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[摘 要]随着电力系统新技术不断应用和发展，结合南方电网一体化电网智能运行系统OS2建设要求，智能远动机在500 kV变电站得到应用和普及，本文通过某500 kV变电站加装智能远动机安装调试、检测为实列，重点对智能远动机业务功能及性能进行测试分析，提出一种降低智能远动机CPU负荷率的方法，该方法有效降低了智能远动机CPU负荷率，保证了智能远动机运行的稳定性和可靠性及各业务系统安全、稳定、可靠的数据传输。
[关键词]智能远动机;降低;CPU负荷率;数据传输
[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–00–02
[Abstract]With the continuous application of new technology and development of electric power systems， combined with the southern power grid integration grid intelligent running OS2 system construction requirements， intelligent far motivation has been applied in 500 kV substation and popularization， based on the 500 kV substation intelligent inkstone mountain far motivation installation and debugging， testing for solid column， the key business functions and motivations of intelligent well performance test and analysis， put forward a method of lower intelligence far motivation CPU load rate， the method effectively reduces the intelligent far motivation CPU load rate， guarantee the stability and reliability of the intelligent far motivation operation and various business system safe， stable and reliable data transmission.
[Keywords]intelligent remote drive;reduction;CPU load rate;data transmission
智能遠动机是南方电网一体化电网智能运行系统OS2建设中厂站端的核心设备，它是架设于变电站站控层的一种远动装置，具备远动机、PMU数据集中器、保信子站、计量ERTU、在线监测综合处理单元等常规独立设备的功能，同时还具备源端维护、远程浏览等应用功能。在变电站安装智能远动机后，实现各专业信息统一建模、数据统一采集，在站内建立数据中心，并作为统一的数据出口，与主站进行信息交互。大量的数据处理、信息交互及传输对智能远动机技术参数及性能参数提出更高的要求，尤其是对智能远动机CPU性能要求更高。
1 CPU负荷率与智能远动机的关系
所谓CPU负荷率即是计算机系统在一段时间内正在使用和等待使用CPU的平均任务数。CPU负荷率是计算机机系统的一个重要指标，同时也是检测智能远动机性能的重要指标之一。CPU是智能远动机的“心脏”，是各业务系统数据采集及处理、数据传输交换中心，一般的智能远动机具有4颗以上的CPU，每个CPU用于不同的业务系统，也可以多个业务系统共用一个CPU，所以智能远动机CPU性能直接影响远动系统数据处理及数据传输。如果CPU负荷率过高，超过规定标准，就软件方面而言，会导致智能远动机运行缓慢乃至死机，处理数据能力下降，影响智能远动机运行的稳定性和可靠性，直接决定着自动化基础数据质量和电网安全运行;就硬件方面而言，CPU负荷率过高，会导致机身发热比较严重，降低智能远动机硬件的使用寿命。
2 调试、检测过程中存在的问题
某500 kV变电站新加装智能远动机采用国电南瑞科技股份有限公司生产的NSS201A（Linux）型智能远动机，采用了双主配置，对下采用IEC103通信，完成原综自系统370多个103通信的间隔层装置接入，实现站内测控及保护信息直采直送。对上采用IEC104、IEC101通信规约与总调、中调、地调进行通信并进行数据交互，总计传输信息量为遥信10000多个，遥测1200多个，遥控150个，作为全站统一的出口系统，负责厂站与各级主站之间的通讯和协调。其中，2台远动机为南网总调MSTP专线及调度数据网通道A、B平面专用，2台远动机为中调、地调调度数据网、2M专线远动及数字业务通道共用，共涉及远动通道12条（含备调通道）。
