專利名稱：基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)及其仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，尤其涉及一種基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)及其仿真方法。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)數(shù)值仿真軟件已經(jīng)在諸多方面有了很大的提高和改善，仿真規(guī)模不斷擴(kuò)大、計(jì)算速度和精度不斷提高、新功能以及新模型不斷增加、用戶界面更加友好、自定義功能日漸完善，但軟件系統(tǒng)的開放性依然不足，軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)依然有諸多限制。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)中大量計(jì)算機(jī)資源處于閑置狀態(tài)，利用率很低。具體而言，首先，目前的大多數(shù)電力系統(tǒng)數(shù)值仿真軟件未能提供很好的應(yīng)用程序接口 API，不能使用戶充分利用現(xiàn)有的軟件核心(計(jì)算引擎)，通過(guò)二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)自己的高級(jí)分析任務(wù)。其次，軟件依然是傳統(tǒng)的集中式安裝模式，即軟件完全安裝于用戶的計(jì)算機(jī)上。一方面，用戶計(jì)算機(jī)性能水平高低將影響軟件工作的效率；另一方面，軟件計(jì)算引擎的更新和升級(jí)十分繁瑣，且容易發(fā)生不兼容的情況。最后，對(duì)于用戶而言，購(gòu)買一套商業(yè)的電力系統(tǒng)數(shù)值仿真軟件價(jià)格依然昂貴，尚無(wú)一種將電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算作為服務(wù)提供給用戶使用的平臺(tái)，更沒(méi)有考慮到利用網(wǎng)絡(luò)中大量閑置的計(jì)算資源來(lái)構(gòu)建這樣一個(gè)平臺(tái)，使得用戶能夠以極低的成本甚至免費(fèi)使用電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算系統(tǒng)。在各類組織或機(jī)構(gòu)中，大量的硬件資源和軟件資源長(zhǎng)時(shí)間處于閑置狀態(tài)，即普遍存在資源利用率低的問(wèn)題。就硬件資源而言，一般來(lái)講，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的平均CPU利用率能達(dá)到20%已屬高利用率。實(shí)際情況是有大量的服務(wù)器利用率一直保持在10%到15%之間，不僅浪費(fèi)了大量的計(jì)算資源，更消耗了相當(dāng)?shù)碾娏δ茉矗斐闪藰O大的浪費(fèi)。就軟件資源而言，各類組織或者機(jī)構(gòu)，尤其是高校各個(gè)學(xué)院，都有自己研發(fā)的應(yīng)用軟件。這些軟件大多數(shù)尚未達(dá)到商業(yè)軟件的標(biāo) 準(zhǔn)，組織機(jī)構(gòu)無(wú)法對(duì)外出售獲利，同時(shí)亦不愿將軟件完全贈(zèng)送給他人使用。然而這些軟件確實(shí)有一定的應(yīng)用價(jià)值，可惜除了擁有者自身使用之外，沒(méi)有能夠提供一個(gè)平臺(tái)，開放這些軟件的應(yīng)用，使這些軟件資源得到更好的利用。所以，應(yīng)當(dāng)考慮在不影響資源提供者正常工作的情況下，實(shí)現(xiàn)各類資源的共享，提高硬件設(shè)備和軟件資源的利用率。云計(jì)算資源共享的理念和服務(wù)方式為解決上述問(wèn)題提供了思路:將各種硬件和軟件計(jì)算資源放入云端的資源池，云端負(fù)責(zé)對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行監(jiān)控和管理，讓客戶端的用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程云服務(wù)的申請(qǐng)和使用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)及其仿真方法?！N基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)，它分為客戶端和云端，所述云端由調(diào)度中心和資源池組成；其中調(diào)度中心包括若干監(jiān)控員模塊、監(jiān)控管家模塊和接待員模塊；接待員模塊接收來(lái)自客戶端的服務(wù)申請(qǐng)，并按照服務(wù)申請(qǐng)隊(duì)列向監(jiān)控管家模塊發(fā)送信息，監(jiān)控管家模塊與各監(jiān)控員模塊通信；所述資源池包括若干可用資源設(shè)備，每臺(tái)資源設(shè)備上都安裝了電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算引擎，同時(shí)包括至少一個(gè)服務(wù)接口 ；各服務(wù)接口與調(diào)度中心的各監(jiān)控員模塊一一對(duì)應(yīng)；監(jiān)控員模塊監(jiān)視服務(wù)接口所在資源設(shè)備的CPU利用率和內(nèi)存利用率的實(shí)時(shí)信息，并在必要時(shí)將監(jiān)控管家模塊的命令發(fā)送給服務(wù)接口；監(jiān)控管家模塊負(fù)責(zé)管理所有監(jiān)控員模塊，在調(diào)度中心顯示各服務(wù)接口的具體信息，并在收到接待員模塊發(fā)來(lái)的服務(wù)申請(qǐng)時(shí)為其查找出當(dāng)前可用的最空閑資源設(shè)備；接待員模塊負(fù)責(zé)為服務(wù)申請(qǐng)隊(duì)列中的客戶端向監(jiān)控管家模塊查詢可用資源設(shè)備，當(dāng)查到有可用資源設(shè)備時(shí)，即將包含資源設(shè)備IP地址、服務(wù)端口、驗(yàn)證碼的密匙發(fā)送給客戶端，同時(shí)此驗(yàn)證碼由監(jiān)控管家模塊通過(guò)監(jiān)控員模塊發(fā)送給服務(wù)接口 ；當(dāng)沒(méi)有可用資源設(shè)備時(shí)，返回?zé)o可用資源設(shè)備即無(wú)法提供服務(wù)的信息；客戶端僅在申請(qǐng)服務(wù)時(shí)才與調(diào)度中心交互，申請(qǐng)成功后便只與實(shí)際的資源設(shè)備交互，通過(guò)發(fā)送計(jì)算命令調(diào)用資源設(shè)備上的電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算引擎，完成高級(jí)分析任務(wù)。所述資源設(shè)備可設(shè)置服務(wù)接口的監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，即在連接到調(diào)度中心的情況下，決定是否提供服務(wù)；當(dāng)服務(wù)接口被設(shè)置為不監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)時(shí)，調(diào)度中心不會(huì)把服務(wù)任務(wù)交給該資源設(shè)備。所述客戶端和資源設(shè)備均包含:函數(shù)單元和通訊單元；而資源設(shè)備還包含一個(gè)服務(wù)單元；其中，函數(shù)單元采用接口函數(shù)API，定義了所有可供用戶調(diào)用的函數(shù)，這些函數(shù)的集合即為制定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù):一張規(guī)范化的函數(shù)表；通訊單元負(fù)責(zé)將函數(shù)單元按統(tǒng)一規(guī)約整理好的消息發(fā)送至對(duì)端，并處理資源設(shè)備服務(wù)接口暫不可用的情況；資源設(shè)備負(fù)責(zé)運(yùn)行計(jì)算引擎、管理數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)文件工作。所述資源設(shè)備包括計(jì)算引擎、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)管理三大模塊；計(jì)算引擎部分包含各種電力系統(tǒng)分析程序的EXE和DLL，它們根據(jù)需要替換；數(shù)據(jù)文件部分包含需要的輸入文件和輸出文件；數(shù)據(jù)管理部分負(fù)責(zé)這些數(shù)據(jù)文件的輸入和輸出工作，以及內(nèi)部原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)的保存和修改；根據(jù)用戶的具體命令，資源設(shè)備或是完成對(duì)計(jì)算引擎中的具體分析程序的調(diào)用，或是通過(guò)數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的設(shè)置、讀取和修改，最終將結(jié)果打包成消息返回。一種采用基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)的仿真方法，它的工作流程分為服務(wù)申請(qǐng)階段和服務(wù)提供階段兩個(gè)過(guò)程:服務(wù)申請(qǐng)階段:客戶端發(fā)出請(qǐng)求命令，送入調(diào)度中心；調(diào)度中心根據(jù)現(xiàn)有各資源設(shè)備的使用情況即各資源設(shè)備發(fā)送來(lái)的本機(jī)CPU利用率和內(nèi)存利用率信息，利用可用計(jì)算能力指標(biāo)選出當(dāng)下計(jì)算能力最強(qiáng)的資源設(shè)備，并把包含有此資源設(shè)備IP地址、監(jiān)聽(tīng)端口和校驗(yàn)碼的密匙發(fā)送給客戶端，同時(shí)也把此校驗(yàn)碼發(fā)送給選中的資源設(shè)備，校驗(yàn)碼用于確認(rèn)服務(wù)提供階段客戶端與選中資源設(shè)備連接是否正確；服務(wù)提供階段:客戶端與分配到的資源設(shè)備直接交互，通過(guò)發(fā)送計(jì)算命令調(diào)用資源設(shè)備上的電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算引擎， 完成高級(jí)分析任務(wù)。