一种电网智能化分布式计算及运行新系统的制作方法

1.本发明涉及分布式计算领域，具体涉及一种电网智能化分布式计算及运行系统。


背景技术：

2.大规模分布式并行计算通用平台充分利用电力系统中的机群节点或电力机构中的工作者计算机的闲置计算能力，把用户批量提交的任务分别调度到这些参与节点机上执行,计算输入文件和结果文件通过局域网或广域网进行数据交换。
3.国外常见的分布式计算项目，主要应用于分析地外无线电信号,从而搜索地外的生命迹象、基因排序和分析计算蛋白质的内部结构等。这些项目通常是为了解决计算能力严重不足的问题,但对计算任务的灵活性、计算能力和并行计算效率没有企业级的要求。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种电网智能化分布式计算及运行系统，包括：初始状态配置模块、在线启动模块、数据周期计算模块、代理管理模块和分布式运行处理模块；其中。
5.所述初始状态配置模块配置数据网关、调度服务器、数据服务器和所述计算节点机群启动后进入就绪状态，等待人机界面发送启动指令。
6.所述在线启动模块通过人机界面向主调度服务器发送启动开始命令，主调度服务器接收启动开始命令向人机界面返回启动成功消息。
7.所述数据周期计算模块被调度服务器调用进行多周期计算管理，调度服务器将潮流数据转播给计算节点进行计算，然后接收计算节点返回的计算结果，根据已收集到的计算结果进行分析生成新的阶段性计算任务；新的计算任务被动态分配到计算节点上进行二次计算，二次计算结果返回分析再生成新的任务；如此阶段多次反复，直到没有新的计算任务产生为止，至此一个数据周期结束。
8.所述阶段计算模块用于进行数据周期计算中的阶段计算，在数据周期计算过程中，调度服务器收到计算节点上传的计算结果后会调用所述阶段计算模块进行分析和处理，并生成新的阶段性计算任务。新的阶段性计算任务信息包括任务输入或设置文件、任务计算节点ip地址等。调度服务器根据任务节点ip将任务输入给计算节点，或设置文件单播或通过逻辑组多播给计算节点，计算节点接收任务或文件后即可触发新的计算。计算完毕后将阶段计算结果单播给调度服务器。然后调度服务器调用阶段计算模块根据已收到的阶段计算结果生成下个阶段的阶段性计算任务，新的阶段性计算任务被动态分配到计算节点进行阶段计算。
9.所述代理管理模块，用于分布式计算的执行和协调控制，包括。
10.执行级代理，执行级代理的任务包括监测计算节点电压是否越限、向协调级代理发送控制请求、接受协调级代理下发的控制指令并实施，以实现电压检测和控制。协调级代理，协调级代理的任务是接收执行级代理发送的控制请求和运行数据，与其他协调级代理
进行通信和交换数据，并计算各自区域内的最优控制量后下发给执行级代理，以实现协调计算和决策。
11.所述分布式运行处理模块，用于：基于故障进行暂态稳定仿真。进行电网网络供电运行分析。故障模型预测控制运行实施。
12.优选地，在在线启动过程中，主调度服务器对启动开始后从数据网关接收到的格式潮流数据文件开始转发和处理。若人机界面在发送指令的同时，主调度服务器发生故障,则人机界面发送指令超时出错，人机界面在得到出错提示信息后再重试直到返回启动成功为止。
13.优选地，在数据周期计算过程中，如果第一个数据周期尚未结束，即此时计算尚未完成，出现下一个周期已经开始的情况，即此时调度服务器再次收到新的潮流数据，则所述数据周期计算模块控制计算直接进入下一周期，前一周期的数据和状态将被丢弃，进入新的数据周期计算。其中，数据网关下发格式潮流数据的时刻作为一个数据周期的开始。
14.优选地，潮流数据由数据网关采集，并以格式文件的形式周期性地通过多播通道下发给调度服务器，调度服务器在启动后处于就绪状态，在得到人机接口的触发信号后开始下发潮流数据给机群中的计算节点，计算节点将计算后的结果反馈给调度服务器。调度服务器将通过多播消息通道将计算结果传递给数据服务器。数据服务器在得到数据网关的任务数据后会在本地建立一个子目录,将任务数据以文件格式存放在硬盘上；同时将计算结果数据按周期分类，和所述任务数据存放在同一子目录下。数据服务器也存在一个备份,该备份数据服务器的功能是：始终保持与主数据服务器的数据和状态同步，当主数据服务器发生了失效的情况,备份数据服务器将接替主服务器的工作。
