基于网格计算的电力系统分布式监控的实现.docx
《基于网格计算的电力系统分布式监控的实现.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于网格计算的电力系统分布式监控的实现.docx(8页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、基于网格计算的电力系统分布式监控的实现黄 琦本项目由Intel (US) Semiconductor RFP-HPC 大学计划资助。 秦开宇汪文勇四川成都电子科技大学自动化工程学院610054摘要:本文提出一种基于网格计算的电力系统监控的基础平台。该平台很好地利用了网格计算的分布式信息处理能力来处理广域电力系统的监控问题。设备终端的数据采集计算设备被虚拟化为各种异构数据库。网格节点内部通过驱动程序来实现对各异构数据库的统一访问。本文采用了虚拟数据库技术,基于网格计算开发平台Globus来实现。实验室测试结果表明,该平台能够较好地完成系统数据的监控任务。网格计算为电力系统分布式监控提供了一种有效
2、的模式。关键词:网格计算;电力系统运行与控制;分布式处理;监控;虚拟数据库1. 概述电力工业正经历着有史以来最深刻的变革。从上世纪90年代起,电力工业的改革引发了电力系统在运行、规划、控制及其本身架构等方面的变革。首先,在撤销管制规定(Deregulation)后,电力系统运行与竞争性的电力市场并行。第二,大型电力网络的互联形成了国家级甚至国际电力网络。第三,根据可持续发展战略的要求,不同容量和不同特性(如分布式发电)的各种发电设备被接入电力网络。大规模互联电网对远程通信基础平台体系、控制技术和控制策略和措施提出了更高的要求1,来避免和控制大规模灾变性故障的发生。在未来的电力工业中,由于竞争的
3、日益激烈以及体制的改革(导致运营的私有化),电力系统势必在大多数情况运行在极限情况下。系统运行在极限点附近,并且能够对大规模能量交易做出快速反应,同时要维持系统安全性和足够了鲁棒性这些要求,是互相矛盾的,需要电力系统运行,调度和规划之间较好地配合才能实现。由于电力系统日益膨胀成为一个巨型系统以及跨电网输电的增加,系统脆弱性也增高。因此,需要发展新的方法、程序、指南以及高性能软件产品来帮助规划部门和调度部门处理电网运行和控制中的意外事故23。电子科技大学电力自动化工程研究中心在Intel (US) Semiconductor RFP-HPC 大学计划的资助下,开展将网格计算应用于电力系统方面的研
4、究。该项目分为两部分:第一部分为基于网格计算的电力系统监控模型及其实现技术;第二部分为基于网格计算的电力系统分布式并行计算及其实现技术。这两部分工作合在一起形成电力系统网格计算平台PSGrid。该平台可以提供基于分布式、广域环境下的数据存储、管理、查询,和基于网格的大规模数据挖掘,以及电力系统大规模计算等功能,为电力系统运行、数据管理和决策提供服务。目前,该平台已基本完成底层平台的组建工作,包括虚拟数据库、计算池(Computing Pool)、资源管理与动态分配,以及图论分割和稀疏数值计算库等。下一步的工作主要集中在该平台下实现电力系统实际运行中所需要的功能,如:大范围内数据预测、调度、潮流
5、计算、动态仿真和状态估计等。本文主要讨论第一部分工作。2. 网格计算及其在电力系统中的潜在应用价值所谓网格计算45,就是将分布的计算资源有效地组织起来协同工作、形成一个集成的计算与资源环境。基于网格计算的平台体系将大大地优于传统的体系,因为网格计算可以联合分布计算和集中超级计算的优势。网格计算为市场参与者提供了一种廉价而高效的解决方案来参与竞争与合作,从而提供更加可靠、廉价和持续性更好的电力供应。粗略的研究表明,网格计算将为电力系统带来无穷的好处678。现代电力系统运行与控制演变成一个涉及大量数据和信息计算的应用工程。电力系统正变成为一个数据密集型(data-intensive)、信息密集型(
6、information-intensive)、通信密集型(communication-intensive)和计算密集型(computing-intensive)的大型系统。一个大型电力系统的计算需求如图 1所示。这样在地域上分布的系统很难在不采用分布式处理技术来实现对其运行的有效控制。而现代大型电力系统所需要处理的计算,往往是将大量数据集中存放在某几台计算机上,再由高性能计算机按串行算法的程序进行运算或集中并行处理,这样一方面对数据的安全性提出了较高的要求,一旦存放数据的计算机崩溃,将可能无法再进行数据的运算,同时运算时使用高性能计算机,花费较大。另一方面,据统计,一个企业里面80%的计算机有
