（电气工程专业论文）配电自动化unixwindows混合平台主站系统研究.pdf

山冻大学硕士学位论文 摘要 目前城市电网改造将给配网自动化技术与可靠性水平带来前所未有的发 展机遇，各级供电企业在未来的一段时间内要加速网架结构建设和配电自动化 系统建设，提高供电质量和供电可靠性，以满足现代化建设的供电需求。现在 国内有众多的配电自动化生产制造厂家，每个厂家所使用的技术又各自有所不 同。虽然现在国内进行配电自动化改造的各级供电企业较多，但总体来看，仍、 缺乏应有的规范和标准，国外一些典型案例又很难与我国配网实际需要相一 致，早期建设试点的单位又受到当时认识水平、计算机网络、通信技术及其 价格的制约。 就目前国内运行的配电自动化主站系统的运作模式来看，主要有三种：全 w i n d o w s 操作系统主站、u n i x + w i n d s 混合操作系统主站和全u n i x 操作系统7 主站，这三种类型的主站各有优缺点。就删i x + w i n d o w s 混合操作系统主站而 言，具有系统运行稳定性、可靠性好，数据分析处理迅速，网络独占率较低等 优点。 本文结合珠海斗门供电公司配电自动化系统的实施，经过总结技术资料、 代码编写、现场实施测试等环节，从系统的构架、功能实现、软件组成、数据 分析处理流程、系统难点解决等方面对i j n + w j 玎d o w 备混合操作系统的配电i 自动化主站系统进行详细说明和论述，并选取了系统中最有代表性的两个模 块：网络及任务管理模块和实时数据处理模块，从实现原理、主要技术应用、 操作流程、代码实现等方面对i 聃+ w n d o 哪混合操作系统的技术特点进行 展现。 本文所论述的i j n + w i n d o w s 混合操作系统的配电自动化主站系统已经 在斗门供电公司运行较长时间，从现场实际测试的结果和与其他系统运行对比 等方面也充分证明了i n 呵“w m d 删r s 混合操作系统的稳定、可靠、效率高等 特点，这也从另一方面证明了本文研究的底层技术实现原理是可行的，对其它 的类似平台的研发起到一定参考借鉴的作用。 关键词：i j n 悄l ，i n d o 孵，进程管理，进程通信，分布式系统，字节顺序 m 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：三筵么 日期： 扣1 只嘟 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：生这导师签名：旌日 期： 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 随着城市电力事业的发展，各行各业以及居民生活对供电可靠性、供电质量、 服务质量等要求的不断提高，电力企业市场化营运体制的推进以及供电企业自身 经济效益和现代化管理的需要，特别是城市电网建设改造资金渠道的逐步解决， 越来越多的供电企业开始进行配电自动化改造，以达到提高供电可靠性的主要目 的。 1 2 国内配电自动化系统开展情况 1 2 1 配电网自动化现状 目前国内已有8 7 9 9 6 的地( 市) 级以上的供电企业开展了不同程度的配电 系统自动化调查研究、可行性论证和工程试点。其中1 5 家已建成试点工程，占 4 5 5 ；另有1 4 家( 占4 2 4 ) 企业正在进行调查研究和可行性论证，有些省j 还组织制定了相关技术原则。与此同时，国内已有中国电科院科锐公司、烟台东 方电子公司、南京自动化研究院电网控制公司、山东积成电子公司、山东科华电 气公司等十多家科研开发企业和众多的制造厂家，开发研制了配电系统自动化的 集成技术、应用软件和一二次设备，这不仅为试点企业的供电可靠率、供电质量、 设备安全、劳动生产率、为用户服务、现代化管理水平的提高发挥了一定的作用， 还培养锻炼了人才，带动了配电自动化科技开发企业、设备制造厂家的科技进眵 和产品质量的提高，使得大家对配电系统自动化的认识逐步深入和接近实际。这 都为我国配电系统自动化的发展积累了经验、创造了条件。“涠 1 2 2 配电网自动化存在的问题 虽然我国配电系统自动化的试点单位较多，但试点工程涉及线路条数仅占试 点单位线路总数的3 左右，缺乏应有的规范和标准，国外一些典型案例又很难 与我国配网实际需要相一致，早期建设试点的单位又受到当时认识水平、计算 机网络、通信技术及其价格的制约，因而很成功的案例不多。其主要问题有： 1 功能单一，实用性差，造价昂贵。前几年引进国外的重合器、分断器或智能 负荷开关建设的就地控制模式的馈线自动化，仅能进行故障处理，且不能检 出中性点小电流接地电网的单相接地故障。