变电站无线测温系统数据处理优化策略的研究

摘要

变电站安全问题一直是业内关注的焦点，目前我国变电站存在平均故障率高的问题。安全可靠的变电站运行监测系统是变电站系统运行不可缺少的一部分，作为变电站设备安全运行的重要参数——温度的监测尤显重要。针对现有变电站温度监测系统设在温度采集、显示和数据存储方面存在实时性低、冗余大和难以扩展等问题，本文对变电站温度在线监测系统的性能优化问题进行了研究，具体工作如下:
　　(1)研究了变电站无线测温系统的多线程采集算法。现有多线程采集策略大多使用基于锁模型的生产者-消费者队列模型。针对该模型存在的锁获取和锁释放等同步代价高昂，不能发挥多核CPU优势等问题，本文在对比研究阻塞型和非阻塞型数据结构的基础之上，提出一种基于双CAS操作的无锁堆数据结构，并以此数据结构构建无锁测点缓冲区，实现多线程无锁同步采集算法。该算法比传统的模型在并发温度采集方面实时性和并发性更高。
　　(2)研究了变电站树形结构温度更新算法。传统温度更新策略采用集中测点温度数据，一次刷新，更新所有测点温度的方法，该策略能解决数据规模较小的情形。当变电站测点数较多时，传统策略会占用较多系统资源，导致系统性能急剧下降，甚至产生假死、宕机等问题。为此，本文提出了基于脏数据回写的温度更新策略，分别使用Bitmap方法、Hash链表法、和B-树方法实现了该策略。最后验证基于B-树的策略在脏测点覆盖率达到90％以上时仍具有较高的更新效率。
　　(3)研究了变电站非线性关系温度数据存取问题。关系型数据库存储非线性关系数据常采用的外键、多表连接等方式，这些方式存在着影响关系型数据库的查询性能、浪费存储空间和造成数据冗余等问题。本文在对比研究基于路径表示法、邻接表表示法、闭包表示法和嵌套集合表示法等算法的基础上，提出了一种改进型嵌套集合存取算法。该算法提高了数据增加、删除、改变和查寻测点信息等方面效率。
　　本文设计和部署了HCES-8011变电站温度在线监测系统，实现了测点温度实时在线监测、实时发现故障点等功能，并利用此系统验证了本文提出的数据采集、处理和存储算法的效用。研究结果表明，本文提出的方案减少了系统数据带宽，提高了系统的实时性和响应速度，降低了数据的冗余，节省了存储空间。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目标和内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 论文内容安排

2 基于无锁缓冲区的数据采集策略研究

2．1 问题的提出

2．2 基于锁模型的阻塞型并发数据结构的研究

2．2．1 锁模型的实现方式

2．2．2 锁模型的性能分析

2．3 无锁型并发数据结构的研究

2．3．1 现有研究成果

2．3．2 无锁数据结构的实现原理

2．3．3 无锁并发数据结构的ABA问题

2．3．4 无锁并发数据结构正确性条件

2．3．5 无锁模型的性能分析

2．4 基于无锁模型的采集方案的设计

2．4．1 采集数据的超前／滞后问题

2．4．2 基于双CAS操作的无锁缓冲堆的实现

2．5 算法对比分析与验证

2．6 本章小结

3 基于脏数据回写的变电站测点图元温度更新策略的研究

3．1 问题的提出

3．2 传统脏数据更新算法的研究与实现

3．2．1 基于Bitmap的脏数据回写算法研究

3．2．2 基于Hash链表的脏数据回写算法研究

3．3 基于B-树的脏数据回写算法的研究

3．4 算法对比分析与验证

3．4．1 仿真模型建立

3．4．2 验证方案设计

3．4．3 实验结果分析

3．5 本章小结

4 基于嵌套集合表示法的变电站树形数据存取策略的研究

4．1 问题的提出

4．2 数据存取模型的研究

4．2．1 基于邻接表的存取模型研究

4．2．2 基于嵌套集合的数据存取模型研究

4．3 嵌套集合模型算法的改进与优化

4．4 算法对比分析与验证

4．4．1 仿真模型建立

4．4．2 验证方案设计

4．4．3 实验结果分析

4．5 本章小结

5 变电站节点温度无线监测系统的构建与算法验证

5．1 系统结构设计

5．1．1 系统整体框架

5．1．2 系统硬件架构

5．1．3 系统软件架构

5．2 系统的功能实现

5．2．1 温度采集系统硬件实现

5．2．2 传感器和监测仪的部署方式

5．2．3 温度监测系统软件实现

5．3 系统运行结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献