基于负载均衡聚合技术的配电网数据信息智能化提升研究

黄文杰 秦芳丽 邓舒迟 叶毓廷 彭任民

摘要：在输配电网系统的运行中，为及时便捷的追溯配电网的运行状态，必须对设备的工作电流、电压、开关动作和设备故障指示器等状态参数信息进行实时存储与挖掘分析。随着配电网智能化、信息化水平的提升和新一代能源自动化系统的接入，配电网运行的数据规模倍增。传统关系型的数据库在海量关系型数据的采集存储、分析处理、数据安全等方面存在不足，采用负载均衡数据库技术能够优化配电网的管理和分配，消除电网的内部负载不平衡，提高系统异常反应的速率和系统总体的性能，同时提升系统运行可靠性。利用负载均衡数据技术，可根据业务量灵活分配电网资源，使得系统管理和扩展的能力也得到了提高，实现配电网运行数据精益化管理目标。

关键词：配电网运行；负载均衡；聚合技术；智能化提升

中图分类号：TM761+.2文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）05-0193-04

Researchonoptimizingdatamanagementtechnologyofdistributionnetworkbasedonloadbalancingtechnology

HUANG Wenjie，QIN Fangli，DENG Shuchi，YE Yuting，PENG Renmin

（Hubei central china technology development of electric power co.，ltd.，Wuhan 430074，China）

Abstract： In the operation of the distribution network system，in order to facilitate the tracing of the status of powergrid equipment，it is often necessary to store and analyze the relevant data of the equipment's current，voltage， switching action，and fault indicator. With the improvement of the intelligent and informatization level of the distri? bution network and the access of a new generation of energy automation system， the data scale of the distributionnetwork operation has doubled. Traditional relational databases have insufficient storage and processing capabilitiesfor massive data，and data security cannot be met. The load balancing technology optimizes the distribution of thedistribution network，eliminates the load imbalance of the power grid，and improves the response speed and overallperformance of the system. Load balancing can monitor the operating status of the power grid，detect abnormal oper? ations in a timely manner，and transfer access requests to other outlets that can work normally，thereby improvingthe reliability of the entire power distribution system. After the load balancing technology is adopted，the power gridcan be flexibly allocated according to the development of business volume，the system's scalability is improved，and management is simplified.

Keywords： distribution network operation；load balancing；reliability

负载均衡是通过执行特定的资源分配方式，协调资源实现多项任何的并行处理，提升资源利用效率[1]。传统分布式负载均衡概念和算法只是将所有能并行处理的设备和任务，按照先来先分配的方式处理，保证现有的资源、设备不会被占用或者闲置，提升了任务并行处理的灵活性和效率[2-4]。但是随着分布式任务在量级上的增加以及分布式设备和资源系统复杂性的增加，传统资源分配和处理方式会导致大量的任务处在周期性的等待和处理状态，也可能出现大量的资源始终分配给不到新的设备和任务。因此必须紧跟配电网发展步伐，不断优化负载均衡算法。

1 负载均衡聚合技术

目前网络聚合负载均衡聚合解决方案非常多，如软或硬件网络负载均衡，全局网/本地网聚合应用负载均衡，更高层的网络负载均衡以及基于链路层的聚合网络负载均衡解决技术[5]。

硬件或软件负载均衡的特点是，具有专门的负载均衡服务器的装置，其配置在内外负载均衡网络之间的总线上，这样的负载均衡通常也被称作专用的负载均衡器。其优势在于，在具体的应用场合，以及在简单的配置条件下，其应用具有较大的灵活性，且更经济，更符合负载均衡的需要[6]。

全局/本地负载均衡分为本地与全局两种负载均衡。本地的负载均衡指对本地的网络和服务器群之间实现负载均衡[7]。全局负载均衡则指在不同的位置，不同的网络结构，不同背景下的服务器群间实现负载均衡。

更高网络层的负载均衡可应用到网络的第四或七层，第四层负载均衡定义是将一个服务器在网络上合法注册为内部IP，随之可映射出多个内部IP 地址，在每一次请求HTTP 网络连接时，都会被动态地分配给一个内部IP地址[8]，利用负载均衡技术就能实现控制高层的目的。第七层负载均衡是直接控制应用层网络服务的流量和内容，它适合应用于http 网络服务器群，它会自动地检测经过服务器的HTTP 网络头部，并基于头部中的访问量以及头部中的相关信息，来判断是否要进行一个应用层的负荷平衡。它的优势是更为灵活和智能[9-10]。