鉴於我国绝大多数城市中，故障 山东大学硕士学位论文 停电时间占对用户的停电时间的比例很小，仅有2 5 左右，且大部分又为单 相接地故障，故其提高供电可靠率的作用很小，引进的自动重合器、分断 器或负荷开关价格昂贵，投入很大，收效甚微。 2 缺乏统筹规划，“孤岛”林立，资源不能共用，信息不能共享。 3 对适应国情的基本功能模式认识不一致，标准不统一，软硬件不兼容，城网 结构和设备不适应。扫- “5 1 1 2 3 配电网自动化的基本功能模式 1 就地控制的馈线自动化( f a ) 。有3 种基本组网方式，一是重合器方式，也 称电流时间配合方式；二是重合器( 或有多次重合功能的变电站出线断路器) 加分段器( 或智能负荷开关) 方式，也称电压时间配合方式；三是混合方式。 其故障的检出、隔离和对非故障段自动恢复供电的方法，是靠由故障开始到 故障处理过程中，电流、电压、时间和开关分合等一系列逻辑配合实现的。 其功能是缩小故障停电范围和时间，提高供电可靠率。 2 具有通信集中监控的配电自动化( d a 或d a s 。这种模式是要在配电架空线 路的分段、联络处安装负荷开关或在电缆线路的开闭所、配电室环入环出点 上装设环网开关( 或断路器) ，同时在这些负荷、环网开关现场装设监控终 端( f t u 、r t u ) ，通过通信设备与配网监控中心( 即配调中心) 的计算机系 统相连接，当线路发生故障时由现场监控终端采集故障信息并将其送到监控 中心，由监控中心的计算机系统分析判断出故障段，然后发出一系列的分合 闸指令来实现故障处理功能。同时利用这个通信系统和监控中心，实施对整 个配电网各节点、设备和中压用户的s c a d a 四遥功能。 3 实时的配电自动化( d a 或d a s ) 与配电管理系统( d m s ) 相结合的配电系统 自动化模式d a d 瞒。利用集中控制模式中已经建立起来的通信网络，借助地 理信息( g i s ) 技术和计算机网络技术将实时系统的d a 与d m s 以及其他多种 系统进行集成，这些系统包括a m 刚一g i s 、用户信息、负荷管理( 控制 、 远方抄表计量、用户投诉、配电变压器监测系统等等，其功能又将大大延伸， 对整个配电、用电营业系统实施在线和离线的智能化监控与管理。叭“” 1 2 4 配电网自动化主站基本模式 1 全w i n i l o 邺主站系统：即服务器、工作站等计算机全部采用晰n d o w s 操作 2 山东大学硕士学位论文 系统。w i n d o w s 操作系统的稳定性不如ii n 操作系统，并且w i l l d o w s 操作 系统的投资比i i n 系统要大。尤其在采集配电网上的实时数据( 即遥测和 遥信) ，并对其进行分析，优化配网运行方式：配网发生故障或异常运行时， 迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离故障区段，缩短对用户的停电时间， 减少停电面积；根据配网电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量； 合理控制用电负荷，提高设备利用率；自动抄表计费，保证抄表计费的及时一 和准确，提高企业的经济效益和工作效率，并为用户提供自动化的用电信息 服务等方面上，全w i n d o w s 操作系统的主站效率较低。 2 全u n d 【主站系统：即服务器、工作站等计算机全部采用u n 操作系统。 这种主站模式在稳定性及运行效率上都要优于全、7 l r m d0 1 r s 操作系统的主站， 模式，但是由于工作站等计算机也采用了u 呱操作系统，而一般工作人员 对u q 系统的熟悉程度明显不如w i n d o w s 系统，对人员要求较高，培训难， 推广不易，特别是在配电系统、用电系统等涉及部门、工作较多时较难实用 化，给日常操作带来极大的不便。 3 i 】n + 晰d d o w s 主站系统：即服务器采用i ，n 】操作系统，工作站等操作员 计算机采用w m o w s 操作系统。这种混合主站模式，既解决了、) 1 7 j n d o 懈系 统服务器运行效率低、稳定性差的问题，又兼顾了工作人员日常使用的灵活 性。这种混合模式的主站系统是当前比较常用的运行模式。 1 3 本文所用的开发工具和所做的工作 1 3 1 本文所用的开发工具 s u ns t u d i o1 1 软件是s u n 最新和最好的针对c ，c + + 和f o r t r a n 应用程序的 开发工具套装。它为公司程序员和i s v 们提供针对基于s u n 平台的企业应用程序 的开发、调试、调整和配置方面的综合集成的工具套装。