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一种电力设备监控数据的分析系统及其方法.pdf

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一种 电力设备 监控 数据 分析 系统 及其 方法
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摘要
申请专利号:

CN201510432088.9

申请日:

2015.07.21

公开号:

太阳城集团CN104991958A

公开日:

2015.10.21

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/30申请日:20150721|||公开
IPC分类号: G06F17/30; G06Q50/06(2012.01)I 主分类号: G06F17/30
申请人: 山东鲁能软件技术有限公司
发明人: 丁书耕; 王震; 刘青; 陈亮; 王宗光; 王复强
地址: 250101山东省济南市高新区新泺大街2008号银荷大厦B座5层
优先权:
专利代理机构: 北京元本知识产权代理事务所11308 代理人: 李斌
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510432088.9

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.11.18|||2015.10.21

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供了一种电力设备监控数据的分析系统及其方法,包括机柜、外部服务器、外部管理分析平台和一个或多个变电设备测点传感器,还包括下部计算存储服务器,电源模块和千兆管理网络模块,万兆光纤数据网路模块、上部计算存储服务器以及高性能计算存储服务器,外部管理分析平台包括大数据分析平台和电力应用分析模块,高性能计算存储服务器包括1个图形处理器GPU,通过一单独的电源连接图形处理器GPU,实行单独的供电,设备集成度高,可用性高,扩展性好,系统性能稳定,操作简单便捷。

权利要求书

权利要求书
1.  一种电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:包括机柜、外部服务器、外部管理分析平台和一个或多个变电设备测点传感器,还包括设置于机柜下部的一个或多个下部计算存储服务器,设置于机柜中部的电源模块和千兆管理网络模块,从上到下依次设置于机柜上部的万兆光纤数据网路模块、一个或多个上部计算存储服务器以及一个或多个高性能计算存储服务器,万兆光纤数据网路模块和千兆管理网络模块分别与下部计算存储服务器、上部计算存储服务器以及高性能计算存储服务器连接,万兆光纤数据网路模块还分别与一个或多个外部管理分析平台和外部服务器连接,一个或多个变电设备测点传感器连接外部服务器;
其中,外部管理分析平台包括大数据分析平台和电力应用分析模块;
大数据分析平台包括:
大数据管理模块,用于安装、部署、配置、监控、权限安全和访问的控制管理;
算法库模块,集成了多个算法数据库,用于数据库模型的设置建立、控制和处理;
引擎模块,用于数据的学习、查询和计算;
电力应用分析模块封装了电力业务模型库,用于基于电力设备配置设备参数,建立电力业务分析模型;
高性能计算存储服务器包括1个图形处理器GPU,电源模块通过一单独的电源连接高性能计算存储服务器中的图形处理器GPU,实行单独的供电。

2.  如权利要求1所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:下部计算存储服务器、上部计算存储服务器和高性能计算服务器分别还包括2路CPU处理器。

3.  如权利要求2所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:还包括设置于柜体背面的风扇和风扇控制器,电源模块还与风扇控制器连接,风扇控制器与风扇连接。

4.  如权利要求1-3任一项所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:图形处理器GPU的型号为NVIDIA Tesla K40。

5.  如权利要求1所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:所述算法库为Mahout分布式算法库、Hive数据仓库、Hbose分布式NoSQL数据库中、Mllib内存机器学习库的一个或多个。

6.  如权利要求1或5所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:所述引擎模块为SparkSQL数据库查询引擎、Spark内存计算引擎、MapReduce分布式批量计算引擎中的一个或多个。

7.  如权利要求6所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:下部计算存储服务器、上部计算存储服务器和高性能计算存储服务器都采用机架式结构,每一个 计算存储服务器都包括:包括2路CPU处理器为intel至强E5-2620v2型处理器,内存为16G*8,DDR3,ECC,频率≥1333MHz;还包括企业级800G固态硬盘SSD;还包括3.5寸企业级硬盘:2T*10,SATA,7200rpm,6G接口带宽,并且支持热插拔。

8.  如权利要求1-3,5,7任一项所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:机柜内还设置温度传感器,用于测量机柜内的温度,风扇控制器根据机柜内的温度进行分级控制风扇的输出功率,满足:
P=0.9SE]]>
1级:当0≤P≤0.25,输出40%功率;
2级:当0.25<P≤0.5,输出65%功率;
3级:当0.5<P≤0.8,输出85%功率;
4级:当0.8<P≤1,输出100%功率;
其中S为温度传感器测得的机柜内温度,E为大数据管理分析系统正常工作时的最大允许温度,P为温度控制参数。