链路聚合技术的原理是将网络上的众多线路数据聚合当作一条单一的物理逻辑线路聚合来使用[11]，随之产生的数据流量将由聚合逻辑链路共同来承担，直接减少某一线路的流量负荷，从而有效地增大了系统的数据容量，使其能更好满足网络带宽的流量需求。

2 负载均衡技术在配电网系统中的应用和数据分析

随着移动互联网的普及和发展，网络服务器面对的是用户服务请求的压力也越来越大[12]。面对这样的网络运行情况，不断提高和优化的物理网络服务器的网络硬件运行性能迫在眉睫。

2.1 传统网络拓扑结构与新架构的对比

负载均衡处理技术和先进的负载均衡器就一定能有效的解决和改善此类的问题，能有效地改善和提高系统的网络运行性能，做到合理的分配[13]，能有效的缩短服务请求响应的时间，同时提高系统的网络整体运行性能。图1所示为传统电网系统的拓扑结构图。

负载均衡系统与原服务器系统的相比，其设计架构的理念是将进出口链路的负载均衡系统设备完全替代传统的路由器[14]，先进设备替代路由器传统的设备。图2所示为引入负载均衡器的运行系统，全新的设计结构是将传统的进出口链路系统资源利用起来，降低系统运行的资源需求和资源占有率[15]。引入负载均衡系统技术能够将高负载的服务器实时数据库服务资源分担到一个原服务器系统集群的多个节点进行处理，且系统的占用率一直能够保持在一个稳定的占有率范围内。

2.2负载均衡技术的应用和数据分析

2.2.1 实验说明

本文采用的負载统计算法主要是每0.1 s 对每个负载的集群计算一次相应负载数据l、c和p值，并将其中一个定义为s=lcp的服务优先级统计结果存储在对应的服务优先级数据库中。当一个用户向服务器发送请求时，此用户服务需求同时提供了进入服务器负载优先级统计的计算能力路径，并与用户服务请求和优先级集群数据库目录中的所有服务s 值请求进行比对[16]，找到相应的s 值服务请求大于满足用户服务需求的服务器，然后通过使用服务器轮询的方法将s 值大于用户的服务请求发送到这些请求的服务器上。

为了有效地应对网络分布式软件自动定义的相关网络应用中存在的扩展和数据可靠性问题，需要采用自动定义相关网络的分布式信息流量和数据采样的计算方法[17]，自动记录网络流量和数据量，以便通过网络服务器自动查询信息流量和数据采样情况，为决策提供支撑。图3所示为单个服务器实际负载统计方法。

（1）检查新建的数据发送分组中的系统人员是否已经成功发送数据包并到达各个交换机并同时检查系统是否已经处于自动流量数据监控系统操作的运行模式下；

（2）如果符合任何计数器的对应数据路径操作模式，则对目标数据路径分组的对应操作计数器进行了更新，并将对应操作数据分组路径导向下一个更新的目标数据路径；

（3）如果不完全符合，则控制器查询数据路径是否完全符合被控制器采样的数据流规则，如果与其中的某个数据流规则完全匹配，则将其数据路径引导至控制器的下一个数据路径并可同时将信息发至另一控制器，且会在现有数据路径表中增加信息以便为控制器后续的数据流进行采样。

2.2.2 实验结果与分析

服务器的运行和负载取决于性能指标，测量一个服务器的负载和处理性能的一个特征性数值，用于测量和描述一个服务器的实际运行和负荷。常见负载性能指标包括cpu运行和处理数据的能力，cpu内存的利用率，cpu就位队列的长度，内存，磁盘容量，网络宽带，当前网络连接数等。

本文研究了一种系统资源占用率分析方法，同时与原版系统的负载指标进行对比，通过各种负载采样率下的负载指标关系来分析对比原版系统的网络性能和运行效果。在24 h 内对该操作系统在环境网络总的运行系统性能和运行效果情况进行了分析统计。数据分析结果如图4所示，负载均衡数据处理系统技术大大提高了系统的实时数据处理运行效率和存储能力[18-19]，降低了由于系统服务器高度的负载而致所导致的系统复杂性和导致系统内的数据实时访问速度进一步大大减慢的相关技术应用风险。

从图4可知，在相同负载频次情况下，负载均衡技术的系统占有率明显低于原系统资源占有率；即使达到高频次时，负载均衡技术的系统依然保持在30%左右的系统占有率，而原系统基本接近100%的满负荷，这样服务器整体运行性能更加合理，保证了系统的稳定性。