依据南方电网智能远动机规范化运维管理手册-V5.2及中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG1204005.66-2014南方电网一体化电网运行智能系统技术规范第5-5部分：厂站应用智能远动机功能规范要求，在调试、检测的过程中发现NSS201A（Linux）型智能远动机大部分功能和性能满足技术规范要求，在Linux操作系统下，当用“TOP”命令进行CPU负荷率检查时发现，运行的4台智能远动机CPU负荷率均在50%～60%之间，重启智能远动机（启动瞬间）甚至达到90%，不满足南方电网一体化电网运行智能远动机功能规范要求。技术规范要求：CPU平均负荷率正常时（任意5 min内）不大于30%，故障时（5 min内）不大于50%。针对NSS201A（Linux）型智能远动机这一现象，检测数据如图1所示，通过多组检测数据进行分析，具体分析出CPU负荷率较高原因。 （1）该500 kV变电站为3台主变规模，智能远动机共接入70台测控装置，17台低压保测装置和100余台高压保护装置，数据信息量较其他变电站大。按照500 kV变电站“无人值守”及现场工程配置要求，仅送往地调的信息就有8 100多个遥信，900多个遥测，数据传输量巨大（该500 kV变电站按“无人值班”站调试），短时（毫秒级），总调、中调、地调总计传输信息量为：遥信10 000多个，遥测1 200多个，遥控150个，传输较大数据量是造成智能远动机CPU负荷率过高的原因之一。
（2）在对上数据通道上，该500 kV变电站接入总调、中调、地调等数据通道，远动通信规约采用了IEC104及IEC101远动传输规约。远动通信规约在进行数据接入时，必须从数据库获取数据，前期的算法是定位到具体的数据库值，计算机在处理字符串比对的处理效率远低于整形的处理效率。在常规数据量接入时，CPU处理性能满足要求，但对于数据量较大的接入站来说，每个数据的访问操作进行逐项检索将消耗大量的CPU和内存资源，这也是造成智能远动机CPU负荷率过高的原因。
3 针对智能远动机CPU负荷率过高提出的解决方法
针对该500 kV变电站的特殊情况（装置多、数据量大、“无人值守”），智能远动机正常运行CPU负荷率较高，不满足规范要求，为使CPU负荷率满足规范要求，经过反复的增加或减少数据库信息量试验对比，对智能远动机进行了三方面的优化。
（1）算法优化：处理数据方面采用了多重HASH索引，提升了处理数据的速度，如图2所示。
多重HASH索引就是在进行程序处理时引入了哈希表的处理方式，哈希表就是一种键-值（Key-indexed）存储数据的结构，只要输入待查找的值即Key，即可查找到其对应的值。哈希的思路是，如果所有的键都是整数，那么就可以使用一个简单的无序数组来实现：将键作为索引，值即为其对应的值，这样就可以快速访问任意键的值。这是对于简单的键的情况，我们将其扩展到可以处理更加复杂的类型的键。
（2）资源优化：对通道资源分配方面做了索引优化，提升了资源的利用效率。对于资源优化，主要是对多通道通用转发标的情况进行了优化，不再是单个通道配置独立的转发缓冲区，而是转发缓冲区共享，通过指针索引的方式进行转发表访问，节约了系统内存资源和检索转发数据的计算资源。
（3）修改IEC104规约文本报文的发送速度。
IEC104规约文本第二个参数DoRunWaitC是调整报文的发送速度的字段，在IEC104数据网和专线配置文本里，出厂默认一般为0，表示发送速度为20 ms，一般需要根据现场的实际情况调整，变电站规模越大，传输到主站的信息越多，此值设置应该越大。该变电站总调、中调、地调总计传输信息量为遥信10 000多个，遥测1 200多个，遥控150个，数据传输量大，故将此参数调整为9或10，表示发送速度为200 ms左右。修改数据如图3所示。
按照以上方法对新加装的，4台智能远动机进行优化和规约文本的修改，通过对CPU负荷率检测对比，4台智能远动机CPU负荷率降低到22%～28%之间，满足南网规范要求，各功能模块性能检测合格，该500 kV变电站新加装的智能远动机成功投运，检测数据如图4所示。
4 结束语
智能远动机是南方电网一体化电网智能运行系统OS2建设中厂站端的核心设备，是一体化电网智能运行系统OS2建设重要组成部分，而CPU作为智能远动机的“心臟”及核心部件，承担着系统数据处理和交互传输的重要作用，CPU长期在负荷率较高的状况下运行将严重影响智能远动机的稳定、可靠运行。通过以上方法优化及修改，提高了智能远动机的处理数据速度，提高了资源利用率。有效降低了智能远动机CPU负荷率，保证了智能远动机运行的稳定性和可靠性及各业务系统安全、稳定、可靠的数据传输。对后续智能远动机加装调试、性能检测具有一定的意义和经验借鉴。
参考文献
[1] 南方电网一体化电网运行智系统技术规范，Q/CSG1204005.66-2014[S].
[2] 钟志明，徐文辉.一种数据集中、面向专业的新型智能远动机[J].企业技术开发，2014，33（31）：53-54，65.
