CN103325012A - 一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，所述方法包括：（1）进程分配任务；（2）计算进程并行计算；（3）管理进程拓扑分析；（4）管理进程分配动态任务；（5）计算数据复用。本发明适应大电网特点，多时段断面安全校核由驻留在多机上的管理进程和计算进程协同完成。通过对96时段静态安全校核综合性能优化，是能够显著提高其计算性能，为互联大电网下的一体化调度计划编制提供有力的支撑。
Description
技术领域
本发明属于电力***计算领域，具体涉及一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法。
背景技术
为提高电网公司的一体化精益化运行水平，调度发电计划的编制受到越来越大的重视。调度发电计划要求能够根据外界环境的变化对发电计划进行持续滚动动态优化，能够实现各级调度信息及时共享和一体化协调运作，使得调度发电计划制定是反复迭代滚动修正，而作为校核调度计划是否满足电网运行安全的静态安全校核也将会在整个过程中得到反复执行，其计算效率直接影响一体化调度计划的编制的效率和实用性。而随着电网规模扩大使得静态安全校核的计算量急剧增加，计算所花费的时间相应也有大幅增加，常规静态安全校核技术在计算速度上难以满足其它多个调度应用的实用化需求。
在制定发电计划过程中需要多次的安全校核，安全校核的快慢也直接影响着编制发电计划的时间。随着电网规模扩大，静态安全校核计算量成指数增长，如对三华互联大电网而言，其计算节点达到一万多，带扫描的N-1预想故障也在一万以上。对这种互联大电网而言，采用常规的校核方法所消耗的时间将十分可观，极大地影响了调度计划的整体编制进程。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明通过结合面向多时段断面的多进程并行计算技术及基于拓扑特征关联性分析的数据复用技术，充分分析96时段静态安全校核的特点，有效地提高96时段静态安全校核的计算速度。
96时段为每15分钟作为一个断面，一天共96个断面，每个断面分析结果相互不影响，没有相互依赖性。安全校核功能用于对电网进行一系列的安全分析计算，全面分析电网在各种运行方式下的安全状况，安全校核是保证特大电网安全稳定的一道重要防线，是保障电网安全、稳定、优质、经济生产运行的重要基础。96个断面会随着负荷变化、发电计划、检修计划等发生运行方式的变化。尽管负荷、发电机功率变化比较大，但短时间内发生设备检修或投运导致拓扑方式的变化的概率比较小，因此相邻断面很有可能拓扑不会发生变化。具有相同电网拓扑特征的断面，在进行静态安全分析过程中许多计算数据是完全相同的，完全能够实现计算数据的复用，从而减小计算量，实现计算速度的提高。
本方法优化了大电网的96时段静态安全校核的计算，多时段断面的安全校核计算过程由管理进程协调控制，管理进程检查是否所有时段的安全校核任务都已完成计算，并对96个断面进行拓扑比较，形成基于拓扑特征分类的多个断面点集合，以便再进行任务的分配。多时段校核任务采用多进程并行，单时段内部开断故障分析采用多线程并行，通过多进程多线程并行计算策略应用，当分配给计算进程的计算任务相互间存在有拓扑特征相同的关联关系时，计算进程可以利用这一特征，直接使用上一次计算获得多个计算量，减小本次计算量。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）进程分配任务；
（2）计算进程并行计算；
（3）管理进程拓扑分析；
（4）管理进程分配动态任务；
（5）计算数据复用。
优选的，所述步骤（1）包括管理进程选取与计算进程数目相同的时段，给每个计算进程分配一个时段的任务，将任务分配消息和相关计算任务所需数据发送给每个计算进程。
优选的，所述步骤（2）包括将不同时段的分析任务分配给计算机集群中的多个计算进程，计算进程开始对分配计算任务进行安全校核。
优选的，所述步骤（2）包括在多机情况下，每台机器可以按配置或资源多少设定可并行的进程数。
优选的，所述步骤（3）包括管理进程对断面拓扑关系进行分析，并按照拓扑一致性分类，形成多个断面点集合，每个集合内部断面点拓扑特征相同。
优选的，所述步骤（4）包括管理进程接收计算进程的新任务请求，根据该计算进程上一次完成计算的任务，优先从具有拓扑特征相同的断面集合中搜索未分配的任务。
优选的，所述步骤（4）包括没有相同拓扑特征的未分配任务，从其它断面集合搜索未分配的任务，发给计算进程的计算任务信息中将本次任务与上次任务拓扑特征是否异同的TopSame域值包含在内。
优选的，所述步骤（5）包括利用时段间拓扑关联实现计算数据复用，下个待分析断面可以复用上一个断面的网络拓扑信息、节点导纳阵、因子表、N-1故障集和B′逆阵信息。
