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基于计算与存储分离的Key-Value数据库的研究与实现

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基于计算与存储分离的Key-Value数据库的研究与实现

作者：何毅帆电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着互联网的普及与大数据的蓬勃发展,各大云服务提供商和各大电商的业务不断扩张,数据量呈爆发式增长,海量数据的存储与管理给分布式数据库系统带来严峻的挑战。传统分布式数据库架构的一个显著特点是计算(查询解析、查询优化等... 详细信息

近年来,随着互联网的普及与大数据的蓬勃发展,各大云服务提供商和各大电商的业务不断扩张,数据量呈爆发式增长,海量数据的存储与管理给分布式数据库系统带来严峻的挑战。传统分布式数据库架构的一个显著特点是计算(查询解析、查询优化等)与存储(数据持久化、备份、故障恢复等)在物理上紧耦合,但是该模式下计算与存储业务存在资源竞争,性能相互制约,同时也使得集群难以实现快速弹性扩展,系统调度效率较低。本论文针对以上问题进行深入研究,将数据库这个“黑盒子”打开,研究如何在分布式数据库上实现计算与存储分离,即将查询解析、查询优化等计算逻辑与数据持久化、备份、故障恢复等存储业务在物理上解耦,实现上层计算层无状态,底层存储层池化。同时,由于近年来NoSQL数据库凭借其高可用、高可扩展的优良特性被广泛应用于海量数据管理,因此本论文采用NoSQL中的一个重要分支Key-Value数据模型进行数据库系统的实现。具体而言,本论文主要完成以下工作:(1)深入研究数据库计算与存储分离的意义与可行性,调研当前国内外计算与存储分离数据库系统的发展现状,在充分的调研工作基础上完成本论文系统整体架构设计与功能模块设计。(2)针对计算与存储分离带来的网络IO瓶颈,采取“日志即数据”的设计理念,在计算层与存储层之间传递日志取代真实数据的传递,由存储层自行解析日志实现数据回放。该策略能够有效降低系统网络负载,且不影响计算层的查询计算。(3)针对计算与存储分离带来的计算层缓存数据陈旧问题,提出合理的一致性策略。计算层引入了缓存机制,采用一写多读的方式,能够有效减少数据库查询时计算层访问存储层的网络开销,并提高系统负载能力。(4)开展原型系统的实现,并对已实现的数据库系统进行全面的功能和性能测试。在性能测试上,本系统与紧耦合模式的分布式Key-Value存储系统Pegasus进行对比测试,测试结果证明经过计算与存储分离模式的改造,数据库系统性能符合预期,达到较好的水平。

关键词：分布式数据库计算与存储分离日志同步缓存一致性协议

正常绝缘状态下电流互感器油中氢气异常的机理分析

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电力与电工 2013年第2期33卷 19-23页

作者：何毅帆北京大学化学与分子工程院北京100871

针对倒置式电流互感器非故障状态下绝缘油中单一氢气含量超标的问题,从材料物性、化学反应和分子结构等角度,利用热力学和分子结构动力学方法研究了氢气的来源,认为使用金属膨胀器的倒置式电流互感器绝缘油氢气含量较不使用金属膨胀器... 详细信息

针对倒置式电流互感器非故障状态下绝缘油中单一氢气含量超标的问题,从材料物性、化学反应和分子结构等角度,利用热力学和分子结构动力学方法研究了氢气的来源,认为使用金属膨胀器的倒置式电流互感器绝缘油氢气含量较不使用金属膨胀器的互感器偏高。探讨了绝缘油类型对氢气产率的影响,认为环烷基绝缘油易使氢气含量上升。

关键词：电流互感器氢气金属膨胀器绝缘油结构族

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体湿度检测技术研究

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高压电器 2024年第9期60卷 148-154页

作者：谢成邵先军张伟王鑫丁五行何毅帆国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014 安阳优创实业有限责任公司河南安阳455000 泰普联合科技开发(北京)有限公司北京100096

