1、使用實現暫態穩定的并行網絡計算夏成軍，周良松，彭波，胡會駿，肖昌育，李勇（華中科技大學電氣與電子工程學院湖北武漢華中電力調度通信中心，湖北武漢）摘要：基于網絡計算的思想，提出使用實現大電網暫態穩定分析與控制的并行網絡計算方案，并且在操作系統下采用開發了程序原型，給出了程序開發流程和若干關鍵技術，如多線程技術、自建類、通過中心管理機的協調實現計算機節點的同步。將該原型進行了模擬計算，對程序作了初步測試，驗證了誼方案的可行性及有效性。關鍵詞：暫態穩定；大電網；網絡計算；并行計算；套接字文獻標識碼：文章編號：（）中圈分類號：“線暫態穩定分析與控制系統的計算流程如圖所引言電力系統的強非線性和非自治性、

2、狀態空間的示。這樣一個處理流程需要在一定的時間間隔（如）內周期性地完成，以在線刷新穩定控制策略表。高維數、分布地域、時間尺度的多樣性和控制的實時性等特性使大電網的安全穩定（尤其是暫態穩定）分析與控制成為世界性難題。目前暫態穩定分析方法主要有時域仿真法、各種形式的直接法（法、法、法）以及這兩種方法相結合的混合分析法。混合法結合了時域仿真法和直接法的優點，計算精度高，可以處理任意復雜的模型，能夠分析單擺失穩和多擺失穩及不同振蕩模式，給出穩定程度的定量分析，受到研究者的廣泛關注“。使用混合法進行暫態穩定評估時，需要對系統進行時域仿真計算，因此必須解決計算速度問題。傳統的串行計算模式難以進一步提高計算

3、速度，將并行計算引入電力系統暫態穩定分析與控制，是一個極具吸引力的研究領域。目前這方面的研究集中于開發暫態穩定并行快速仿真算法：挖掘暫態穩定計算內在的并行性，把串行的暫態穩定仿真程序部分并行化。已經開發出的空間并行算法、波形松弛法、時空并行算法等多種暫態穩定并行算法，可以加快暫態穩定仿真速度。但是這些研究成果多在共享存儲結構的并行機和機上實現，可擴展性較差，通信負載較重，還沒有達到實用化水平”。本文基于網絡計算的概念，提出了將應用到大電網在線暫態穩定分析與控制系統的計算方案，給出了程序實現流程和程序開發中的若于關鍵問題的解決方法。匿麗面而麗蹄面蕊孺釃面罔在線預決策流程。北幽穩定評估模塊采用混合

4、法，即先用時域仿真方法計算出機組的運動軌跡，然后用暫態能量函數計算穩定裕度，評估系統穩定性和穩定程度。對于一個大電網，暫態穩定的時域仿真計算需要較長的計算時間；而且對于大電網的暫態穩定分析與控制系統，進行預想故障篩選后的預想故障數目相當可觀，對于每個故障可選用多樣的控制手段，因此圖中個循環體內的模塊將耗用系統的大部分計算資源和時間。所有加快在線暫態穩定分析與控制系統計算速度的方法都是圍繞循環體進行的。暫態穩定并行快速仿真算法的研究。暫態穩定并行快速仿真算法部分提高了“穩定評估”模塊的計算速度，事實上加快了循環體的計算速度，但是仍然不能滿足大電網在線暫態穩定分析與控制系統的速度要求。預想故障篩選

5、的研究。通過預想故障篩選可以部分減少需要進行穩定評估的預想故障，因此減少了循環體的循環計算次數。但是對于大電網，其通過篩選的預想故障數量仍然很多。穩定控制措施的快速搜索算法研究。這方面的研究可以減少內循環體的循環次數，但是不能減少外部循環體的循環次數。問題的提出基于“存線預決策、寅時匹配”思想的大電嗍在收槁日期：一；修回日期：一一堂皇絲蘭竺蘭差：堂為滿足人電網在線暫態穩定分析與控制系統計算速度的要求，需要在現有加速方法的基礎上，進一步研究可靠、易行的加速方法。采用分布式并行處理技術減少循環次數，就是一種簡單易行的加速方法。基于的網絡計算方案并行網絡計算的總體結構分布式并行處理是將預想故障分配到

6、多個處理器，各處理器同時進行暫態穩定評估和穩定控制措施的搜索。這樣一個粗粒度的并行處理，可以得到較大的并行加速比。高速網絡技術、高性能機的發展和集群計算的研究為其實現提供了可能。基于這一思想的暫態穩定并行網絡計算的總體結構如圖所示。中心管理機并行機并行機并行機（區域）（區域）（區域）叫墮塑墮絲莖篁！】墮塑整簍鲞蘭！墮壁墮塑塑里！圖并行網絡計算總體結構示意圖矗哪卅中心管理機作為服務器，各區域并行機作為客戶機。客戶機和服務器都是高性能的機，通過集線器連接構成小型局域網。中心管理機從系統獲取系統當前運行工況，形成穩定計算所需的計算網絡和數據文件，向各計算節點提供計算用的文件和數據，并協調同步各計算蒂