在最新发布的版本中， s u ns t u d i ol l 将其世界级的开发环境延伸到了a 如6 4 架构，并为s o l a r i s1 1 操作系统提供了可靠的、可扩展的且高性能的应用。 此外，s u ns t u d i ol l 软件提供了通用的调试工具，能以可视的方式调试单 线程或多线程的c ，c + + 和f o r t r a n 代码。它能处理j a v a 和本地代码的混合代码 s u ns t u d i o1 l 软件也为l i n u x 操作系统提供了一个集成的开发环境( i d e ) ，性 能分析工具和直观的调试程序。本讲将以s u ns t u d i o 产品的精彩亮点和s u n 3 山东大学硕士学位论文 第二章混合平台系统介绍 2 1 网络结构 2 1 1 硬件结构 1 9 、1 0 】 2 1 2 软件结构 图2 1 系统网络结构图 山东大学硕士学位论文 2 2 各模块功能介绍 图2 - 2 系统软件结构图 2 2 1 网络及任务管理模块 网络及任务管理模块作为整个系统的组织、协调、控制模块，具有极其重要 的位置。其主要完成各模块的启动、停止、通信控制：双网自动切换控制；服务 器节点管理( 自动切换控制、同步控制等) 、客户端节点管理；图形文件存储控 制( d a s e l e r ) 等多种控制功能。 2 2 1 1 网络节点管理 2 2 1 1 1 新节点投入 在每个节点的网络任务管理模块启动以后，将本节点信息广播到网络中，网 络中的服务器收到广播后，与新节点建立通讯，新节点收到服务器的确认消息， 新节点启动成功。 6 山东大学硕士学位论文 2 2 1 1 2 节点通讯监视 对于所有类型节点： 每3 0 秒发一次广播，将本机节点信息广播到网络中。网络中其他节点将该 节点信息记录到计算机链表中 对于服务器节点： 每隔1 5 秒进行一次网络节点通讯检查，进行如下操作： 删除停运或故障超过一小时的节点，并向整个网络发广播 检查网络节点通讯是否正常，通过与网络中其他节点建立命名管道， 如果管道建立失败，发出故障广播，将该节点故障信息发到整个网络中 当发现故障节点( 除前置机类型节点) 后，实现同类节点的主各切 换 方法：寻找故障节点的同类节点，若该节点处于正常运行状态并且是最 早启动的，将该节点设为值班状态，将该节点信息发到网络中。 2 2 1 1 3 节点校时功能 除前置机外，其他类型的节点，每隔8 分钟与前置机进行一次校时，保证整 个网络中所有节点时间一致。 2 2 1 2 节点任务管理 2 2 1 2 1 任务启动 块。 网络任务管理模块启动成功后，自动启动用户设定的需开机运行的任务模 2 2 1 2 2 任务监视 网络任务管理模块定时监视本节点机上配置的所有任务模块当任务模块退 出后，该模块可根据安装时用户设定作相应处理，如重启任务模块，重新引导系 统或不处理，保证节点机正常工作 7 山东大学硕士学位论文 2 。2 。1 2 3 节点任务操作 通过网络任务管理模块可以手工启动或停止本机或其他节点机的任务模块。 选择网络任务管理页面，在网络节点窗口左键选中要操作的节点名称，在节点任 务管理窗口左键选中节点安装的任务模块名称，点击右键菜单，选择启动或停止 项，可以启动，停止任务模块。 2 2 1 2 4 本机任务属性 可以查看本机安装的任务模块的属性，并进行修改。选择设置修改页面，选 择本地设置窗口，选择任务设定项。在任务列表窗口，左键选中要查看的任务模 块，双击左键，弹出任务属性页，可对任务启动方式，故障停运处理进行修改。 点击常规页面的模块性能按钮，可以查看当前任务模块当前的运行性能，如c p u ， 内存使用等信息。 2 2 1 3 报警日志 2 2 1 3 1 网络节点报警日志 记录网络节点的投入，退出等信息，并记录到文件。选择报警查询页面，在 树窗口选择网络节点运行日志，在网络节点日志窗口，可以查看网络节点的报警 记录。 2 2 1 3 2 任务运行日志 记录本节点各个任务模块的投入退出，以及历史库接口模块发出的数据库操 作报警等信息，并保存到文件中。选择报警查询页面，在树窗口选择任务运行日 志，在本地任务日志窗口，可以查看本节点的任务报警记录。 8 山东大学硕士学位论文 2 2 1 4 其他功能 2 2 1 4 1 任务同步 网络任务管理模块在退出时，会将本机安装的所有任务同时关闭，并向网络 中发出节点退出广播，通知网络中的其他节点机。 2 2 1 4 22 4 小时信息监视 网络任务管理模块记录本节点2 4 小时内收到，发出的网络及任务管理广播和 命令。选择2 4 小时信息页面，可以查看到2 4 小时内收到发出的广播及命令。 