电气设备中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体的湿度水平影响气体的绝缘性能,定期检测湿度是日常运维工作之一。文中研究采用变电站日常运维中常规的冷镜式露点仪和阻容式湿度计对不同湿度的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体进行检测,实验... 详细信息

电气设备中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体的湿度水平影响气体的绝缘性能,定期检测湿度是日常运维工作之一。文中研究采用变电站日常运维中常规的冷镜式露点仪和阻容式湿度计对不同湿度的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体进行检测,实验表明上述常规湿度检测仪器均不能直接应用于C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的湿度检测。文中将上述冷镜式露点仪进行技术改造后,采用标准湿度的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体对其进行准确度实验,结果表明,改造后的冷镜式露点仪的露点测量误差不超过±0.2℃,且在C_(4)F_(7)N比例不超过12%时可准确检测不低于150μL/L的湿度,满足C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体电气设备的运维要求。上述阻容式湿度计经过C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体湿度发生器重新标定后也可用于C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的湿度检测,露点测量误差不超过±2.0℃。

关键词： C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体湿度检测冷镜式露点仪制冷温度控制

基于SF_6分解产物的GIS设备放电类型与位置的诊断方法

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智能电网 2016年第8期4卷 760-763页

作者：何毅帆国家电网浙江省电力公司电力科学研究院浙江省杭州市310013

针对目前工作中监测SF_6中SO_2、H_2S的浓度无法有效指导放电故障诊断的问题,首先,从SF_6在放电状况下分解的机制出发,分析不同放电类型下不同放电位置SF_6中可能产生的分解产物;提出利用特征值和特征物质种类诊断GIS设备放电类型和位... 详细信息

针对目前工作中监测SF_6中SO_2、H_2S的浓度无法有效指导放电故障诊断的问题,首先,从SF_6在放电状况下分解的机制出发,分析不同放电类型下不同放电位置SF_6中可能产生的分解产物;提出利用特征值和特征物质种类诊断GIS设备放电类型和位置的方法,并在实际案例中得到验证。

关键词： SF6 放电分解气体绝缘开关(gas insulated switcher,GIS) 分解产物故障诊断

基于流体分析的并联电抗器局部放电的识别与定位研究

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浙江电力 2015年第9期34卷 10-14页

作者：何毅帆美国雪城大学L.C.史密斯计算机科学与工程学院美国纽约13244

针对目前电抗器需要进行内检才能确定放电点个数的问题,基于流体力学以及溶质扩散的相关理论,分析了电抗器内部绝缘油的流型特征,建立了不同位置局放后乙炔的运动轨迹及在线气相色谱信号的变化模型,提出了利用在线色谱数据判断局放点数... 详细信息

针对目前电抗器需要进行内检才能确定放电点个数的问题,基于流体力学以及溶质扩散的相关理论,分析了电抗器内部绝缘油的流型特征,建立了不同位置局放后乙炔的运动轨迹及在线气相色谱信号的变化模型,提出了利用在线色谱数据判断局放点数目和位置的方法,并对实际案例进行了分析。结果表明,乙炔在油箱中的运动主要依赖于油箱中绝缘油的流动,呈现出多阶段的振动衰减变化模式,可以利用乙炔浓度曲线的峰值平台期个数和不同采样口间曲线峰值时间指纹判断局放点数目和位置,并在实际案例中得到了验证。

关键词：在线监测并联电抗器局部放电乙炔

基于阻抗谱加窗傅里叶变换的电缆多段缺陷识别方法

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电网与清洁能源 2022年第9期38卷 80-88页

作者：娄为何毅帆曲兰青张浩天穆海宝国家电网有限公司华东分部上海200120 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310004 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049

电缆各类潜伏性缺陷的识别和定位对电力运维具有重要意义,然而现有电缆检测方法无法在故障产生前对电缆老化、局部破损等缺陷检测进行定位。提出了一种基于电缆宽频阻抗谱的无损局部缺陷检测方法,可以有效地定位电缆早期缺陷,避免演变... 详细信息