15.优选地，为调度服务器配备了一个备份系统，即备份调度服务器。如果在运行中，主调度服务器发生了失效的情况，其工作将由备份调度服务器接替。接替的方法是：前一个数据周期未完成的任务不再继续,产生的中间数据和状态被丢弃，而从下一个数据周期的开始接替调度的任务。主备故障切换时间小于30s。
16.优选地，在每一个协调级代理里面，都包含有两个子代理，一个是负责发送数据的发送代理,另一个是负责接收数据的接受代理。发送代理在每次计算结束后自动生成，生成后先获取已知ip地址的接收主机。发送代理搜索该接收主机中的接收代理。发送代理将转换成字符串后的计算结果作为信息的内容，接收代理的地址作为信息的接收地址。发送代理和接收代理则在暂态稳定仿真前即已启动，发送代理和接收代理—经启动则贯穿协调级代理的整个生命周期，所述接收代理一直监测是否有新信息到达，若接收到信息，则将信息的内容作为返回值返回并继续监测。
17.优选地，所述基于故障进行暂态稳定仿真，包括。
18.(1)配置最大迭代次数，计算网络调整前在基准潮流下电网在各故障种类中的暂态稳定裕度。
19.(2)若存在多个故障种类使得电网暂态功率不稳定，则对于同一种类的多个故障，利用稳定机组参与因子在给定候选措施空间设置极限功率调整方式，执行极限计算，输出极限功率计算结果。
20.(3)对于每个种类的多个故障，利用暂态安全性约束，基于极限功率计算结果在给定候选措施空间以控制代价最小为目标进行控制措施的优化求解。
21.(4)把优化求解得到的控制措施应用到基准潮流数据上，获得调整后的潮流数据，在调整后的潮流数据上进行暂态安全性校核，若在每一故障种类下均暂态稳定，则所述控制措施有效；判断是否达到最大迭代次数，是则退出，否则转第(1)步。
22.其中，暂态稳定仿真的输入数据包括：在线安全稳定评估的输入数据；发电机、负荷、无功补偿候选措施空间；以及联络线或联络断面定义。
23.暂态稳定仿真的输出数据包括：预防性稳定控制措施；调整后的电网运行方式数据；联络线或联络断面的初始功率和极限功率；冲突故障控制信息；以及总控制代价。
24.本发明的一种电网智能化分布式计算及运行系统，通过数据网关、调度服务器、数据服务器和计算节点之间的配合完成电网分布式计算的启动计算和代理，并进行基于仿真和分析的计算节点运行管理，整体架构和实现呈现为松耦合、散关联的状态。解决了电力系统企业级的并行分布式大规模高性能计算需求。
附图说明
25.图1为本发明一种电网智能化分布式计算及运行系统的结构图。
具体实施方式
26.如图1所示，本发明一种电网智能化分布式计算及运行系统，包括：初始状态配置模块、在线启动模块、数据周期计算模块、代理管理模块和分布式运行处理模块；其中。
27.所述初始状态配置模块配置数据网关、调度服务器、数据服务器和所述计算节点机群启动后进入就绪状态，等待人机界面发送启动指令。在进入就绪状态过程中，数据网关按周期下发格式潮流数据文件，主备调度服务器接收数据文件后直接丢弃不转发，不处理。
28.所述在线启动模块通过人机界面向主调度服务器发送启动开始命令，主调度服务器接收启动开始命令向人机界面返回启动成功消息。主调度服务器对启动开始后从数据网关接收到的格式潮流数据文件开始转发和处理。若人机界面在发送指令的同时，主调度服务器发生故障,则人机界面发送指令超时出错，人机界面在得到出错提示信息后再重试直到返回启动成功为止。
29.所述数据周期计算模块被调度服务器调用进行多周期计算管理，调度服务器将潮流数据转播给计算节点进行计算，然后接收计算节点返回的计算结果，根据已收集到的计算结果进行分析生成新的阶段性计算任务；新的计算任务被动态分配到计算节点上进行二次计算，二次计算结果返回分析再生成新的任务；如此阶段多次反复，直到没有新的计算任务产生为止，至此一个数据周期结束。如果第一个数据周期尚未结束，即此时计算尚未完成，出现下一个周期已经开始的情况，即此时调度服务器再次收到新的潮流数据，则所述数据周期计算模块控制计算直接进入下一周期，前一周期的数据和状态将被丢弃，进入新的数据周期计算。其中，数据网关下发格式潮流数据的时刻作为一个数据周期的开始。
30.其中,潮流数据由数据网关采集，并以格式文件的形式周期性地通过多播通道下发给调度服务器，调度服务器在启动后处于就绪状态，在得到人机接口的触发信号后开始下发潮流数据给机群中的计算节点，计算节点将计算后的结果反馈给调度服务器。调度服务器将通过多播消息通道将计算结果传递给数据服务器。数据服务器在得到数据网关的任务数据后会在本地建立一个子目录,将任务数据以文件格式存放在硬盘上；同时将计算结