2 2 2 图形数据管理模块 图形数据管理模块运行在指定的图形数据服务器上，负责管理所有节点的图 形数据，实现文件对比、上传、下载等操作，维护所有节点图形数据的一致。 2 2 2 1 文件上传 在客户端编辑新的图形后，上传至图形服务器时，该模块负责对比本机文件 与上传的文件，并以二进制数据流的方式接收新文件，并保存在本机。 2 2 2 2 文件下载 在客户端打开图形时，首先与图形服务器通讯，获取最新的图形文件信息， 对比本机与服务器上的文件，并选择下载最新的图形文件，文件以二进制数据流 的方式传送至客户端，并保存成图形文件 2 2 3 实时数据数据处理模块 2 2 3 1 实时数据同步 2 2 3 1 1 实时在线更新内存库 功能描述：实时数据模块的数据更新分为完整在线更新和部分在线更新 在线是指在实时数据模块不停运的状态下，更新实时数据模块的内存库，这 9 山东大学硕士学位论文 样既可以保证内存库数据得到及时更新，同时不影响系统的正常运行 在更新过程中，数据库制定属性信息的版本号，实时数据模块通过比较版 本号，决定是进行部分更新或完全更新，从而保证了实时内存中的信息与数 据库的一致及完整性。 部分更新，只更新增量数据，缩短了实时数据模块的更新时间 2 2 3 1 2 实时数据恢复 功能描述：实时数据模块启动时，保证新加入的节点与网络中其他节点的实 时数据相同 对于主服务器 网络中有其他节点实时数据模块正常运行，则从其他节点机中读取 实时数据 网络中没有其他节点实时数据模块正常运行，从本节点硬盘上读取 备份数据 其他类型节点启动 从主服务器上读取实时数据 2 2 3 1 3 实时数据备份 功能描述：实时数据模块的服务器节点每5 分钟将实时信息中所有的设备， 以及模拟量，状态量，电度量的实时数据写入文件中，存放于本地指定目录 下 2 2 3 2 数据处理 对实时接收到的状态量进行变位分析处理，对模拟量进行工程转换及越限判 断，对电度量进行实时转换，并根据用户提供的表达式和已有数据计算指定数据， 定时将当前实时数据发送至历史数据存储接口，对事故前后的测点的实时数据进 行保存。 l o 山东大学硕士学位论文 2 2 3 3 电网实时状态分析 2 2 3 3 1 网络拓扑分析 功能描述：定时启动或在有开关状态改变时启动，根据网络中各个设备的拓 扑连接关系，分析出网络中各种动态设备的带电状态 2 2 3 3 2 隔离恢复算法 功能描述：实时数据模块可根据设备问的连接关系及f 1 u 上发的过流信息， 判断出故障位置，并计算出隔离故障点需要断开的开关以及恢复供电需要闭 合的开关，提供给现场操作员。 2 2 3 3 3 实时数据闭铣 功能描述：实时数据模块对于处于闭锁态的测点数据或者r t u ，不再进行实 时刷新，让该测点或者r t u 保持当前的状态。对于闭锁的模拟量，状态量 及电度量，不再接收前置机发来的数据，不再进行老数据检查，越限检查等 数据处理。对于处于闭锁态r i u ，则认为该u 上发的所有测点处于闭锁+ 态。 2 2 3 3 4 母线单相接地故障检测 功能描述：当母线的单相电压低于工程值底限的1 0 时，判断出母线发生单 相接地故障 2 2 3 3 5 线路三相负荷不平衡 每3 0 s 启动。察看线路任两相电流之差如果超过3 0 i n ，则判定该线路出现 三相负荷不平衡故障 2 2 4 历史数据读写模块 山东大学硕士学位论文 2 2 4 。l 实时数据写库 历史库接收来自实时库的实时数据，存入历史数据库，数据类型有： 模拟量，电度量5 分钟数据 停电统计 模拟量统计 s o e 项 报警信息 事项信息 异常信息 状变信息 故障信息 操作信息 2 2 4 2 故障隔离恢复操作写库 将实时库故障隔离算法的结果存入历史数据库，保存的信息包括： 事故时间，事故跳站内开关 故障位置 隔离开关 恢复方案 隔离恢复后的停电区域 2 2 4 3 定时年、季、月统计 中。 历史库模块每年、季、月会对当前数据进行一次统计，统计结果同样存入库 2 2 4 4 定时删除数据 为节约空间，历史数据库中只保存1 2 个月的数据。在每月1 号删除数据库 中模拟量表和电度量表1 2 个月以前的数据。 山东大学硕士学位论文 2 2 6 3 2 事项一览 从历史库查询事项的历史记录。 2 2 3 可靠性分析 列出各个设备的停电时间及停电次数。 2 2 6 3 4 事故反演 利用实时库模块在故障发生时保存的实时数据( 故障线路遥信遥测数据) ， 在地理图上重现事故前后系统的运行状态。 2 2 7 实时报警模块 记录当前2 4 小时内的报警信息，并对网络中新产生的报警进行实时显示。 