[3] 陈仲瑜.二次一体化框架下智能远动机建设初步方案[J].电子制作，2014（14）：32.
[4] 胡绍谦，胡荣，张喜铭，等.智能远动机的研制[J].电力系统自动化，2014，38（9）：119-124.
[关键词]智能远动机;降低;CPU负荷率;数据传输
[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–00–02
[Abstract]With the continuous application of new technology and development of electric power systems， combined with the southern power grid integration grid intelligent running OS2 system construction requirements， intelligent far motivation has been applied in 500 kV substation and popularization， based on the 500 kV substation intelligent inkstone mountain far motivation installation and debugging， testing for solid column， the key business functions and motivations of intelligent well performance test and analysis， put forward a method of lower intelligence far motivation CPU load rate， the method effectively reduces the intelligent far motivation CPU load rate， guarantee the stability and reliability of the intelligent far motivation operation and various business system safe， stable and reliable data transmission.
[Keywords]intelligent remote drive;reduction;CPU load rate;data transmission
智能遠动机是南方电网一体化电网智能运行系统OS2建设中厂站端的核心设备，它是架设于变电站站控层的一种远动装置，具备远动机、PMU数据集中器、保信子站、计量ERTU、在线监测综合处理单元等常规独立设备的功能，同时还具备源端维护、远程浏览等应用功能。在变电站安装智能远动机后，实现各专业信息统一建模、数据统一采集，在站内建立数据中心，并作为统一的数据出口，与主站进行信息交互。大量的数据处理、信息交互及传输对智能远动机技术参数及性能参数提出更高的要求，尤其是对智能远动机CPU性能要求更高。
1 CPU负荷率与智能远动机的关系
所谓CPU负荷率即是计算机系统在一段时间内正在使用和等待使用CPU的平均任务数。CPU负荷率是计算机机系统的一个重要指标，同时也是检测智能远动机性能的重要指标之一。CPU是智能远动机的“心脏”，是各业务系统数据采集及处理、数据传输交换中心，一般的智能远动机具有4颗以上的CPU，每个CPU用于不同的业务系统，也可以多个业务系统共用一个CPU，所以智能远动机CPU性能直接影响远动系统数据处理及数据传输。如果CPU负荷率过高，超过规定标准，就软件方面而言，会导致智能远动机运行缓慢乃至死机，处理数据能力下降，影响智能远动机运行的稳定性和可靠性，直接决定着自动化基础数据质量和电网安全运行;就硬件方面而言，CPU负荷率过高，会导致机身发热比较严重，降低智能远动机硬件的使用寿命。
2 调试、检测过程中存在的问题
某500 kV变电站新加装智能远动机采用国电南瑞科技股份有限公司生产的NSS201A（Linux）型智能远动机，采用了双主配置，对下采用IEC103通信，完成原综自系统370多个103通信的间隔层装置接入，实现站内测控及保护信息直采直送。对上采用IEC104、IEC101通信规约与总调、中调、地调进行通信并进行数据交互，总计传输信息量为遥信10000多个，遥测1200多个，遥控150个，作为全站统一的出口系统，负责厂站与各级主站之间的通讯和协调。其中，2台远动机为南网总调MSTP专线及调度数据网通道A、B平面专用，2台远动机为中调、地调调度数据网、2M专线远动及数字业务通道共用，共涉及远动通道12条（含备调通道）。