果数据按周期分类，和所述任务数据存放在同一子目录下。数据服务器也存在一个备份,该备份数据服务器的功能是：始终保持与主数据服务器的数据和状态同步，当主数据服务器发生了失效的情况,备份数据服务器将接替主服务器的工作。
31.同时，为调度服务器配备了一个备份系统，即备份调度服务器。如果在运行中，主调度服务器发生了失效的情况，其工作将由备份调度服务器接替。接替的方法是：前一个数据周期未完成的任务不再继续,产生的中间数据和状态被丢弃，而从下一个数据周期的开始接替调度的任务。主备故障切换时间小于30s。
32.所述阶段计算模块用于进行数据周期计算中的阶段计算，在数据周期计算过程中，调度服务器收到计算节点上传的计算结果后会调用所述阶段计算模块进行分析和处理,并生成新的阶段性计算任务。新的阶段性计算任务信息包括任务输入或设置文件、任务计算节点ip地址等。调度服务器根据任务节点ip将任务输入给计算节点，或设置文件单播或通过逻辑组多播给计算节点，计算节点接收任务或文件后即可触发新的计算。计算完毕后将阶段计算结果单播给调度服务器。然后调度服务器调用阶段计算模块根据已收到的阶段计算结果生成下个阶段的阶段性计算任务，新的阶段性计算任务被动态分配到计算节点进行阶段计算。阶段计算的完整步骤包括：阶段性计算任务生成、分配、计算、结果收集、下一阶段性任务生成。多个步骤阶段性重复和叠加，直到没有新的计算任务产生为止。
33.所述代理管理模块，用于分布式计算的执行和协调控制，包括。
34.执行级代理，执行级代理的任务包括监测计算节点电压是否越限、向协调级代理发送控制请求、接受协调级代理下发的控制指令并实施，以实现电压检测和控制。协调级代理，协调级代理的任务是接收执行级代理发送的控制请求和运行数据，与其他协调级代理进行通信和交换数据，并计算各自区域内的最优控制量后下发给执行级代理，以实现协调计算和决策。
35.在协调级代理层面，由于区域间的规模和计算机的配置不同，会导致在计算时间上存在差异，使得区域间因计算不同步而无法准确计算。因此，采用“快等慢”的原则来处理上述问题，即计算快的区域需要将计算线程挂起，直到收到其他代理发送的新的迭代结果为止。
36.其中，在每一个协调级代理里面，都包含有两个子代理，一个是负责发送数据的发送代理,另一个是负责接收数据的接受代理。发送代理在每次计算结束后自动生成，生成后先获取已知ip地址的接收主机。发送代理搜索该接收主机中的接收代理。发送代理将转换成字符串后的计算结果作为信息的内容，接收代理的地址作为信息的接收地址。发送代理和接收代理则在暂态稳定仿真前即已启动，发送代理和接收代理—经启动则贯穿协调级代理的整个生命周期，所述接收代理一直监测是否有新信息到达，若接收到信息，则将信息的内容作为返回值返回并继续监测。
37.所述分布式运行处理模块，用于。
38.基于故障进行暂态稳定仿真。
39.(1)配置最大迭代次数，计算网络调整前在基准潮流下电网在各故障种类中的暂态稳定裕度。所述故障种类包括短路故障、短线故障、负荷过重、线路过载、电压过低、频率震荡等。
40.(2)若存在多个故障种类使得电网暂态功率不稳定，则对于同一种类的多个故障，
利用稳定机组参与因子在给定候选措施空间设置极限功率调整方式，执行极限计算，输出极限功率计算结果。
41.(3)对于每个种类的多个故障，利用暂态安全性约束，基于极限功率计算结果在给定候选措施空间以控制代价最小为目标进行控制措施的优化求解。
42.(4)把优化求解得到的控制措施应用到基准潮流数据上，获得调整后的潮流数据，在调整后的潮流数据上进行暂态安全性校核，若在每一故障种类下均暂态稳定，则所述控制措施有效；判断是否达到最大迭代次数，是则退出，否则转第(1)步。
43.其中，暂态稳定仿真的输入数据包括：在线安全稳定评估的输入数据；发电机、负荷、无功补偿候选措施空间；以及联络线或联络断面定义。
44.暂态稳定仿真的输出数据包括：预防性稳定控制措施；调整后的电网运行方式数据；联络线或联络断面的初始功率和极限功率；冲突故障控制信息；以及总控制代价。
45.进行电网网络供电运行分析。
46.1)配置电网网络结构。所述电网网络结构包括电网全接线方式，采用高峰运行模式和最大高峰运行模式。配置机组及负荷数据。所述机组及负荷数据包括当前电网机组和备用电网机组的发电数据，当前电网的高峰负荷、最大高峰负荷数据，备用电网的高峰负荷、最大高峰负荷数据。