所述云端調(diào)度中心根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力指標(biāo)和計(jì)算機(jī)可用計(jì)算能力指標(biāo)選出當(dāng)下計(jì)算能力最強(qiáng)的資源設(shè)備；其具體過(guò)程為:為了比較不同資源設(shè)備的性能，采用實(shí)際工作負(fù)載驅(qū)動(dòng)測(cè)試的方法進(jìn)行比較:在申請(qǐng)調(diào)度中心監(jiān)聽(tīng)連接成功后，除服務(wù)接口外關(guān)閉其他可以暫時(shí)退出的應(yīng)用程序，然后向調(diào)度中心申請(qǐng)本資源設(shè)備的計(jì)算能力測(cè)試，調(diào)度中心將在等待一小段時(shí)間后開始模擬客戶端完成所有應(yīng)用程序接口 API的調(diào)用，本資源設(shè)備將會(huì)響應(yīng)API提供對(duì)應(yīng)的服務(wù)，與此同時(shí)，調(diào)度中心記錄下本次測(cè)試的起止時(shí)刻以及工作時(shí)間段內(nèi)的CPU利用率和內(nèi)存利用率，最后根據(jù)式(I)計(jì)算出該設(shè)備在最大空閑狀態(tài)下的計(jì)算能力指標(biāo)值:
權(quán)利要求
1.一種基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)，它分為客戶端和云端，其特征是，所述云端由調(diào)度中心和資源池組成； 其中調(diào)度中心包括若干監(jiān)控員模塊、監(jiān)控管家模塊和接待員模塊；接待員模塊接收來(lái)自客戶端的服務(wù)申請(qǐng)，并按照服務(wù)申請(qǐng)隊(duì)列向監(jiān)控管家模塊發(fā)送信息，監(jiān)控管家模塊與各監(jiān)控員模塊通信； 所述資源池包括若干可用資源設(shè)備，每臺(tái)資源設(shè)備上都安裝了電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算引擎，同時(shí)包括 至少一個(gè)服務(wù)接口 ；各服務(wù)接口與調(diào)度中心的各監(jiān)控員模塊一一對(duì)應(yīng)； 監(jiān)控員模塊監(jiān)視服務(wù)接口所在資源設(shè)備的CPU利用率和內(nèi)存利用率的實(shí)時(shí)信息，并在必要時(shí)將監(jiān)控管家模塊的命令發(fā)送給服務(wù)接口； 監(jiān)控管家模塊負(fù)責(zé)管理所有監(jiān)控員模塊，在調(diào)度中心顯示各服務(wù)接口的具體信息，并在收到接待員模塊發(fā)來(lái)的服務(wù)申請(qǐng)時(shí)為其查找出當(dāng)前可用的最空閑資源設(shè)備； 接待員模塊負(fù)責(zé)為服務(wù)申請(qǐng)隊(duì)列中的客戶端向監(jiān)控管家模塊查詢可用資源設(shè)備，當(dāng)查到有可用資源設(shè)備時(shí)，即將包含資源設(shè)備IP地址、服務(wù)端口、驗(yàn)證碼的密匙發(fā)送給客戶端，同時(shí)此驗(yàn)證碼由監(jiān)控管家模塊通過(guò)監(jiān)控員模塊發(fā)送給服務(wù)接口；當(dāng)沒(méi)有可用資源設(shè)備時(shí)，返回?zé)o可用資源設(shè)備即無(wú)法提供服務(wù)的信息； 客戶端僅在申請(qǐng)服務(wù)時(shí)才與調(diào)度中心交互，申請(qǐng)成功后便只與實(shí)際的資源設(shè)備交互，通過(guò)發(fā)送計(jì)算命令調(diào)用資源設(shè)備上的電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算引擎，完成高級(jí)分析任務(wù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)，其特征是，所述資源設(shè)備可設(shè)置服務(wù)接口的監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，即在連接到調(diào)度中心的情況下，決定是否提供服務(wù)；當(dāng)服務(wù)接口被設(shè)置為不監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)時(shí)，調(diào)度中心不會(huì)把服務(wù)任務(wù)交給該資源設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)，其特征是，所述客戶端和資源設(shè)備均包含:函數(shù)單元和通訊單元；而資源設(shè)備還包含一個(gè)服務(wù)單元；其中，函數(shù)單元采用接口函數(shù)API，定義了所有可供用戶調(diào)用的函數(shù)，這些函數(shù)的集合即為制定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù):一張規(guī)范化的函數(shù)表；通訊單元負(fù)責(zé)將函數(shù)單元按統(tǒng)一規(guī)約整理好的消息發(fā)送至對(duì)端，并處理資源設(shè)備服務(wù)接口暫不可用的情況；資源設(shè)備負(fù)責(zé)運(yùn)行計(jì)算引擎、管理數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)文件工作。