7、點。各計算節點從中心管理機得到計算用的文件和數據，并行計算分配到該節點的預想故障集，形成區域穩定控制策略并將計算結果傳送給中心管理機。中心管理機和區域并行機計算出的穩定控制策略表出口到各區域穩控裝置。方案選擇實現大電網在線暫態穩定分析與控制的并行分布式計算，至少有兩種方案可以選擇。基于現有的各種并行計算軟件開發支持環境。如并行虛擬機（）、”，為開發并行計算程序提供了開發平臺和接口函數，而且現在支持環境下的并行程序開發，為基于機的并行開發提供了極大的方便。使用。基于開發并行應用程序，對程序員的要求較高，需要考慮網絡環境下資源共享、資源死鎖、通信死鎖、節點同步等多種因素，但是這種開發方式非常靈活，

8、可以根據功能需要開發，同時可以處理底層通信問題。在使用作了初步測試后發現：在運行過程中，如果由于某種原因，并行節點機非常退出了環境，需要人工刪除、目錄下的（用戶標識）文件，再次啟動，才能正常運行。建立在環境下的分布式應用，難以對的底層進行操作而解決這些不穩定因素。選用何種方案用于大電網在線暫態穩定分析與控制的并行分布式計算，應根據實際需要決定。大電網在線暫態穩定分析與控制系統對于可靠性、容錯性等方面要求很高使用開發并行分布式應用難以適應這一要求。而程序開發是基于通信原語的底層開發，可以處理各種底層問題。而且文獻，已經成功地將應用到電力系統靜態安全分析的預想事故篩選。該應用基于操作系統，采用客戶

9、機服務器（）模式，利用工作站（或機）組成局域網，將預想故障集分配到各個計算節點上，通過通信和遠程進程控制（塒】）機制實現并行計算。因此選用開發大電網在線暫態穩定分析與控制的并行分布式網絡計算程序是合適的，目前已經開發出了該程序的原型，并在實驗室環境下進接口是一種網絡上跨平臺的應用程序進操作系統下為網絡通信開發的一個應用程序接口（，已成為操作系統下是依模型實現網絡進程間通信，客程序開發采用，并先后在和操作系統下測試通過。程服務器端程序使用多線程技術，使用工作線程行了測試。基于的并行網絡計算程序流程程間通信機制，最早是由加州大學分校在），稱為的網絡編程標準。隨著網絡技術的不斷進步，的使用范圍已不再

10、局限于操作系統和網絡。目前，眈，等諸多操作系統都開始提供接口，它們在兼容的基礎上附加了一些適應自身操作系統特性的擴充內容，這些新版的以操作系統內置或外掛的形式提供給程序員。已經成為網絡編程的通用接口，利用可以構造任意跨操作系統、跨網絡協議的分布式處理系統“一。戶機和服務器分別是個應用程序進程，客戶機向服務器發出服務請求，服務器作出響應這是模型相互作用的簡單過程。利用實現并行網絡計算是建立在結構上，需要分別開發凋試服務器端程序和客戶端程序。程序流程如圖所示（圖（）為服務器端程序，（）為客戶機端程序）。程序開發序開發中使用了以下關鍵技術。多線程技術進行網絡數據交換，保證服務器在進行網絡通信的同時，

11、可以及時響應用戶的界面消息。同時使用了第期夏成軍，等；使用。實現暫態穩定的并行網絡算服務器開始偵聽壓亟堡幻。一獲得客戶端信息（汁算機名，算區域壓藤麗類提供的接口實現通信功能。這是由和類并不適合丁位同陬蘅而面藕酉麗口信自校正客戶端系統時鐘步編程。由于穩定分析與控制要求高可靠性和安全性，類主要使用流式套接字。流式套接字定義一種可靠的面向連接的服務，實現無差錯無重復的順序數據傳輸。】類實現了的阻塞調。在多線程程序中，用戶在未接收發送數據時，利用阻塞模式的科函數，可以自動實現線程的掛起和恢復。類特別令人感興趣的特征就是它能在出現錯誤時發出異常，以及發送與接收數據時的超時特性。這些功能有助于編寫出更加簡

12、潔的程序代碼。岡為不需要在每一次調用后進行錯誤校驗。超時性（使用的函數調用）可以防止來自無限的線程阻塞引起的通信錯誤。一一二二二二二丁一確定啟動冉動【算的時問陌辱爵青西麗一！醫面疆蔓墮訇端時日同步信息一廣接收算用芰件送計并蚪文件匭！蔓二一錯洪處理匡巫重量童蘭蔓：司異常處刪結柬匿巫三亟塑網分布式并行計算程序流程曲線程的嵌套調用，即工作線程在客戶連接到服務器端之前都處于阻塞狀態連接建立后，當前線程立即啟動另一個工作線程，并同時處理客戶端的請求信息。這樣保證每一個客戶機的請求都能立即得到服務器端的響應，而不會處于無限等待狀態。最后，當前線程將調用（）函數關閉該套接字，這一次連接的過程就終止了。而下一