9.  如权利要求1-8所述的电力设备监控数据的分析系统,其特征在于:风扇以风扇窗为载体,每个风扇窗内包括3个并排设置的风扇,设置时将中间风扇的功率设置为大于两边的风扇。

10.  一种利用权利要求1-9中任一项所述的电力设备监控数据的分析系统的电力设备监控数据的分析方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)初始化,利用大数据管理模块对大数据管理分析系统中的各个部件进行安装、部署、配置、监控、权限安全和访问的控制管理,并且将每组风扇窗中的中间的风扇的功率设置为大于同组两边的风扇的功率,风扇窗设置为相对于柜体带有一定角度的斜坡;通过一单独的电源连接高性能计算存储服务器中的图形处理器GPU,实行单独的供电;
(2)基于电力设备配置设备参数,利用封装在电力应用分析模块中的电力业务模型,建立大数据管理分析系统的电力业务分析模型;
(3)利用温度传感器实时测量机柜内温度值,风扇控制器根据机柜内的温度进行分级控制风扇的输出功率;
(4)通过变电设备测点传感器实时的获取变电设备测点太阳城集团,并且将获得变电设备测点太阳城集团发送给实时数据库,实时数据库将接收到的变电设备测点太阳城集团按照标准的封包格式进行封包,将封包后的数据进行推送,推送到实时数据库中的内存数据库中的与测点太阳城集团对应的实时数据库中的缓存区中,对内存数据库缓存区中的数据进行解析,得到与各设备测点对应的数据,之后将解析后的数据在实时数据库中的存储器中进行存储;
(5)当接收到发送命令时,实时数据库将存储的变电设备测点太阳城集团发送给万兆光纤数据网路模块;
(6)万兆光纤数据网路模块将接收到的变电设备测点太阳城集团分配后,分别发送给机柜内的计算存储服务器进行计算处理,经过计算处理后的变电设备测点太阳城集团数据经千兆管理网络模块传输给计算存储服务器中的存储器;
(7)重复步骤(2)-(6),利用外部管理分析平台,根据用户的请求向电力设备监测装置发出查询、统计、分析和/或处理操作请求,通过可视化处理后向用户实时展示。

