三峡梯调中心监控系统实时服务器负荷优化实现

周 文，王峥瀛，文正国，汤正阳，曾旭川，彭静萍

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.三峡梯调中心自动化部，湖北 宜昌 443133）

0 引言

三峡梯级调度计算机监控系统按照对梯级各水电厂联合调度、统一对外、“无人值班（少人值守）”的原则进行设计。三峡梯级调度计算机监控系统具有：对梯级各电站及泄水闸进行数据采集与处理、安全监视、运行调度、操作控制和管理等功能，同时负责接受上级调度系统下达的各项指令，对整个梯级枢纽进行有效的监视、调度、控制及管理，同时向上级调度传送所需的数据。

三峡梯调计算机监控系统采购合同于2001年8月签订，由瑞典ABB公司中标，国内合作方为中国水利水电科学研究院，系统采用ABB公司的SPIDER系统平台，水科院承担对外通讯软件、泄水闸控制软件及梯级调度AGC软件的编制，该项目已经完成并已结束质保。

随着近些年三峡水电事业的发展，各种应用需求对SPIDER系统平台的实时服务器要求越来越多，以致逐渐超出了设计的限制。但是短期内对监控系统进行彻底的改造不太现实，只能通过对应用的访问请求进行分析，寻求优化处理方案以降低系统负荷。

1 问题背景及分析

ABB公司的SPIDER系统平台是集中式系统结构，系统中的两台实时服务器几乎是所有应用的数据来源，是系统的核心。2010年，三峡梯调中心通讯接入华中网调后，实时服务器的CPU负荷平均达到15%左右，峰值有时会至40%以上。2011年，上级调度中心要求三峡梯调通讯接入华中网调备调、国调、国调备调，初步测试，按照国调的数据通讯要求，接入国调，实时服务器负荷可以达到25%左右，接入国调备调以及华中网调备调将使实时服务器负荷进一步扩大。由于三峡梯调中心的监控系统于2001年采购，迄今十余年，系统中的实时服务器散热差，故障率明显升高，如果服务器长期运行于高负荷状态，会加速机器的老化，造成系统瘫痪。出于应用需求及安全方面的考虑，需要采取额外措施以降低实时服务器负荷。

1.1 三峡梯调监控系统结构

三峡梯调监控系统采用瑞典ABB的SPIDER系统，该系统采用集中式系统结构，由两台实时服务器维护核心实时数据，如图1所示。各操作员站、网关通讯工作站、AGC等功能应用皆从实时服务器获取数据服务，实时服务器的持续稳定运行是监控系统运行的基础。

图1 SPIDER系统示意图

1.2 负荷来源

上级调度中心如省调、华中网调、国调都通过三峡梯调采集各电厂（大江、二江、三峡左、右岸，地下电站）的数据点信息。具体由运行在网关工作站的通讯程序完成，如图2所示。网关工作站上的各个通讯进程通过调用SPIDER系统平台提供的实时服务器访问客户端接口获取实时数据，在网关通讯工作站数据请求的同时，实时服务器系统会为每条请求启动一个服务器端进程，为客户端提供其要求的最新的数据信息。每个通讯服务器端进程都会消耗实时服务器系统资源，请求的数据点越多，单个服务器端进程资源消耗越大。

2010年以前，网关通讯工作站只有湖北省调的几十个数据点信息的上送要求，2010年加入了华中网调的通讯接入，实时服务器的平均负荷达到15%左右，随后国调、华中网调备调、国调备调均要求通讯接入，而且随着地下电站的投运，要求上送的点数也在增多，像国调、国调备调是近1 200个点的数据请求，华中网调备调是约800个数据点的信息上送要求，倘若这些都按照常规的跟实时服务器的数据交换方式，将使服务器长时间运行在负荷高位，严重威胁系统安全，需要采用其他通讯方案。

图2 增加各调度中心通讯请求后的SPIDER系统示意图

2 实施方案

需要解决的问题是需要网关通讯工作站既完成多条通道的数据上送要求，又要有限小的消耗实时服务器资源，解决方法有以下两个方面：

（1）因为实时服务器会为每条数据请求链路分配服务器端进程资源，所以需要减少网关工作站的链路请求数。

（2）减少向实时服务器请求的数据点数。

2.1 方案设计

针对以上的原则，可采用的解决方案如图3所示，在通讯网关工作站上建立与实时服务器同步的镜像实时数据库，提供本地镜像实时数据库的读写接口，通过镜像实时库的软件负责与实时服务器实时同步，负责与上级调度中心通讯的通讯程序不再直接与实时服务器链接，而是使用本地镜像实时库的接口从本地实时库获取数据信息。这种方案一方面使得网关通讯工作站只与通讯服务器建立一条数据请求链接，另一方面，因为各个数据上送通道存在冗余的数据点信息，例如华中网调、华中网调备调通讯进程上送的数据点要求完全一样，镜像数据库大大减少了对实时服务器请求的数据点数目。

图3 采用负荷优化方案后的系统示意图

2.2 方案实现

方案实现流程图如图4所示，一个本地实时库同步进程首先加载一个可配置的数据点集合（该集合包含网关通讯工作站所需要的点信息的最大集合），然后通过SPIDER通讯接口与实时服务器同步更新本地实时库数据点信息。同时，各个通讯进程通过本地镜像数据库的读取接口获取需要的数据点信息。其中，本地镜像数据库的读取接口首先建立起点名的索引，采用哈希红黑树算法，可以实现按点名常量时间查找数据点信息。

图4 本地实时库读写流程图

3 投运结果

新的优化方案在网关工作站上实施后，接入了国调、国调备调、华中网调、华中网调备调等的IEC104通讯，实时服务器的负荷平均10%左右，良好的实现了预期的目标。

4 结语

本文主要讲述了针对“老”的监控系统面对新的应用要求时所遇到的问题及最后采用解决方案，希望能对以后的类似情况提供有用的参考。

[1]王桂平,袁 宏,张玉平,等.三峡梯调中心计算机监控系统[J].水电站机电技术，2004（3）.

[2]王桂平,袁 宏,张玉平,等.三峡梯调中心计算机监控系统中应用软件的嵌入设计[J].水电厂自动化，2005（1）.