根据用户的设定，当新增加一条报警时，如果选择了声音报警，则在报警框增加 一条报警的同时，有语音报警。对于重要的报警信息，单独列出，并由用户确认， 并可以将当前2 4 小时内的报警信息发送到打印机，进行打印。 2 2 8 配电网高级应用模块 2 2 8 1 电网运行状态估计 对由远动来的数据进行修正，减少r ：r u 采集时和通道传输时产生的误码， 并剔除错误信息，补齐由于各种原因采集不到的数据，从而准确估计出系统的运 行状态，为其他应用软件提供正确的实时数据。【1 9 2 习 2 2 8 2 电网潮流分析 根据状态估计的结果分析实时状态下的电力系统运行工况，是网络分析的基 础，配电网的网络重构、故障处理、无功优化和状态估计等都需要配网潮流的计 算结果。 1 4 山东大学硕士学位论文 2 2 8 3 短路电流计算 计算实时或研究方式下各种假想事故的短路电流，用户可在动态电力网络图 上任意选择短路点( 线路或结点) 和短路类型，计算结果显示在动态电力网络图 上。 2 2 8 4 电压无功优化 通过调整相机无功出力，各个电容器组、电抗器组的投切，变压器分接头的 位置，满足配电网各个结点的电压要求，保证配电网网损达到最小。电压，无功 优化及网络重构不仅可以用来进行经济调度，而且可以用来进行无功设备的配 置，保证无功设置的规划更加合理。【2 6 】 2 2 8 5 网络重构 配电网中大部分开关为分段开关，正常处于闭合状态；另有少量开关为联络 开关，平时处于开断状态。为了保证供电的可靠性与经济性，一段线路上的负荷 可以通过开关的切换转移到不同的电源供电。负荷转移过程称为配电网络重构。 配电网络重构可分为两种过程：一种是对正常运行的辐射型配电网的负荷进行供 电调整，在保证供电安全性可靠性的前提下，针对负荷的不断变动，从网络运行 经济性出发，通过线路开关切换，改变负荷的供电电源，减少网损，达到优化运 行的目的；第二种是线路故障后的网络重构，主要考虑恢复用户供电，兼顾网损。 1 2 0 ，2 刀 2 2 8 6 负荷预测 负荷预测是利用历史负荷数据预测未来时段的负荷。负荷预测功能一般针对 全网或者某个区域的总负荷进行。【2 胡 山东大学硕士学位论文 网络及任务管理模块要对网络运行监控进程、控制台进程和图形文件服务进 程进行管理。另外考虑到服务器运行在s o l a r i s 系统上，文件系统权限极其严格， 因此系统必须保证各路径可以正常访问，拥有相关权限。所有进程应当拥有 $ 蹦r 0 0 r r 下的读、写权限。瞄矧 3 1 2 1 网络运行监控进程 该进程负责维护双网的正常运行，当一台机器的一个网卡出现问题的时候， 自动切换至另外一个网络进行数据交互。该功能是通过心跳机制实现的。 3 1 2 1 1 心跳线程及机制说明 图3 2 心跳线程流程图 网络中所有服务器配置双网卡，每个网卡所属网络分别为：1 9 2 1 6 8 o x l o o o x ，即每个网卡配置属于不同网络，故每个服务器具备3 个属性：名称、 a 地址、b 地址。在配置服务器网络时，建立服务器配置文件。 每台服务器启动时，首先读取服务器配置文件，得到其他服务器地址，在内 1 7 山东大学硕士学位论文 心跳不需要再次回送本机心跳。每个运行心跳要标明主服务器名字 图3 - 3 服务器心跳处理流程图 3 1 2 1 2 刖b 网络心跳监控机制 每个服务器建立一个心跳时间循环进程，每个心跳间隔内，按照服务器心跳 表，依次对不是o i 羽m 呃的每个服务器的a 仍网卡发送心跳数据包，各服务器 按照自己的时间进行发送。 每个服务器不断监听心跳端口( h e a r t i 躲o bp o r t ) ，每收到一个心跳 包，将发送该包的服务器、网卡标记为：o n l 矾e 对于标记为嗣删e 的口地址，不再发送数据包，直到该服务器上线或网 络畅通后，收到该疋的心跳包时，设置为0 n i 矾e 后才进入正常循环。 各服务器的初始口心跳表根据配置文件读取建立，一旦建立完成后，各服 务器自己维护自己的心跳表。 3 1 2 1 3 双网自动切换机制 a b 双网正常情况下同时运行。每台计算机向其它计算机发送在线心跳时a b 两个口地址都发送，接收计算机处理时分别处理a b 的状态规定时间内收到 1 9 山东大学硕士学位论文 心跳包认为该p 在线。 默认情况下当一个计算机x 给另一个计算机y 发送数据包时，首先检查y 计 算机的a 网是否在线，在线则发送到y 的a 地址。当a 状态未定或离线时，采 用b 通讯，一旦a 恢复正常继续采用a 通讯。当y 计算机a b 都离线时，系统 认为y 计算机宕机。当某计算机的心跳表记录所有计算机宕机时，说明整个网络 彻底瘫痰( 对本机，对其它计算机可能是此计算机2 个网卡损坏) 。 