说明书

说明书一种电力设备监控数据的分析系统及其方法
技术领域
本发明涉及电力设备监测分析应用领域,具体涉及到一种电力设备监控数据的分析系统及其方法。
背景技术
目前,为了保证电网安全、稳定、高效运行,通常会进行变电设备状态监测,将监测到的设备测点数据存储到实时数据库,并周期性的将实时数据库中数据转存到历史数据库,为设备故障预警及监测提供分析数据。在实际监测场景中,由于电力设备监测数据量大,数据规模的急剧膨胀,以及随着科技的进步和全方位集成分析处理的发展要求,传统的数据库已经不能满足存储和集成分析处理的要求。
随着计算机技术的飞速发展,各行业的数据急速增长,数据量变的越来越大,类型也越来越多,数据结构也趋于复杂化,传统的数据库不但各设备独立,并且需要较大的部署空间,存在不易部署、成本较高等缺点,不能满足用户的一般要求。大数据一体机及其数据库的出现和发展成了新兴的发展趋势,然而,目前并没有专门针对电力行业设计和使用的满足大数据处理和存储的电力设备监控数据的分析系统及其方法。并且,电力设备监控数据的分析系统集成了计算单元(高性能计算单元)、存储单元、通讯单元、管理单元等IT基础设施模块,其整体工作温度较高,通常情况下计算存储服务器都采用同一电源进行供电,但是当设置包括GPU的高性能计算服务器时,现有技术中的使得这样的供电方式经常会造成电压的不稳定,有可能由于过高的温度烧毁元器件,也容易烧毁GPU,系统长太阳城集团工作易死机,易损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种面向电力行业大数据应用场景,软硬一体、模块化、性能稳定、电力业务可定制的基于电力应用的大数据管理分析系统及其方法。
本发明提供了一种电力设备监控数据的分析系统,包括机柜、外部服务器、外部管理分析平台和一个或多个变电设备测点传感器,还包括设置于机柜下部的一个或多个下部计算存储服务器,设置于机柜中部的电源模块和千兆管理网络模块,从上到下依次设置于机柜上部的万兆光纤数据网路模块、一个或多个上部计算存储服务器以及一个或多个高性能计算存储服务器,万兆光纤数据网路模块和千兆管理网络模块分别与下部计算存储服务器、上部计算存储服务器以及高性能计算存储服务器连接,万兆光纤数据网路模块还分别与一个或多个外部管理分析平台和外部服务器连接,一个或多个变电设备测点传感器连接外部服务器;
其中,外部管理分析平台包括大数据分析平台和电力应用分析模块;
大数据分析平台包括:
大数据管理模块,用于安装、部署、配置、监控、权限安全和访问的控制管理;
算法库模块,集成了多个算法数据库,用于数据库模型的设置建立、控制和处理;
引擎模块,用于数据的学习、查询和计算;
电力应用分析模块封装了电力业务模型库,用于基于电力设备配置设备参数,建立电力业务分析模型;
高性能计算存储服务器包括1个图形处理器GPU,电源模块通过一单独的电源连接高性能计算存储服务器中的图形处理器GPU,实行单独的供电。
优选地,下部计算存储服务器、上部计算存储服务器和高性能计算服务器分别还包括2路CPU处理器。
优选地,还包括设置于柜体背面的风扇和风扇控制器,电源模块还与风扇控制器连接,风扇控制器与风扇连接。
优选地,图形处理器GPU的型号为NVIDIA Tesla K40。
优选地,所述算法库为Mahout分布式算法库、Hive数据仓库、Hbose分布式NoSQL数据库中、Mllib内存机器学习库的一个或多个。
优选地,所述引擎模块为SparkSQL数据库查询引擎、Spark内存计算引擎、MapReduce分布式批量计算引擎中的一个或多个。
优选地,下部计算存储服务器、上部计算存储服务器和高性能计算存储服务器都采用机架式结构,每一个计算存储服务器都包括:包括2路CPU处理器为intel至强E5-2620v2型处理器,内存为16G*8,DDR3,ECC,频率≥1333MHz;还包括企业级800G固态硬盘SSD;还包括3.5寸企业级硬盘:2T*10,SATA,7200rpm,6G接口带宽,并且支持热插拔。
优选地,机柜内还设置温度传感器,用于测量机柜内的温度,风扇控制器根据机柜内的温度进行分级控制风扇的输出功率,满足:
P=0.9SE]]>
1级:当0≤P≤0.25,输出40%功率;
2级:当0.25<P≤0.5,输出65%功率;
3级:当0.5<P≤0.8,输出85%功率;
4级:当0.8<P≤1,输出100%功率;
其中S为温度传感器测得的机柜内温度,E为大数据管理分析系统正常工作时的最大允许温度,P为温度控制参数。
优选地,风扇以风扇窗为载体,每个风扇窗内包括3个并排设置的风扇,设置时将中间风扇的功率设置为大于两边的风扇。
本发明还提供一种电力设备监控数据的分析方法,包括如下步骤:
(1)初始化,利用大数据管理模块对大数据管理分析系统中的各个部件进行安装、部署、配置、监控、权限安全和访问的控制管理,并且将每组风扇窗中的中间的风扇的功率设置为大于同组两边的风扇的功率,风扇窗设置为相对于柜体带有一定角度的斜坡;通过一单独的电源连接高性能计算存储服务器中的图形处理器GPU,实行单独的供电;
(2)基于电力设备配置设备参数,利用封装在电力应用分析模块中的电力业务模型,建立大数据管理分析系统的电力业务分析模型;
(3)利用温度传感器实时测量机柜内温度值,风扇控制器根据机柜内的温度进行分级控制风扇的输出功率;