47.2)进行分布式稳定计算分析。针对电网的网络、发电机数据和负荷数据做电网安全稳定分析，包括三个方面的稳定计算，即功角稳定、热稳定和电压稳定。对于功角稳定和热稳定，由电网运行人员采用电网控制断面来进行稳定计算分析，所述控制断面包括热稳定和暂态稳定，以所述热稳定和暂态稳定中的限额较大值作为所述稳定控制断面的潮流极限，以使得电网调度运行人员控制电网潮流分布；对于电压稳定，所述电压稳定与无功功率相关联，采用就近安装无功电源的方式来实现，包括就地安装并联电容器、静止补偿器svc等。
48.目前无论从电网规划来说，还是从电网实际调度运行来说，在电网网络结构中并没有将电压稳定作为决定性的因素进行考虑。在制定电网规划时，最重要的考虑暂态稳定和热稳定，因此由于电压稳定对电网结构和规划造成的影响不作详细阐述。
49.3)对于环网形式的输电网，判断热稳定限额或暂稳限额是否大于传输功率。稳定计算的限额既包括输电向受电区的限额，也包括环网之间或区域之间的输电断面传输功率。如果热稳定限额或暂稳限额不大于传输功率，则输出的稳定限额不满足传输功率的要求，此时转1)调整网络,否则进入4)。
50.4)判断电网是否输出受端电网和热稳定限额，如果输出了受端电网和热稳定限额，则转5)判断电网是否存在结构问题；如果输出的是暂态稳定限额或者是非受端电网，则此时电网已满足限额大于输电功率要求，结束分析。
51.5)在输出受端电网和热稳定限额时，判断传输功率限额是否大于用电负荷，若传输限额大于用电负荷，则结束分析；否则在受端通过电网控制措施进行配置控制，所述电网控制措施由基于故障进行暂态稳定仿真来确定，也可以直接采用默认的控制措施，所述默认的控制措施包括倒负荷、配置低一级电网的网络结构。若受端电网通过电网调节手段进行配置控制后，传输功率限额仍小于受端电网用电负荷时，则对电网进行网络优化重新调整网络，然后转1)。
52.所述电网网络的优化为现有技术，在此不再赘述。
53.故障模型预测控制运行实施，具体步骤如下。
54.(1判断模拟电网支路是否满足机会约束条件，在模拟电网支路满足机会约束时，进入(2，否则退出。
55.(2故障后t0时刻，检测到电压处于较低水平，mpc模型预测控制执行动作，令tk=t0,记录第一个采样时刻。
56.(3在（tk,tk 1）内进行时域仿真，计算tk 1时刻的轨迹灵敏度。判断是否处于第一个采样区间，若是，则根据轨迹灵敏度确定控制变量个数及地点。
57.(4判断采样区间是否超出控制时域，若否则求解简化的二次规划模型，得到tk时刻的估算控制量并施加到系统中，令k=k 1,进入下一个采样区间，返回步骤(3；若是则计算预测时域内其余采样时刻的轨迹灵敏度。
58.(5令tk=t0，回到整个预测时域的第一个采样时刻，在预测时域(tk,tk nts)内进行时域仿真，得到电网的系统轨迹。判断电网的系统电压是否达到要求水平，若是则停止模型预测控制；否则求解模型预测控制滚动优化的二次规划模型。
59.(6在tk时刻将mpc优化结果的第1个控制序列施加到系统中。令k=k l,t0=tk,即整个预测时域向前移动一个采样区间，返回步骤(2,进行下一次的滚动优化，直至所有采样区间遍历完成。
60.所述判断模拟电网支路是否满足机会约束条件，包括。
61.a1.给定允许的随机模拟次数nmax。
62.a2.置机会约束成立计数器n=0。
63.a3.获取出现新增电源的全部计算节点i，获取一个计算节点i,计算该计算节点i的支路功率p。
64.a4.当p《=pmax时，置n=n 1。其中，pmax为支路输电容量。否则取下一计算节点i，返回步骤a3。
65.a5.如果n/nmax》=a，a为线路功率约束的置信水平，则模拟满足机会约束，结束模拟；否则取下一个计算节点i，返回步骤a3，若此时全部计算节点i获取完毕，则模拟不满足机会约束，退出模拟。
66.其中，上述初始状态配置模块、在线启动模块、数据周期计算模块、代理管理模块和分布式运行处理模块通过对应的进程和线程实现模块功能，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。
67.本发明的一种电网智能化分布式计算及运行系统，通过数据网关、调度服务器、数据服务器和计算节点之间的配合完成电网分布式计算的启动计算和代理，并进行基于仿真和分析的计算节点运行管理，整体架构和实现呈现为松耦合、散关联的状态。解决了电力系统企业级的并行分布式大规模高性能计算需求。
68.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。