优选的，分配任务包括
由管理进程为所有计算进程分配初始的任务；和
由计算进程请求，管理进程响应请求再进行任务的分配。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
大电网的96时段静态安全校核计算量比较大，本发明从计算技术优化其计算。针对多时段校核任务引入了多进程并行计算，实际算例测试结果表明，并行进程数由4增加为8时，计算时间减少1/2；并行进程数由4变为12时，计算时间减少近乎2/3。同时采用了基于拓扑特征关联性分析的数据复用技术，计算速度平均提高了12%左右，进一步提升整体的计算速度。
本发明适应大电网特点，多时段断面安全校核由驻留在多机上的管理进程和计算进程协同完成。管理进程进行基于拓扑特征分类的动态任务分配，将具有相同拓扑特征各时段计算任务分配给同一个计算进程。计算进程利用并行和数据复用技术，采用多进程并行计算完成多时段校核任务，采用基于拓扑特征关联性分析的数据复用技术，进一步提升整体的计算速度。通过对96时段静态安全校核综合性能优化，是能够显著提高其计算性能，为互联大电网下的一体化调度计划编制提供有力的支撑。
附图说明
图1为本发明提供的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法中多时段断面安全校核并行计算示意图。
图2为本发明提供的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法中管理进程和计算进程相互协作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
（1）进程分配任务。
初始时管理进程从96个断面中选取与计算进程数目相同的m个时段，给每个计算进程分配给一个时段的安全校核任务，使得未分配时段断面总能够从已分配任务中找到较接近的时段断面。然后由管理进程将任务分配消息和相关计算任务所需数据发送给每个计算进程。
（2）计算进程并行计算。
如附图1所示，96时段静态安全校核涉及的断面数据较多，每个时段的安全校核间没有相互关联性，采用基于消息传递编程模型的多进程并行计算，将不同时段的分析任务分配给计算机集群中的多个计算进程，计算进程开始对分配计算任务进行安全校核。在多机情况下，每台机器可以按配置或资源多少设定可并行的进程数。
（3）管理进程拓扑分析。
在计算进程进行安全校核任务时，管理进程对96点断面拓扑关系进行分析，并按照拓扑一致性分类，形成多个断面点集合，每个集合内部断面点拓扑特征相同。
（4）管理进程分配动态任务。
当管理进程接收计算进程的新任务请求，会根据该计算进程上一次完成计算的任务，优先从具有拓扑特征相同的断面集合中搜索未分配的任务，如果没有相同拓扑特征的未分配任务，再从其它断面集合搜索未分配的任务，在发给计算进程的计算任务信息中将本次任务与上次任务拓扑特征是否异同的TopSame域值包含在内。
（5）计算数据复用。
计算进程接收到新的计算任务消息，会从消息中提取TopSame值，如果拓扑相同，则利用时段间拓扑关联实现计算数据复用，下个待分析断面可以复用上一个断面的网络拓扑信息、节点导纳阵、因子表、N-1故障集、直流潮流计算用B′逆阵等计算数据进行计算，实现计算数据复用，减少计算量。
实施例
如图2所示，一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法中多时段断面的安全校核计算过程由管理进程协调控制，任务分配主要分为两个阶段，第一阶段是由管理进程为所有计算进程分配初始的任务，第二阶段是由计算进程请求，管理进程响应请求再进行任务的分配，具体流程如下：
设并行的计算进程有m个，也就是可以同时并行计算的时段数为m个。
(1)在初始任务分配上，从96点断面中选取与计算进程数目相同的m个时段，并让m点均匀的分布在96点中，这样使得未分配时段断面总能够从已分配任务中找到较接近的时段断面。然后由管理进程将任务派发到计算进程，给每个计算进程分配给1个时段的安全校核任务，把任务分配消息和相关计算任务所需数据发送给每个计算进程。管理进程进入步骤（2），同时各节点计算进程启动，进入步骤（5）。
(2)初始任务分配后，管理进程可以在这段时间来分析96点断面拓扑关系，按照拓扑一致性分类，形成多个断面点集合，每个集合内部断面点拓扑特征相同。同时管理进程等待计算进程的任务请求。当管理进程接收到计算进程的消息，进入步骤（3）。
(3)管理进程从消息中获得了某个时段的安全校核结果数据。当管理进程接收计算进程的新任务请求，会根据该计算进程上一次完成计算的任务，优先从具有拓扑特征相同的断面集合中搜索未分配的任务T_i，将T_i发送给该计算进程，如果没有相同拓扑特征的未分配任务，再从其它断面集合搜索未分配的任务，在发给计算进程的计算任务信息中将本次任务与上次任务拓扑特征是否异同TopSame域值包含在内。如果没有尚未分派的计算任务，发送结束消息给计算进程，通知计算进程结束计算。进入步骤（4）。
