集群技术在电力综合自动化系统中的运用探讨

孙沛然

【摘 要】本文以电力综合自动化系统为研究对象，对其中的集群化控制技巧展开分析。在简要介绍软集群技术的基础上，对其系统中的关键技术作展开说明，并对心跳协议、同步确定、信息化分流、故障检测、故障恢复的具体内容进行分析，供相关研究实践参考借鉴。

【关键词】集群技术;电力系统;自动化

中图分类号： TM76 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0046-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.021

【Abstract】This paper takes the electric power integrated automation system as the research object， and analyzes the cluster control skills among them. Based on the brief introduction of soft cluster technology， the key technologies in the system are described， and the specific contents of heartbeat protocol， synchronization determination， information diversion， fault detection and fault recovery are analyzed. It is a reference for the relevant research practice.

【Key words】Cluster technology; Power system; Automation

0 前言

集群化技术，是在计算机系统中形成的松耦合多处理机系统，通过网络条件的应用，完成各种程序之间的信息传递。对于综合自动化系统而言，目前SCADA系统最常见的后台机配置模式是双机热备，一主一从模式，如何保证在双网条件下，更快速有效地实现双机协同工作，双机容错，各种程序在不同主机中的信息传递，以及在主机故障状态下快速实现从机切换，这是研究利用集群技术的初衷。而在应用此项技术的过程中，需从基础的软件程序入手，保证对技术程序的应用指导。

1 综合自动化系统软件结构概述

系统软件结构中，因将TCP/IP协议作为分层管理原则，根据网络数据的走向变化，对其进行分层管理与备份，保证层与层之间的透明性原则，并在系统结构中，设置同一性的规划管理方案，实现容错系统对整个协议的全面覆盖。在对系统热备进行管理的过程中，设置专门的热备模块，并对传送数据包信息进行嗅探分析处理。而为了不使此項技术条件，对TCP/IP协议造成影响，程序系统中，可以尝试加入“钩子”验证形式，如果发现系统中存在意外风险，必须立即进行回滚处理，并同时出洞系统中的逆向警报与模拟功能，以此保证各连锁模块的协同处理状态。

同时，还需根据系统的应用环境，在实时要求的管理下，对数据流的大小与强度低能级进行分析，并为其分配对应性更强的应用条件，由此，可以将系统之间的连锁机制变得更加紧密，并在修系统之间的容错系数上，做出适应性的调整，保证软件程序的应用价值。在对双机容错系统的工作流程进行分析的过程中，软件可以按照功能设定内容，将自身的应用步骤调整为状态同步、故障检测、故障处理、故障恢复四个部分。如果双机设备处于正常的工作状态时，可以通过故障检测模块的功能，对另一处理设备的状态进行监测，并形成具体的应用数据，以报告的形式，为系统操作人员提供信息服务，以此保证双机处理中的安全性。而这种技术条件下，也可为双机联动创造可能，在信息无障碍转化的条件下，时刻维持双机的正常联动状态，体现其工作的同步化水平。

2 实现集群化系统建设的关键技术

2.1 心跳协议

层模式下的双机容错系统，可以设置基于三层模式的心跳协议，在保证TCP/IP协议的基础上，使其与心跳信息形成交互，脱离与上层套接字的关联性，并在程序系统中，完成对于心跳信息的直接封装处理。其中底层需将成帧功作为基础，在协议中重点描述转义字符的应用条件，而在第二层的线路连接与维护，可以保证系统的拆错检查效果，并在相对较为简单的校验与计算方式的引导下，完成差错检查。而在三层设计中，可以根据协议内容作出调整，保证不同心跳的信息形式。

在对心跳条件及进行分析的过程中，需对其所处的环境条件展开研究，并通过固定的心跳周期theartbeat对数据变化条件做出评价。应用过程中，为了确定心跳环境的适应性，可以将HEA的参数控制进行系统化计算，并在双机热备条件的指导下，提高心跳周期对于环境的适应性，其公式表达可以显示为：

式中：t代表系统进行服务请求的时间间隔，而theartbeat则表示为系统的心跳周期条件，以此保证整体计算的完整性，并完成HEA参数的统计分析。

2.2 同步确定

双机系统是较为典型的有限状态模型，在数据处理中，经常会由于外部信息流的影响，出现签约问题。在这一阶段中，信息流内容不仅存在于网络空间中，也会在系统中进行数据主动的处理与转化，通过访问实现数据缓冲、滞留、保存等操作内容。由此保证其动态化水平，维持数据内容的失效化条件，并在行为能力的活动信息与信息王文序列中，保证自身运行状态的发展水平。