13、個線程已經就位，等待下一次連接。在同一時刻可能有多個客戶端同時連接到服務器，并且請求使用間一資源，存在資源死鎖和線程同步問題。線程同步在多線程程序開發中是必須處理的問題。使用類和類，對于共享資源進行鎖定，僅使當前線程可以使用該資源，直至當前線程使用完畢，解除鎖定，并設置事件標志，其他線程才可以使用。解決了多個線程同時訪問一個資源的問題，并很好地處理了資源死鎖問題。客戶端和服務器端建立連接后，當服務器端調用（）函數掛起線程，等待客戶端發送數據或請求時，客戶端若突然崩潰，服務器端的等待線程將永遠掛起，這就是通信死鎖問題。如果有多個線程出現這樣的情況，程序往往會耗盡系統資源，造成系統崩潰，這就嚴重削

14、弱了程序的健壯性。可以從以兩方面解決通信死鎖問題：在讀寫時具有遲滯延時退出功能，在讀寫過程中超過一定延時則斷開；在工作線程中設置事件標志，主線程檢測判斷事件標志，從外部終止工作線程。自建只類程序中沒有使用微軟基礎類（巧）提供的類和類，而是構建一個類，實現了計算節點的同步另一個關鍵問題是各個并行計算節點的時間同步問題，即由于各個并行計算節點分配的負載不同、計算速度不同而引起各計算節點完成計算任務的時間不等，需要各計算節點按照一定的節拍同步完成計算任務，先完成任務的計算節點必須等待其他節點計算完畢。這是通過中心管理機的協調實現的。各并行節點機從中心管理機取得當前時間和同步信息（即一個計算周期的啟動

15、時間）。客戶機設置該機的系統時間為中心管理機的時間（應該還要加上通信延遲時間，但實際測試結果表明通信時間在左右，可以忽略不計），并按照中心管理機設定的節拍周期性地計算。程序調試目前已經開發出暫態穩定分析并行網絡計算程序的原型，并在實驗室進行了模擬計算，對程序作了初步測試。模擬條件如下：使用臺賽揚微機，內存，操作系統（刑和），臺機作為中心管理機，其余臺機為并行汁算節點機。測試目的是驗證程序的可靠性和該并行網絡計算方案的可行性及有效性，因此對于算例投有特殊要求。不失一般性，取華中網局年的全網計算網絡和運行方式，將湖北主網的預想故障分為組，分別在臺并行計算節點機上計算。中心管理機的同步時間設置為。測

16、試結果表明：在臺機上計算所有算例的總時間為。而由臺機組成的計算網絡則在內完全可以將算例計算完。程序調試中陸續發現了一些問題，如程序在長時間運行后，出現死機；由于通信中出現的故障導致客戶機停止計算等。通過對程序的處理，摹本解決了這些問題。程序仍在進一步測試之中。函數的封裝，應用程序通過：哪，）結論基于技術開發并行嘲絡計算系統具有實時性、通用性、靈活性等特點，可以用于開發電力系統暫態穩定控制的并行網絡計算。由于在線暫態穩定控制的特殊性，要求程序具有高可靠性、安全性、容錯性，而結構下程序的調試比較復雜，容易掩蓋一訾程序的漏洞，因此需要對軟件作長時間的測試和完善。參考文獻，（）：，】”“。“粕，（）：

17、，“。：，（）：趙念強使用設計網絡計算系統【工業控制計算機，（）：”“¨：”、，（）：墑印加明：礎“，：，出十技術內幕希望圖書創作室譯第版北京：北京希望電子出版社薛巍，箭繼武，王心豐等電力系統暫態穩定仿真并行算法的研究進展系統仿真學報，（）：一，肺刪“，甜曲（”陀，玎叫：“。“盯丑（責任編輯：李玲）作者簡介：】矗。訂（）：一蛔叫，【秦忠國，姜弘遭一種新的并行計算環境：計算機工程，（）：夏戍軍（一）葬，湖北黃岡人，博士研究生，主要研覽方向為電力系統穩定與控制，分布式并行計算“”廈人工智能的應用（瑚：日），協“，分“，（，科，；刪，）：舡畝，“，“日。口竹唧：【如；一刪，；“；“；¨¨“¨“¨“¨“¨“藍牙技術在電力系統自動化及樓字、家庭智能化中的應用研討會月底在寧召開藍牙（）技術作為一種新興的短程無線電通信與控制技術具有低成本、低功耗、小實現尺寸、點對多點連接、語音與數據混合傳輸及高抗干擾能力等方面的優點，已為世界各國所重視。我國政府的態度非常明朗，抓住機遇，與時俱進并自上世紀末起，不少高校和研究機關就陸續開展藍牙產品及其應用