3 1 2 1 4 服务器切换机制 服务器开机后，首先搜集网络状态，即向配置好的所有m 地址发送开机心 跳，根据收到的运行心跳来确定其它服务器的状态。如果在规定时间内没有收到 任何回应，则说明本机为唯一计算机( 或者网络彻底断开) ，若为主服务器自动 降低为普通服务器。( 如果只有一台服务器运行，和其它服务器自然都无法连接， 并且自身是数据库服务器则此时此服务器应当自动成为主服务器接收前置机数 据并写库，在一定时间内若无法收到前置机数据，说明网络瘫痪，服务器自动取 消主服务器状态) 若服务器开机后收到回应，根据回应来设置主服务器，同步服务器表，开始 正常工作。 在服务器正常运行中，若出现主服务器o f f u n e 的情况，则根据服务器表 ( 在线时间最长 推举主服务器，等待接收主服务器上任通知( 等待时间至少为 3 个心跳周期以上) 。若在规定时间内为收到通知，继续下一个推举。若检查发 现自己应当为主服务器，则广播上任通知包，升级自身为主服务器。依次类推。 在特殊情况下，可能有多台服务器升级为主服务器，即服务器( 包括主服务 器自身) 如果依次收到多个主服务器上任通知，则按以下规则处理： 当前的主服务器在线时间 新收到的通知，则不予理睬 当前的主服务器在线时间 信号s i g n a l ：用来通知异步事件的发生，信号大部分是预先定义好的， 但也可由应用程序自己来定义。信号可以由内核产生，也可由系统中的， 其它的进程产生。 管道- p i p e ：管道提供简单的流控制机制，写进程向管道中写入数据，读 进程从管道中读出数据，对管道的加操作和对文件的操作非常相 似，通过m a d ，w r i t e 来操作。 共享内存曲m ：共享内存机制提供了进程共享数据的最快的方法，共享 内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存，进程可以把这些区域映 射到它们地址空间中的任一个合适的虚拟地址范围，这些地址范围对每； 个进程来说可以是不同的，进程向共享内存区域写入数据，那么共享这 个区域的其它所有进程可以立即看见共享区域的新内容，共享内存提供： 了一种快速灵活的机制，不用拷贝的方法或系统调用就可以共享大量的 数据，不过，使用共享内存的进程必须使用同步协议来进行操作，如互 斥。 消息队列- m s 鲷：消息队列允许一定数量不同长度的消息进行排列，任何 进程能够发送消息给消息队列，任何进程也可以从消息队列接收消息， 消息队列实际上就是消息链表的头指针。 信号量s 锄a p h o ：信号量是解决互斥和同步协调进程最好方法。主要 山东大学硕士学位论文 该模块运行在网络中的所有节点计算机上，负责从前置机接收实时数据，进 行数据处理，为人机界面程序提供数据刷新，并根据数据进行电网实时分析。每 台工作站上的实时数据处理模块完全一致，在数据处理时，多台工作站可同时运 行，进行数据处理、电网分析，分担系统压力 该模块在所有机器上各有一套实时数据库，每台机器上的实时数据库是完全 一致的，在正常运行情况下，每台机器从本机即可获取最新数据；在异常情况下， 可通过网络，在其他机器上获取实时数据。 3 2 1 技术应用 3 2 1 1 分布式系统 分布式软件系统i s t r i b u t e ds o 觚忸s y s t e m s ) 是支持分布式处理的软件系 统，是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统。它是一种计算 机硬件的配置方式和相应的功能配置方式。它是一种多处理器的计算机系统，各 处理器通过互连网络构成统一的系统。系统采用分布式计算结构，即把原来系统 内中央处理器处理的任务分散给相应的处理器，实现不同功能的各个处理器相互 协调，共享系统的外设与软件。这样就加快了系统的处理速度，简化了主机的逻 辑结构。它包括分布式操作系统、分布式程序设计语言及其编译( 解释) 系统、分 布式文件系统和分布式数据库系统等。p 2 l m a c h i n m a c h l r bm a c h l n c ll i 。矾n h j t da p 纠- c m - 。n s m i d d i w a r 置r v i c l 。c - - 。6i l l o 一。s i il 。c _ 。s iil 图3 - 6 分布式系统网络图 分布式操作系统负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行它和 集中式操作系统的区别在于资源管理、进程通信和系统结构等方面。 