例如，在同步确定的过程中，纯软件方式的处理过程中，需将两台服务器的控制质量进行提升。对此可以在容错系统的应用分析中，通过容错率计算确定数据的同步执行状态。由此，可以假设PC服务器的可靠性程度，并度同步损坏率展开计算，并将出现故障的概率确定为：

由此，确定最终确定纯软件程序的可靠性水平为99%，并将可能存在的风险问题，分散到差异化的两台主机上，保证同步双向系统的确定条件。

2.3 信息流分发

双机容错系统中，为了组成稳定的服务器系统，需形成一个位移的通信主体，并在主机程序上设置相应的签约条件，以此保障两者之间的同步状态。同时这种工作模式，可以减少用于维持同步状态的信息通信量，并在总线的网络空间中，形成点到点的功能。以此，保证源处理机能稳定的向各重点处理机发送数据信息。而在主备用处理机的编号管理中，也需进行相应的逻辑调整，以此保证对标识状态的确定，完成差异化的处理内容。

例如，如果在信息流分发的过程中使用了共享磁盘阵列，可以在将其磁盘阵列中的子系统结构准确率假设为99%，并在概率条件的分析下，出现系统损坏的概率进行计算，在公式统计的过程中，可以套用纯软件系统的计算模型，并在一下公式中确定双机系统与磁盘阵列子系统的完好性概率：

由此可以确定其可靠性条件要明显的高于双机容错系统结构，但在磁盘的稳定性上，还要稍低于纯软件系统的结构。在这一技术条件下，如果使用100%的磁盘阵列柜进行设备管理，就可以保证与纯软件系统的同步工作状态，并在进行容许程序分析的过程中，应用故障注入法，对系统进行调节。方法上，首先对故障条件作出分析，并对其中的冗余状态、故障侦测时间、故障切换实践等内容进行分析，由此保证对于信息流分发的故障控制，满足系统管理需要。

2.4 故障检测

故障检测与处理系统，主要通过以下两方面技术实现。其一，在故障扫描与检测系统中，可以将协议内容作为基础条件，通过统一化的故障点注册形式，确认各故障问题的等级，并在检测循环时间上加以控制。其二，在系统结构中，设置固定的故障检测通知结构，通过接口的函数统一管理，保证系统结构的互相检测状态，并在自检的辅助条件下，保证检测与处理的完整性。

例如，在发生故障之后，可通过检測系统定位故障源，确定是本测故障还是对测故障。然后，根据系统当前掌握的冗余资源条件，对故障状态作出切换或是警告处理，在切除故障模块的基础上，保证正常模块的正常运行条件。

2.5 故障恢复

故障恢复处理的过程中，由于其系统条件与主机状态的差异化，即便是在接收到相应的信息之后，也无法满足热备份的基础需要。所以，需要设计一种合理的执行机制，保证新机与系统的同步状态。在自动化程序中，通过节点间的数据条件，会加大网络节点的数据流量，并影响整体系统的性能。所以，在进行处理的过程中，可以先形成稳定的系统报备文件。并在文件的引导下，仅对数据完成处理，而不作出具体的系统答复，以此维持系统的准确性与位移性，在增加磁盘数量的同时，创建磁盘镜像，保证节点数据的安全状态。

例如，在某次集群化设计的过程中，将OS作为基础，设置RAOD程序，并以此形成过滤执行，将其与OS进行打包管理，并在主机系统中，利用处理器与内存资源，完成RAID引擎的创设。在区别于磁盘控制器类型的条件下，保证磁盘控制器驱动的I/O操作。

3 总结

综上所述，集群技术在综合自动化系统软件中，有较强的应用条件，可以在计算机系统与软件程序的支撑作用下，形成良性的应用空间。在系统软件程序的开发设计中，整体或者部分引入集群技术，对于双机容错率、双机切换速度、双机运行效率、系统可靠性，具有很大的使用价值和可行性。以此为基础，建立高效率的综合自动化后台监控系统，对于加强系统技术管理的有效性，缩减系统的成本消耗，提高行业的技术先进性，提高企业经济和社会效益，增加企业的竞争力，更是有着极为重要的作用。

【参考文献】

[1]童艳，李连登，朱丹.基于集群技术的实时测控数据处理系统设计[J].火力与指挥控制，2014，39（08）：163-166.

[2]张大伟.电力综合自动化系统初探[J].电子世界，2018（14）：82+84.