依据南方电网智能远动机规范化运维管理手册-V5.2及中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG1204005.66-2014南方电网一体化电网运行智能系统技术规范第5-5部分：厂站应用智能远动机功能规范要求，在调试、检测的过程中发现NSS201A（Linux）型智能远动机大部分功能和性能满足技术规范要求，在Linux操作系统下，当用“TOP”命令进行CPU负荷率检查时发现，运行的4台智能远动机CPU负荷率均在50%～60%之间，重启智能远动机（启动瞬间）甚至达到90%，不满足南方电网一体化电网运行智能远动机功能规范要求。技术规范要求：CPU平均负荷率正常时（任意5 min内）不大于30%，故障时（5 min内）不大于50%。针对NSS201A（Linux）型智能远动机这一现象，检测数据如图1所示，通过多组检测数据进行分析，具体分析出CPU负荷率较高原因。 （1）该500 kV变电站为3台主变规模，智能远动机共接入70台测控装置，17台低压保测装置和100余台高压保护装置，数据信息量较其他变电站大。按照500 kV变电站“无人值守”及现场工程配置要求，仅送往地调的信息就有8 100多个遥信，900多个遥测，数据传输量巨大（该500 kV变电站按“无人值班”站调试），短时（毫秒级），总调、中调、地调总计传输信息量为：遥信10 000多个，遥测1 200多个，遥控150个，传输较大数据量是造成智能远动机CPU负荷率过高的原因之一。
（2）在对上数据通道上，该500 kV变电站接入总调、中调、地调等数据通道，远动通信规约采用了IEC104及IEC101远动传输规约。远动通信规约在进行数据接入时，必须从数据库获取数据，前期的算法是定位到具体的数据库值，计算机在处理字符串比对的处理效率远低于整形的处理效率。在常规数据量接入时，CPU处理性能满足要求，但对于数据量较大的接入站来说，每个数据的访问操作进行逐项检索将消耗大量的CPU和内存资源，这也是造成智能远动机CPU负荷率过高的原因。
3 针对智能远动机CPU负荷率过高提出的解决方法
针对该500 kV变电站的特殊情况（装置多、数据量大、“无人值守”），智能远动机正常运行CPU负荷率较高，不满足规范要求，为使CPU负荷率满足规范要求，经过反复的增加或减少数据库信息量试验对比，对智能远动机进行了三方面的优化。
（1）算法优化：处理数据方面采用了多重HASH索引，提升了处理数据的速度，如图2所示。
多重HASH索引就是在进行程序处理时引入了哈希表的处理方式，哈希表就是一种键-值（Key-indexed）存储数据的结构，只要输入待查找的值即Key，即可查找到其对应的值。哈希的思路是，如果所有的键都是整数，那么就可以使用一个简单的无序数组来实现：将键作为索引，值即为其对应的值，这样就可以快速访问任意键的值。这是对于简单的键的情况，我们将其扩展到可以处理更加复杂的类型的键。
（2）资源优化：对通道资源分配方面做了索引优化，提升了资源的利用效率。对于资源优化，主要是对多通道通用转发标的情况进行了优化，不再是单个通道配置独立的转发缓冲区，而是转发缓冲区共享，通过指针索引的方式进行转发表访问，节约了系统内存资源和检索转发数据的计算资源。
（3）修改IEC104规约文本报文的发送速度。
IEC104规约文本第二个参数DoRunWaitC是调整报文的发送速度的字段，在IEC104数据网和专线配置文本里，出厂默认一般为0，表示发送速度为20 ms，一般需要根据现场的实际情况调整，变电站规模越大，传输到主站的信息越多，此值设置应该越大。该变电站总调、中调、地调总计传输信息量为遥信10 000多个，遥测1 200多个，遥控150个，数据传输量大，故将此参数调整为9或10，表示发送速度为200 ms左右。修改数据如图3所示。
按照以上方法对新加装的，4台智能远动机进行优化和规约文本的修改，通过对CPU负荷率检测对比，4台智能远动机CPU负荷率降低到22%～28%之间，满足南网规范要求，各功能模块性能检测合格，该500 kV变电站新加装的智能远动机成功投运，检测数据如图4所示。
4 结束语
智能远动机是南方电网一体化电网智能运行系统OS2建设中厂站端的核心设备，是一体化电网智能运行系统OS2建设重要组成部分，而CPU作为智能远动机的“心臟”及核心部件，承担着系统数据处理和交互传输的重要作用，CPU长期在负荷率较高的状况下运行将严重影响智能远动机的稳定、可靠运行。通过以上方法优化及修改，提高了智能远动机的处理数据速度，提高了资源利用率。有效降低了智能远动机CPU负荷率，保证了智能远动机运行的稳定性和可靠性及各业务系统安全、稳定、可靠的数据传输。对后续智能远动机加装调试、性能检测具有一定的意义和经验借鉴。
参考文献
[1] 南方电网一体化电网运行智系统技术规范，Q/CSG1204005.66-2014[S].
[2] 钟志明，徐文辉.一种数据集中、面向专业的新型智能远动机[J].企业技术开发，2014，33（31）：53-54，65.
[3] 陈仲瑜.二次一体化框架下智能远动机建设初步方案[J].电子制作，2014（14）：32.
[4] 胡绍谦，胡荣，张喜铭，等.智能远动机的研制[J].电力系统自动化，2014，38（9）：119-124.