山东大学硕士学位论文 分布式程序设计语言用于编写运行于分布式计算机系统上的分布式程序。一 个分布式程序由若干个可以独立执行的程序模块组成，它们分布于一个分布式处 理系统的多台计算机上被同时执行。它与集中式的程序设计语言相比有三个特 点：分布性、通信性和稳健性。 分布式文件系统具有执行远程文件存取的能力，并以透明方式对分布在网络 上的文件进行管理和存取。 分布式数据库系统由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成，它 提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视 为一个完整的数据库，而实际上它是分布在地理分散的各个结点上，当然，分布在 各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的。1 3 3 l3 2 1 2 分布式数据库 分布式数据库系统有两种：一种是物理上分布的，但逻辑上却是集中的。这 种分布式数据库只适宜用途比较单一的、不大的单位或部门。另一种分布式数据 组成联邦的各个子数据库系统是相对“自治”的，这种系统可以容纳多种不同用途 的、差异较大的数据库，比较适宜于大范围内数据库的集成。 分布式数据库系统p d b s ) 包含分布式数据库管理系统d b m s ) 和分布式数 据库pdb)。在分布式数据库系统中，一个应用程序可以对数据库进行透明操作， 数据库中的数据分别在不同的局部数据库中存储、由不同的dbms进行管理、 在不同的机器上运行、由不同的操作系统支持、被不同的通信网络连接在一起。 一个分布式数据库在逻辑上是一个统一的整体，在物理上则是分别存储在不 数据库。它的分布性表现在数据库中的数据不是存储在同一场地。更确切地讲， 不存储在同一计算机的存储设备上。这就是与集中式数据库的区别。从用户的 角度看，一个分布式数据库系统在逻辑上和集中式数据库系统一样，用户可以在 任何一个场地执行全局应用。就好像那些数据是存储在同一台计算机上，有单个 数据库管理系统bms)管理一样，用户并没有什么感觉不一样。 分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展起来的，是计算机技 山东大学硕士学位论文 同时，系统又设有集中控制机制，协调各局部d b m s 的工作，执行全局应用。 当然，不同的系统集中和自治的程度不尽相同，有些系统高度自治，连全局应用 事务的协调也由局部d b m s 、局部d b a 共同承担而不要集中控制，不设全局 d b a ；有些系统则集中控制程度较高，场地自治功能较弱。 3 、支持全局数据库的一致性和和可恢复性。分布式数据库中各局部数据库 应满足集中式数据库的一致性、可串行性和可恢复性。除此以外还应保证数据库 的全局一致性、并行操作的可串行性和系统的全局可恢复性。这是因为全局应用 要涉及两个以上结点的数据，因此在分布式数据库系统中一个业务可能由不同场 地上的多个操作组成，例如，银行转帐业务包括两个结点上的更新操作。这样， 当其中某一个结点出现故障操作失败后如何使全局业务滚回呢? 如何使另一个 结点撤销已执行的操作( 若操作已完成或完成一部分) 或者不必再执行业务的其 它操作( 若操作尚没执行) ? 这些技术要比集中式数据库复杂和困难得多，分布式 数据库系统必须解决这些问题。 4 、复制透明性。用户不用关心数据库在网络中各个节点的复制情况，被复 制的数据的更新都由系统自动完成。在分布式数据库系统中，可以把一个场地的 数据复制到其他场地存放，应用程序可以使用复制到本地的数据在本地完成分布 式操作，避免通过网络传输数据，提高了系统的运行和查询效率。但是对于复制 数据的更新操作，就要涉及到对所有复制数据的更新。 5 、易于扩展性。在大多数网络环境中，单个数据库服务器最终会不满足使 用。如果服务器软件支持透明的水平扩展，那么就可以增加多个服务器来进一步 分布数据和分担处理任务。 3 2 1 2 2 分布式数据库的优点 具有灵活的体系结构。 适应分布式的管理和控制机构。 经济性能优越。 系统的可靠性高、可用性好。 局部应用的响应速度快。 可扩展性好，易于集成现有系统。 山东大学硕士学位论文 当一个单位规模扩大要增加新的部门( 如银行系统增加新的分行，工厂增加 新的科室、车间) 时，分布式数据库系统的结构为扩展系统的处理能力提供了较 好的途径：在分布式数据库系统中增加一个新的结点。这样做比在集中式系统中 扩大系统规模要方便、灵活、经济得多。