从图5、图6可以看出，基于负载均衡技术的配电网系统，其网络上行速度无论是在最低值还是最高值都明显优于原系统，且随采样率的提升，网络上行环比速率同样优于原系统，服务器的运行速率的提升，不仅能提升用户的满足感[20]。同时，可以保证系统的实时数据处理运行效率和存储能力得到提升。

从图7、图8可以看出，基于负载均衡技术的配电网系统，其CPU 利用率无论是在最低值与最高值，都明显优于原系统，配电网系统CPU 利用率最小值降低至原系统的三分之一，而CPU 利用率最大值降低了20%，我们可以初步判断出 CPU 利用率越低效率越高，系统寿命越长。

3 结语

负载均衡技术是一种有效的网络管理策略，它可以有效的建立在硬件和软件之上，使其任务分担到多个操作单元上进行执行，共同运行或分摊一些繁重的数据计算或网络I/O 数据处理任务，从而能以合理的成本及时消除分支网络的瓶颈，拓展服务器的网络带宽和增加网络的运行速率，提高分支网络的灵活性和安全性，真正实现用户的实时需求，高效和无障碍化推进，直观的提升了用户满意度。

【参考文献】

[1] 马钊，张恒旭，赵浩然，等.双碳目标下配用电系统的新使命和新挑战[J].中国电机工程学报，2022，42（19）：6931-6945.

[2] 吕佳炜，张沈习，程浩忠，等.集成数据中心的综合能源系统能量流-数据流协同规划综述及展望[J].中国电机工程学报，2021，41（16）：5500-5521.

[3] 向思阳，蔡泽祥，刘平，等.基于AHP-反熵权法的配电网低碳运行模糊综合评价[J].电力科学与技术学报，2019，34（4）：69-76.

[4] 陈晓.10kV 配电网线路常见的施工故障及运维技术难点分析[J].粘接，2020，44（11）：150-154.

[5] 尚学伟，赵林，范泽龙，等.基于调度数据网的广域数据总线体系架构和关键技术[J].电力系统自动化，2018，42（11）：109-114.

[6] 张喆，杨宏宇，高新亭，等.大数据环境下基于BPNN 模型的配电网规划适应性评价方法研究[J].供用电，2021，38（5）：56-63.

[7] 关守姝，董小虎，孙强，等.基于规划工具的配电网规划现状数据分析研究[J].电力大数据，2020，23（10）：70-78.

[8] 王兴念，李宏伟，施振华，等.基于大数据的智能配电网运行监控平台关键技术研究与应用[J].电工技术，2017（2）：9-12.

[9] 盛万兴，陈海，王军，等.基于负荷持续曲线的配电网运行效率评价[J].电网技术，2016，40（4）：1237-1242.

[10] 汤波，杨鹏，余光正，等.基于负荷峰谷耦合特性的中压配电网供区优化方法[J].中国电机工程学报，2022，42（19）：7051-7063.

[11] 吴仲超，李建泽，朱明星.基于轻量级IPv6的配电网智能通信单元设计[J].粘接，2022，49（8）：193-196.

[12] 张博文，阎春雨，毕建刚，等.基于大数据的输变电设备状态预警系统架构研究[J].电力信息与通信技术，2016，14（12）：26-32.

[13] 刘石生.配电网智能型直流电源系统设计及其弱磁控制研究[J].粘接，2021，48（10）：160-165.

[14] 赵泽昆.基于台区10 kV 配线负荷的组合预测方法及应用[J].电器与能效管理技术，2023（3）：40-45.

[15] 杨金东，杨延军，吴万军.微电网技术在高原高寒地區配电网供电中的应用综述[J].云南电力技术，2022，50（3）：77-82.

[16] 李炜，严川，盛庆博，等.大数据背景下智能配电网运营管理方法研究[J].华电技术，2021，43（8）：33-40.

[17] 俞晓峰，袁岭，崔艺林，等.分布式光伏电源的配电网故障特征计算模型分析[J].粘接，2023，50（1）：140-143.

[18] 陈建文.配电设备健康指数的模型建立和求解过程计算[J].粘接，2020，44（12）：153-157.

[19] 张庆平，罗海荣，党露芝，等.智能配电网典型应用场景无线传感器网络的组网设计[J].宁夏电力，2023（1）：38-45.

[20] 仲泽天，李梦月，王加澍，等.一种有源配电网分布式光伏消纳能力评估方法[J].电网与清洁能源，2023，39（2）：