具体为流程：当管理进程接收计算进程的新任务请求，读取客户端任务请求，得到计算节点上次完成实时的时段T_i；
判断T_i是否为有效时段，是，则读取T_i时段的安全校核结果并保持结果，设置T_i时段计算任务状态为完成，即Task(T_i)=COMPLETED，从Task集合中提出没有分配的任务，满足Task(T_j)=NOT_DISPATCH；否，则直接从Task集合中提出没有分配的任务，满足Task(T_j)=NOT_DISPATCH；
判断T_j是否为有效时段，是则发送计算任务表示T_j以及相关任务所需数据集；否则没有待计算的任务，发送结束计算的消息。
(4)管理进程检查是否所有时段的安全校核任务都已完成计算，如果是，则所有计算任务已经完成，管理进程退出；否则返回（2），继续执行。
(5)计算进程等待服务进程的任务分配。如果接收到下一次计算任务和数据的消息，启动计算，进入步骤（6）。如果接收到退出计算的消息，退出计算进程。
(6)计算进程开始对分配的计算任务进行安全校核，假设计算进程前后分配了两个时段的安全校核任务，假设两个时段计算任务即为Ta、Tb，计算进程先完成了Ta的计算，接下来接收到Tb的计算任务。计算进程接收到新的计算任务消息，会从消息中提取TopSame值，如果Ta与Tb的拓扑相同，计算进程在计算Tb时就可以直接使用计算Ta得到网络拓扑信息、节点导纳阵、因子表、N-1故障集、逆阵等信息，实现计算数据的复用，完成计算，汇总计算结果，提交给管理进程。同时返回步骤（5）等待管理进程下一次任务。
大电网的96时段静态安全校核计算量比较大，本发明从计算技术优化其计算。针对多时段校核任务引入了多进程并行计算，实际算例测试结果表明，并行进程数由4增加为8时，计算时间减少1/2；并行进程数由4变为12时，计算时间减少近乎2/3。同时采用了基于拓扑特征关联性分析的数据复用技术，计算速度平均提高了12%左右，进一步提升整体的计算速度。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）进程分配任务；
（2）计算进程并行计算；
（3）管理进程拓扑分析；
（4）管理进程分配动态任务；
（5）计算数据复用。
2.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（1）包括管理进程选取与计算进程数目相同的时段，给每个计算进程分配一个时段的任务，将任务分配消息和相关计算任务所需数据发送给每个计算进程。
3.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（2）包括将不同时段的分析任务分配给计算机集群中的多个计算进程，计算进程开始对分配计算任务进行安全校核。
4.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（2）包括在多机情况下，每台机器可以按配置或资源多少设定可并行的进程数。
5.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（3）包括管理进程对断面拓扑关系进行分析，并按照拓扑一致性分类，形成多个断面点集合，每个集合内部断面点拓扑特征相同。
6.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（4）包括管理进程接收计算进程的新任务请求，根据该计算进程上一次完成计算的任务，优先从具有拓扑特征相同的断面集合中搜索未分配的任务。
7.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（4）包括没有相同拓扑特征的未分配任务，从其它断面集合搜索未分配的任务，发给计算进程的计算任务信息中将本次任务与上次任务拓扑特征是否异同的TopSame域值包含在内。
8.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，所述步骤（5）包括利用时段间拓扑关联实现计算数据复用，下个待分析断面可以复用上一个断面的网络拓扑信息、节点导纳阵、因子表、N-1故障集和B′逆阵信息。
9.如权利要求1所述的一种适用于电网安全校核的并行计算动态任务分配方法，其特征在于，分配任务包括
由管理进程为所有计算进程分配初始的任务；和
由计算进程请求，管理进程响应请求再进行任务的分配。
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