(4)通过变电设备测点传感器实时的获取变电设备测点太阳城集团,并且将获得变电设备测点太阳城集团发送给实时数据库,实时数据库将接收到的变电设备测点太阳城集团按照标准的封包格式进行封包,将封包后的数据进行推送,推送到实时数据库中的内存数据库中的与测点太阳城集团对应的实时数据库中的缓存区中,对内存数据库缓存区中的数据进行解析,得到与各设备测点对应的数据,之后将解析后的数据在实时数据库中的存储器中进行存储;
(5)当接收到发送命令时,实时数据库将存储的变电设备测点太阳城集团发送给万兆光纤数据网路模块;
(6)万兆光纤数据网路模块将接收到的变电设备测点太阳城集团分配后,分别发送给机柜内的计算存储服务器进行计算处理,经过计算处理后的变电设备测点太阳城集团数据经千兆管理网络模块传输给计算存储服务器中的存储器;
(7)重复步骤(2)-(6),利用外部管理分析平台,根据用户的请求向电力设备监测装置发出查询、统计、分析和/或处理操作请求,通过可视化处理后向用户实时展示。
本发明与现有技术相比,可以实现:
1)针对电力行业设计和使用了大数据一体机,为电力行业的大数据分析提供了基础;
2)全分布式大数据处理架构,将复杂的计算单元(高性能计算单元)、存储单元、通讯单元、管理单元等IT基础设施模块进行集成,提供开箱即用(Readto Run)的完整设备,进行整体性能调优,避免由于各设备生产商执行标准不一致造成的功能、性能损失,提升设备可用性。
3)根据大数据分析平台内存计算(提升计算效率)、流式计算(应对实时计算需求)等计算特点对硬件系统进行定制优化,内存-SSD-HDD三层存储体系有效缓解内存压力,万兆光纤网络的使用,提升了各节点的通信速率,以应对大规模并行计算需求;
4)对GPU单独的供电方式,系统的性能得到了大幅度的改善,连续运行的太阳城集团明显增加,并且死机频率大幅度下降;
5)系统扩展线性增长,产品提供从1/4配置、1/2配置、满配置一直可扩展到多机柜配置等多种集群系统初始配置规模,根据项目实际需求灵活配置产品,不需要为后期系统升级预购设备。当系统出现性能瓶颈时,按需线性扩展系统。
附图说明
图1电力设备监控数据的分析系统示意图
图2柜体后视图
图3电源模块供电示意图
图4外部管理分析平台
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施,有必要在此指出的是,以下实施只是用于本发明的进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整,仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种电力设备监控数据的分析系统,如附图1所示,系统包括机柜9、外部服务器8、外部管理分析平台12和一个或多个变电设备测点传感器7,还包括设置于机柜9下部的一个或多个下部计算存储服务器5,设置于机柜中部的电源模块4和千兆管理网络模块3,从上到下依次设置于机柜9上部的万兆光纤数据网路模块1、一个或多个上部计算存储服务器6以及一个或多个高性能计算存储服务器2,电源模块4分别与下部计算存储服务器5,上部计算存储服务器6、千兆管理网络模块3、万兆光纤数据网路模块1、高性能计算存储服务器2连接,用于提供电源。其中,变电设备测点传感器7的输出端连接实时数据库8输入端,实时数据库8输出端与万兆光纤数据网路模块1的输入端连接。首先,系统进行初始化,通过外部显示控制器12对监控装置中的各个部件进行参数设置,然后变电设备测点传感器7实时的获取变电设备测点太阳城集团,例如油中气体太阳城集团、局部放电太阳城集团、电气量太阳城集团、线圈变形太阳城集团、温度太阳城集团、在线红外成像太阳城集团等,变电设备测点传感器7获取变电设备测点太阳城集团后,将获取的变电设备测点太阳城集团发送给实时数据库8,实时数据库8将接收到的变电设备测点太阳城集团按照标准的封包格式(例如JSON格式)进行封包,将封包后的数据进行推送,推送到实时数据库8中的内存数据库中与测点太阳城集团对应的实时数据库8中的缓存区中,对内存数据库缓存区中的数据进行解析,得到与各设备测点对应的数据,之后将解析后的数据在实时数据库8中的存储器中进行存储。
当接收到发送命令时,实时数据库8将存储的变电设备测点太阳城集团发送给万兆光纤数据网路模块1;万兆光纤数据网路模块1分别与下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6以及高性能计算存储服务器2连接,用于将从实时数据库8接收到的变电设备测点太阳城集团分配后,分别发送给下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6以及高性能计算存储服务器2进行计算处理,经过计算处理后的变电设备测点太阳城集团数据经千兆管理网络模块3传输给下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6和/或高性能计算存储服务器2中的存储器中。万兆光纤数据网路模块1还与外部管理分析平台12连接,如图4所示,外部管理分析平台12包括大数据分析平台13和电力应用分析模块14,其中大数据分析平台13包括大数据管理模块,用于安装、部署、配置、监控、权限安全和访问的控制管理;还包括算法库模块,集成了多个算法数据库(例如Mahout分布式算法库、Hive数据仓库、Hbose分布式NoSQL数据库、Mllib内存机器学习库等),用于数据库模型的设置建立、 控制和处理;还包括多个引擎模块(SparkSQL数据库查询引擎、Spark内存计算引擎、MapReduce分布式批量计算引擎等),用于数据的学习、查询、计算;电力应用分析模块14,封装了电力业务模型库,用于基于电力设备配置设备参数,建立电力业务分析模型。用户可以通过外部管理分析平台12发出请求,向电力设备实时监控装置进行查询、统计、分析、处理等操作请求,通过可视化处理后向用户展示。
