变电站自动化监控主站的系统资源平衡

摘要　为保证变电站自动化系统监控主站的可靠性，文章提出以其最重要的资源——中央处理器的负载水平作为衡量其可靠性的指标之一，并在对其任务进行详细分析的基础上，估算出变电站正常运行时监控主站的资源平衡水平。最后，针对采用Windows NT所提供的基于线程的多任务机制实现的监控主站，依据资源平衡的原则对其进行了实验室测试，并对所发现的不足作了改进。
关键词　变电站自动化　监控主站　资源平衡
1　引言
　　在变电站自动化系统中，监控主站充当站内的保护、测量、控制及通信装置与变电站运行人员之间的接口，它能正确及时地转换与传输变电站的运行状态信息以及运行人员的控制命令是整个系统正常运转的前提，地位十分重要。因此，可靠性是监控主站的首要指标。衡量一个系统的可靠性的最常用标准是该系统的平均失效等待时间（mean time to failure）和平均失效间隔时间（mean time between failures）等。但这些指标的获取均依赖于目标系统的长时间运行，使用起来不太方便。而且，这些指标也不能全面描述监控主站这类实时性要求很高、资源需求较为密集的应用。
　　目前，一般采用PC机、基于Windows 95或者NT来实现监控主站。这样，PC机及其操作系统的资源占用水平就会对监控主站的可靠性产生很大的影响。因此，可以采用在监控主站正常运行时所占用的系统资源的数量，即监控主站的资源平衡水平，作为衡量监控主站可靠性的一个指标。这里所说的系统资源主要是指监控主站运行所需要的CPU（中央处理器）的时间及占用的内存等。其中，CPU时间是最关键的资源，因此，本文将其作为衡量监控主站资源平衡水平的最重要指标。
　　确定监控主站的资源平衡水平时，一般要考虑以下三个问题：第一，考虑到包括操作系统在内的整个监控主站的稳定性，监控主站不允许长期满负荷运行。换句话说，监控主站正常运行时，必须保有一定额度的备用资源。根据以往的运行经验，在变电站正常运行时，这个额度不应低于50%；变电站发生故障时，不应低于20%。第二，监控主站要能对变电站的各种运行状态应付裕如，不仅能够在变电站正常运行时，可靠、实时地完成站内各装置与运行人员之间的信息转换和传输，更重要的是，能够在变电站发生故障时，将故障信息可靠、实时地反映给运行人员以及执行运行人员的控制命令。在变电站正常运行时，站内各装置定时上送遥测、遥信等报文，数量较少，处理过程也比较简单，监控主站的负载不高；但当变电站发生故障时，有可能会引起多个保护与测量装置同时上送报文，这些故障报文的处理过程远较遥测及遥信报文复杂，从而使监控主站的负载比变电站正常运行时增加很多。这种较大的负载差距就要求在变电站正常运行时，所占用的系统资源不能太多，必须保有一定的备用供监控主站应付变电站内的故障。而且，即使在变电站发生故障时，监控主站也不能占用全部CPU资源，需要保有一定的稳定裕度。第三，监控主站还要为操作系统的管理任务留有一定的备用。因为Windows 95和NT的日常管理任务，如日志记录等，需要占用一些系统资源，特别是NT，其安全性较高，但管理任务也较多，需要占用的系统资源也多。
　　 以往的变电站自动化系统，其监控主站大多采用问答式规约、通过RS-232串口与站内装置通信。由于串行通信速度较慢，所以监控主站的负载较低，资源平衡对可靠性的影响还不显著。随着用户对自动化系统的性能提出日趋严格的要求，使得变电站的站内通信量日益增大，特别是在变电站发生故障时，有可能会引起多个保护与测量装置同时上送报文，可使通信量达到14　000B/s以上。这样，速度较慢的串行通信就远不能适应这么大的通信需求，就需要采用多任务的并行处理方式来完成数据处理。由于监控主站的多个任务争用系统的资源很容易造成资源的紧张，必须注意监控主站各个任务之间的资源平衡，才能保证系统的可靠性。特别是对于电压等级较高、规模较大的变电站更是如此。

{:soso_e183:}