7、50%的资源(计算能力,存储空间等)在65%的时间里面是闲置的。这势必造成计算机资源的大量浪费。而网格技术正好可以将现有的计算机、数据库、和网络联合在一起,组成一个大系统,为用户提供高质量的计算服务。对于最终用户或应用程序来说,网格看起来就像是一个巨大的虚拟计算机系统,而这个虚拟计算机系统拥有一个庞大的虚拟数据库。因此用户只需要关注自己所需要的服务,而不需要关心服务所需要的数据的存放位置。图 1 电力系统计算需求到目前为止,网格计算还主要停留在应用于科研领域。采用网格计算来实现的电力系统决策基础平台的潜在的优越性,提供了对于该领域进行系统研究的动机。初步的研究表明,网格计算展示了其在未来电力系
8、统中得到广泛应用的巨大的潜力。尤其是电力系统的监测与控制均是在分布式环境下完成的,而网格计算提供了很好的处理分布式信息的能力。因此,本文提出采用网格计算来实现电力系统监测和控制过程中数据和信息的传输、存储、管理和访问,等等。通过这样的方式,还可以很容易地实现分布式条件下的数据挖掘(如负荷预测、线损数据挖掘等)。3. 基于虚拟数据库的电力系统系统分布式监控系统的设计与实现3.1. 电力系统监控模型电力系统涉及大量电力设备之间的相互作用,因此,电力系统的运行、控制和规划需要大量的实时运行数据(状态变量)、设备状态、能源供应、以及经济结构和市场信息等。电力生产多年来形成了一套“分级管理、分层控制、分
9、布处理”的体系。电力系统的监控无一例外都是各级调度中心向设备终端发送控制命令并向设备终端获取状态数据和运行数据,如图 2所示。这些控制命令和数据的实时性要求与具体应用有关,在实际应用中通常采用具有优先级的通信来控制。在电力系统的层次性控制结构中,调度中心向设备终端发送控制命令来改变电力系统运行状态,以达到控制的目的。同时调度中心需要设备终端的运行状态和数据,基于此来做出控制策略或调度策略。因此,在如图 2所示的电力系统调度结构中,控制命令是下行数据,而监测数据是上行数据。对于互联的电力大系统,为了保证安全稳定性,调度中心对整个系统的全局掌握是很有必要的,因此,整个电力系统的数据需要及时、准确地
10、送到需要的地方。实际上,现代计算技术应用于电力系统运行、规划与控制,都是建立在能够得到海量的电力系统数据基础上的。因此,电力系统监控中,如何获得数据是一个重要的问题。如何在较广域的空间范围内组织、管理和存储如此大量的数据、并能够提供高效的访问机制,这对于电力系统整个系统的高效率运行起着至关重要的作用。图 2 电力监控系统层式结构图 3 电力系统分布式监控系统平台3.2. 电力系统分布式监控平台总体设计由于计算机技术的发展和普及,在现代电力系统的监控系统中均是在每一个设备前端安置一台计算机或类似计算机的设备对其进行监测和控制。这台计算设备可以独立运行,即有自己的处理器、内存和存储设备,同时可以管
11、理自己的数据(通过数据库或数据文件)。本文的思想是将这些计算设备作为一个网格计算的节点。由许多类似的前端计算设备相互连接,并通过服务器,就形成数据网格(Data Grid)。如果对该数据网格进行一定的处理,则可以将分布在各零散区域的数据形成一个庞大的虚拟数据库。因此,这里主要讨论该采用虚拟数据库来实现电力系统广域范围内的监测与控制任务。整个系统的总体原理如图 3所示。该系统由通过远端数据服务器或其他各种接入方式连接进互联网(实际运行中一般为电力专网)的数据服务组成。该系统需要一个虚拟数据库服务器。该服务器处理以下任务: 接受远端服务器的注册请求并保存其注册信息 实时接收远端服务器发送来的更新信
12、息,并可以显示更新 接受前端数据查询请求,并将查询任务分发到各远程数据服务器 提供目录服务和数据结构的转换该系统向终端用户提供Web门户(Portal)来访问系统内的资源,在此基础上,用户可以通过应用程序来使用从网格上获得的数据,整个系统原理如图 4所示。系统从上到下分为设备层(即电力设备)、终端层(即RTS)、资源层(即电力系统数据)、网络层(即广域网)、网格计算层、服务层和应用层。本系统的设计方法是利用Globus平台对于资源的管理,通过虚拟数据库技术来实现电力系统资源的开放式分布访问。图 4 基于网格的电力系统应用平台3.3. 虚拟数据库技术电力系统的资源(数据)分布在整个电网,形成层状
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 网格 计算 电力系统 分布式 监控 实现
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2059368.html