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)，其特征是，所述資源設(shè)備包括計(jì)算引擎、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)管理三大模塊；計(jì)算引擎部分包含各種電力系統(tǒng)分析程序的EXE和DLL，它們根據(jù)需要替換；數(shù)據(jù)文件部分包含需要的輸入文件和輸出文件；數(shù)據(jù)管理部分負(fù)責(zé)這些數(shù)據(jù)文件的輸入和輸出工作，以及內(nèi)部原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)的保存和修改；根據(jù)用戶的具體命令，資源設(shè)備或是完成對(duì)計(jì)算引擎中的具體分析程序的調(diào)用，或是通過(guò)數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的設(shè)置、讀取和修改，最終將結(jié)果打包成消息返回。
5.一種米用權(quán)利要求1所述的基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)的仿真方法，其特征是，它的工作流程分為服務(wù)申請(qǐng)階段和服務(wù)提供階段兩個(gè)過(guò)程: 服務(wù)申請(qǐng)階段:客戶端發(fā)出請(qǐng)求命令，送入調(diào)度中心；調(diào)度中心根據(jù)現(xiàn)有各資源設(shè)備的使用情況即各資源設(shè)備發(fā)送來(lái)的本機(jī)CPU利用率和內(nèi)存利用率信息，利用可用計(jì)算能力指標(biāo)選出當(dāng)下計(jì)算能力最強(qiáng)的資源設(shè)備，并把包含有此資源設(shè)備IP地址、監(jiān)聽(tīng)端口和校驗(yàn)碼的密匙發(fā)送給客戶端，同時(shí)也把此校驗(yàn)碼發(fā)送給選中的資源設(shè)備，校驗(yàn)碼用于確認(rèn)服務(wù)提供階段客戶端與選中資源設(shè)備連接是否正確； 服務(wù)提供階段:客戶端與分配到的資源設(shè)備直接交互，通過(guò)發(fā)送計(jì)算命令調(diào)用資源設(shè)備上的電力系統(tǒng)數(shù)值仿真計(jì)算引擎，完成高級(jí)分析任務(wù)。
6.如權(quán)利要求5所述的仿真方法，其特征是，所述云端調(diào)度中心根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力指標(biāo)和計(jì)算機(jī)可用計(jì)算能力指標(biāo)選出當(dāng)下計(jì)算能力最強(qiáng)的資源設(shè)備；其具體過(guò)程為: 為了比較不同資源設(shè)備的性能，采用實(shí)際工作負(fù)載驅(qū)動(dòng)測(cè)試的方法進(jìn)行比較:在申請(qǐng)調(diào)度中心監(jiān)聽(tīng)連接成功后，除服務(wù)接口外關(guān)閉其他可以暫時(shí)退出的應(yīng)用程序，然后向調(diào)度中心申請(qǐng)本資源設(shè)備的計(jì)算能力測(cè)試，調(diào)度中心將在等待一小段時(shí)間后開始模擬客戶端完成所有應(yīng)用程序接口 API的調(diào)用，本資源設(shè)備將會(huì)響應(yīng)API提供對(duì)應(yīng)的服務(wù)，與此同時(shí)，調(diào)度中心記錄下本次測(cè)試的起止時(shí)刻以及工作時(shí)間段內(nèi)的CPU利用率和內(nèi)存利用率，最后根據(jù)式(I)計(jì)算出該設(shè)備在最大空閑狀態(tài)下的計(jì)算能力指標(biāo)值:
7.如權(quán)利要求5所述的仿真方法，其特征是，所述客戶端只通過(guò)兩條應(yīng)用程序接口API命令，即可完成資源申請(qǐng)和釋放的所有工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于云技術(shù)的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)及其仿真方法?？蛻舳擞脩羰紫认蛟贫苏{(diào)度中心提出服務(wù)申請(qǐng)，申請(qǐng)成功后才能獲得具體服務(wù)，服務(wù)由資源池中被選中的資源設(shè)備提供。云端調(diào)度中心的任務(wù)分配策略基于所提出的計(jì)算機(jī)可用計(jì)算能力指標(biāo)，平衡了資源池中各資源設(shè)備上的負(fù)載，使資源提供者在不影響自身工作的情況下，實(shí)現(xiàn)空閑硬件資源的共享，同時(shí)，軟件計(jì)算引擎也具有維護(hù)升級(jí)十分方便的優(yōu)勢(shì)。因此，這種基于云理念的開放式電力系統(tǒng)數(shù)值仿真系統(tǒng)不僅能大大提高電力系統(tǒng)高級(jí)分析程序二次開發(fā)的效率和靈活性，更有利于提高各類硬件和軟件資源的利用率。
文檔編號(hào)G06F9/50GK103246546SQ201310165139
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者張恒旭, 呂文欣 申請(qǐng)人:山東大學(xué)