系统运行过程中,柜体9内设置的设施模块发热,使得机箱内的空气同时被加热并且难以流动散去,柜机内的温度升高,而空气的换气流动可以将设施模块热量流动带走,使得柜体9内的设施模块温度下降,柜体9内的温度也会随之下降,为了降低机柜内的温度,如附图2所示,电力设备监控数据的分析系统还包括设置于柜体9背面的风扇10和风扇控制器11。电源模块4分别与下部计算存储服务器5,上部计算存储服务器6、千兆管理网络模块3、万兆光纤数据网路模块1、高性能计算存储服务器2和风扇控制器9连接,用于提供电源,风扇控制器11与风扇10连接,用于控制风扇10运行。这样保证了监控装置能够长太阳城集团的正常工作,但是如果所有的风扇都开启,则会使得系统耗电量增大,并且电源的负荷增大,系统的稳定性也会下降,因此,机柜内还设置温度传感器,用于测量机柜内的温度,风扇控制器根据机柜内的温度进行分级控制风扇的输出功率,其中满足:
P=0.9SE]]>
1级:当0≤P≤0.25,输出40%功率;
2级:当0.25<P≤0.5,输出65%功率;
3级:当0.5<P≤0.8,输出85%功率;
4级:当0.8<P≤1,输出100%功率;
其中S为温度传感器测得的机柜内温度,E为电力设备监控数据的分析系统正常工作时的最大允许温度,P为温度控制参数。并且,风扇10以风扇窗为载体,每个风扇窗内包括3个并排设置的风扇10,设置时将中间风扇的功率设置为大于两边的风扇,这样更有利于空气从机柜的侧面流动,散热效果更佳。
下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6和高性能计算服务器2分别包括2路CPU处理器,高性能计算存储服务器还包括1个图形处理器GPU。通常情况下计算存储服务器都采用同一电源进行供电,但是由于设置了包括图形处理器GPU的高性能计算存储服务器,使得这样的供电方式经常会造成电压的不稳定,电力设备监控数据的分析系统容易死机,并且容易烧毁GPU,经过研究本实用新型将电源模块4的供电方式进行改进,如附图3所示,电源模块4分别与下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6以及高性能计算存储服务器2连接,用于对下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6以及高性能计算存储服务器2供电,此外,电源模块4通过一单独的电源连接高性能计算存储服务器2中的图形处理器GPU,实行单独的供电,经过试验后发现采用这样的供电方式后,电力设备监控数据的分析系统的性能得到了大幅度的改善,连续运行的太阳城集团明显增加, 并且死机频率大幅度下降。
下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6结构类似,都采用机架式结构,下部计算存储服务器5、上部计算存储服务器6通过柜体内的L型导轨安装于机柜中,并且每一个计算存储服务器都包括2路intel至强E5-2620v2型处理器,内存为16G*8,DDR3,ECC,频率≥1333MHz,还包括企业级800G固态硬盘SSD,3.5寸企业级硬盘为2T*10,SATA,7200rpm,6G接口带宽,并且支持热插拔,网卡为万兆口*2,并且还包括单独的单独管理网口(RJ45)SAS卡:LSI SAS2308主控,支持raid 1.0。
高性能计算存储服务器2和计算存储服务器结构类似,其不但具有计算存储服务器结构,还包括1个e*8PCIE扩展槽,除此之外与传统的服务器相比,高性能计算存储服务器2额外还包括1个GPU(优选的型号为NVIDIA Tesla K40)。
在优选的实施方式中,机柜1可以为标准的42U机柜,机柜内含L型导轨,导轨高度﹤2.2mm,采用整体集中式供电,电源模块4为5+5冗余供电电源,功率≥19200VA,整体背部散热,风扇窗9组,每组风扇窗3个140*38mm风扇10,风扇10支持热插拔,千兆管理网络模块3包括服务器集中管理模块。
万兆光纤数据网路模块1可以选择为万兆光纤交换机(优选的型号为锐捷RG-S6220,48口光纤交换机,配置光纤模块。
对于机柜的配置,可以根据实际的需求进行配置,例如1/4配置、1/2配置、满配置一直可扩展到多机柜配置等多种集群系统初始配置规模。
尽管为了说明的目的,已描述了本发明的示例性实施方式,但是本领域的技术人员将理解,不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下,可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变,而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围,并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤,可以以任意组合的形式组合在一起。因此,对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围,而是用于描述本发明。相应地,本发明的范围不受以上实施方式的限制,而是由权利要求或其等同物进行限定。

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