兩者之間的傳輸通道。遙測功能是指將系統模擬量轉換為調度中心的接收端，模擬量轉換的過程稱為遙測。遙控功能是指通過調度端控制輸送系統接收的信息，達到遠程控制的目的。遠動裝置結合了布線邏輯式和存儲程序式的功能。布線邏輯式由硬件電路組成，存儲程序式由固定接線方式組成。運用兩者的遠動裝置程序，確保系統變電站與信息正常傳輸，以滿足廠站系統運行的要求[2]。電網自動化系統通常采用分布式結構，如圖1所示。

全局調度監控中心是電網自動化系統的一級設備。設備層是電網自動化系統中的二級設備，間隔層是電網自動化的三級設備，管理層是電動化系統的四級設備[3]。在電網自動化的終端端口中，將電網控制和監視置于分布式系統之下，保證了整個系統運行的可靠性和實效性，確定了分布式任務調度方法的遠動裝置。

圖1 電網自動化系統結構

1.2 互斥量轉換過程

傳統電網自動化為了提高系統的可靠性采用冗余配置，即為雙機備份結構。這種備份系統是基于1:1個處理設備實現鏡像節點的位置固定，對不同設備的要求也不同，互斥量切換過程較為復雜。為了確保電網自動化變電站與信息傳輸的可靠性，設計了1:n個處理設備實現任務調度，滿足了廠站系統運行的要求。分布式任務調度方法是基于1:n個處理設備實現任務調度的。在每次執行任務時，都會隨著服務節點的變化而變化。根據n個節點發送的請求執行變電站與信息傳輸的任務。n在0和n-1之間選擇，不同的n值會提供不同的可靠性。n=1時，備份系統節點是動態的；n=n-1時，備份系統節點是互相的，以達到系統可靠性的要求。分布式任務調度中存在多個服務節點，由多個調度節點協商選擇發送下一個任務。

當服務節點為2時，為兩個節點作為任務調度的執行命令。節點n2調度n1與n3執行任務，在提交節點的同時，隨機在n1和n3上建立一個互斥量。完成互斥量轉換后，執行下一步任務。檢測n3是否轉換結束，若沒有轉換結束，則放棄下一步操作。每個節點任務調度可以自由設置，從而實現1:n個處理設備，滿足提高電網自動化系統可靠性的要求，并完成互斥量的轉換。

1.3 實現數據調度

分布式任務調動方法可以將全局調度監控中心中每次服務請求發送到變電站中。每次發送請求前，需選出a個執行節點。

分布式任務調度執行過程分為11步。

第1步，將全局調度監控中心發送的任務請求發送到計算機；

第2步，調度者從服務路由數據中查找需要的節點；第3步，將服務請求每隔2s調度轉換為5 s；

第4步，若全局調度監控中心發送的服務請求有效且時間不超過2s，則DMVLAC算法會直接選擇a個節點；

第5步，調度者在全局調度監控中心中提供服務節點發出的請求；

第6步，調度者需要等待100 s，待收到執行數兩倍后，若無回應就轉回到第2步；

第7步，調度者根據DMVLAC算法選擇a個節點作為執行者，轉第9步；

第8步，調度者在全局調度監控中心發送請求，待等待200 s若無響應，轉回第4步；

第9步，調度失敗，電網自動系統會給用戶提示；

第10步，修改調度互斥量，若修改失敗，需要重新檢測服務數據的節點；

第11步，完成調度。

2 實驗結論

為了驗證分布式任務調度在電網自動化系統的可靠性，使用測試處理服務器檢測拷貝的數據質量，采用200 m集線器連接局域網，包括6臺節點處理機。

表1是節點處理機配置表，每臺節點設備都應用Turbolinux5.0操作系統，在設備中插入分布式調度模塊、服務模塊和通信處理模塊。

表1 節點處理機配置

通過人為損壞造成系統故障和變化的工作負荷，檢測分布式任務調度方法與傳統方法的可靠性。

圖2是分布式任務調動方法與傳統方法的對比結果。在人為破壞下檢測兩種方法的可靠性，實驗結果表明分布式任務調度方法可靠性較高。使用分布式任務調度方法只需要使用1臺節點機方可運作，互斥量節點的轉換質量較高，且完成轉換的速度快。

圖2 兩種方法對比結果

圖3 是分布式任務調度方法與傳統方法任務執行時間的測試結果。測試中采用6個運行節點數，互斥量轉換時間分別為 10ms、20 ms、30 ms、40 ms和50 ms。實驗結果表明，分布式任務調度時間相比傳統方法任務執行時間較短；任務執行量增大，轉換數據的時間增量會隨之減少。因此，在處理較多數據時，建議采用分布式任務調動方法。

圖3 任務執行時間的對比結果

3 結 論

電網自動化系統是保證電力系統安全運作的系統。為此，提出分布式任務調度方法，以提高電網自動化系統的可靠性。分布式任務調動方法是基于1:n個處理設備實現任務調度的，使用互斥量調節多個任務調度，從而實現1:n個處理設備，滿足提高電網自動化系統可靠性的要求。實驗結果表明，分布式任務調度方法會隨任務執行量的增大，減少數據轉換的時間。分布式任務調度方法能達到很高的可靠性，用戶可以根據系統數據量的變化選擇相應的方法。