【3 5 】 3 2 1 3 与其他系统对比 表3 - 6 多种系统对比表 系统分 瑛多处理器集群网络分布式 对比项 硬件不独立独立独立独立 软件单一系统单一系统多个站点单一系统 突出同一所有者，相站点连通性，网络一致、统一的使用 计算性能 特征对集中协议方式 表3 7 多种分布模式对比表 分布式o s 网络o s基于中间件的o s 多处理器多计算机 透明度非常高高低高 所有节点的o s 相同 y b sy b sn on o o s 的拷贝数 lnnn 通信基础共享存储器消息文件取决于模型 全局集中管全局分布管 资源管理各节点管理各节点管理 理理 可扩展性 n o部分y b s各系统不同 开放性封闭c l o s c d c l o d 开放o p 0 p 山东大学硕士学位论文 3 2 1 4 分布式系统扩展技术 隐藏通信等待时间：尽量避免等待远程服务对请求的等待。 复制技术( r e p c a t i ) ：对服务和或数据进行复制，并将拷贝( r 印1 i c 舔) 分布到系统各处。 优点：隐藏通信等待时间；增加可用性：负载平衡。 缺点：多份拷贝的一致性( c s i s t e 眦y ) ；拷贝的安全性( 机密性、访问控 制等) 。 夺缓存( c a c h i n g ) ：与复制类似。 复制：是否复制由资源所有者决定。 缓存：是否缓存由客户和业务软件确定。 3 2 2 实时库恢复、复制 当实时数据模块启动的时候，首先会根据网络连接情况查找整个网络，找到 当前网络中的主服务器。如果本机是主服务器，那么会查找网络中的其他机器， 如果网络中找不到其他机器，系统会从本机的硬盘中恢复实时数据，但数据可能 是旧数据；如果本机是普通工作站，那么会从主服务器获取实时数据，复制到本 机，如果主服务器故障，则会从备用服务器或者其他节点计算机获取实时数据。 在正常运行情况下，实时数据处理模块会每隔5 分钟备份一次实时数据，备份文 件保存在本机。 山东大学硕士学位论文 3 2 2 1 流程图 3 2 2 2 代码实现 图3 - 7 实时库恢复流程图 见附录1 - 6 。 3 2 3 在线实时更新 当设备数据或遥测、遥信点信息发生变化时，应及时地将数据反应到实时数 据处理模块中，以便正确地显示数据。因此需要实时数据处理模块能够进行基础 信息的在线更新。为了保证系统正常运行，对现有的商用实时库做一个副本，图 形绘制程序操作主的，实时数据模块使用副本，并由图形绘制程序完成副本内容 的更新 数据更新时，由图形绘制程序发起，首先对数据库加锁，完成副本数据库的 更新，对数据库解锁后，通知所有节点计算机，开始更新实时库信息。每台计算 机更新时都需要对数据库进行加锁，以防止其他机器操作数据库导致异常，在更 山东大学硕士学位论文 3 3 1 - l 字节顺序 字节顺序指的主要是整型变量在内存中的存储方式。在计算机中，数据都是 以二进制方式存储的，包括在内存和硬盘中。而计算机又以8 位二进制作为一个 存储单元。在3 2 位系统中，一个整型的存储需要四个存储单元。也就是说要把 一个3 2 位的整数分割成为四段分别进行存储，而每一段的存储位置就是字节顺 序的差异。为了清楚的表示每段存储的先后位置，我们用1 6 进制来表示一段的 值，下表列出了在u n i x 系统和w i n d 钾s 系统中整数2 0 0 0 0 在内存中的情况。 表3 _ 8 数据内存表 十六进制表示 o x 0 0 0 0 4 e 2 0 w i n d o w s 内存表示 2 04 e0 0 0 0 u n i x 内存表示 0 0o o4 e2 0 如表中所示，w i n d o w s 中存储方式和该整数的1 6 进制表示是相反，是一种 低位在前高位在后的存储顺序。而u n i x 下的存储顺序和正常的1 6 进制表示的顺 序相同，称为高位在前低位在后的顺序。这种差异带来的问题，主要体现在以下 几个方面： 网络通信时 当w i n d o w s 和u n i x 之间发生网络数据传输，传输一个整型数据( 如一个数 据包的长度) 的时候，如果不经处理直接把内存中的数据传输过去，那么在对方 看来完全是另一个数据，这样就会造成问题。如w i n d 吖s 下面发送过去一个2 0 0 0 0 ( 0 x o o 0 0 4 e 2 0 ) ，在u n i x 下面收到的数据就会被理解成5 4 1 9 8 2 7 2 0 ( o x 2 0 4 e o o o o ) ， 这简直是天壤之别。 文件存储和读取时 跟网络传输类似，如果在w i n d o w s 下面把某个整数写到了文件中，然后在u n i x 下面打开这个文件读取该数据，就会出现跟上面类似的问题。 这个问题主要体现在不同平台之间互操作时，在多平台开发过程中，尤其是 在网络应用开发的时候，两个平台