电缆各类潜伏性缺陷的识别和定位对电力运维具有重要意义,然而现有电缆检测方法无法在故障产生前对电缆老化、局部破损等缺陷检测进行定位。提出了一种基于电缆宽频阻抗谱的无损局部缺陷检测方法,可以有效地定位电缆早期缺陷,避免演变产生电缆故障事故。建立电缆分布参数的数值模型,研究了电缆阻抗谱特征规律,对比分析不同老化程度的潜伏性缺陷的出现对电缆阻抗谱的影响,分析了不同潜在缺陷的频域阻抗谱特征;对含有缺陷的电缆阻抗谱进行离散傅里叶变换,并以切比雪夫窗函数对积分变换的结果进行处理,实现了对多段潜伏性缺陷的准确定位。实验和仿真结果表明:该方法可以实现电缆上多段潜伏性缺陷定位,通过窗函数算法可以显著抑制噪声,提升定位精度。为电缆故障定位技术改进提供了新的技术手段。

关键词：电缆缺陷宽频阻抗谱切比雪夫窗缺陷定位

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基于虚拟锁相放大器的接地网无损检测系统

中国测试 2020年第3期46卷 84-90页

作者：何毅帆徐恒昌汤亮亮宋恒力徐霞国网浙江电力科学研究院浙江杭州310003 杭州意能电力技术有限公司浙江杭州310003 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)自动化学院湖北武汉430074

在接地网无损探测的工程实际中,复杂强干扰会给数据采集带来困难。锁相放大技术能有效从强背景干扰下稳定地提取出微弱的可用信号,在分析变电站测量环境噪声成分的基础上,基于锁相放大器原理,运用虚拟仪器技术设计一种虚拟数字锁相放大... 详细信息

在接地网无损探测的工程实际中,复杂强干扰会给数据采集带来困难。锁相放大技术能有效从强背景干扰下稳定地提取出微弱的可用信号,在分析变电站测量环境噪声成分的基础上,基于锁相放大器原理,运用虚拟仪器技术设计一种虚拟数字锁相放大器。该锁相放大器利用数据采集卡内部的可编程滤波器进行抗混叠处理,同时对两路传感器输出信号进行采集,利用虚拟信号发生器产生精确的两路0°和90°参考信号,再用数字低通滤波器得到信号的实部和虚部,最后利用成像算法得到接地网的结构图。通过实验室内测试,该锁相放大器具有较高的频率稳定性、幅值和相位测量精度及较强的抗干扰能力。将该锁相放大器用于接地网无损探测系统,在实际变电站得到工程应用。结果表明:该无损探测系统能够应对变电站复杂的电磁环境,可在现场正常工作,并准确探测到接地网结构。

关键词：无损检测接地网锁相放大器虚拟仪器 LabVIEW

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配电网台区环保型设备电气性能研究

浙江电力 2022年第12期41卷 46-53页

作者：朱金华何毅帆高久国周金辉陆洋杨凯李建英国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014 国网浙江省电力有限公司安吉县供电公司浙江湖州313300 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

电力设备绝缘介质的环保替代是近年来的热点问题,目前相关研究大都是针对环保绝缘材料本身性能的优化提升,对其实际应用在配电设备中可行性的关注相对较少。对此,首先对比了配电网台区关键设备用环保绝缘介质与传统绝缘介质的性能差异,... 详细信息

电力设备绝缘介质的环保替代是近年来的热点问题,目前相关研究大都是针对环保绝缘材料本身性能的优化提升,对其实际应用在配电设备中可行性的关注相对较少。对此,首先对比了配电网台区关键设备用环保绝缘介质与传统绝缘介质的性能差异,接着采用环保绝缘介质设计制造了配电变压器、开关柜、电力电缆并评价了其电气性能,最后构建了基于环保型电力设备的配电网台区。结果表明,基于植物绝缘油、C4F7N/CO_(2)(全氟异丁腈/二氧化碳)混合气体、聚丙烯电缆料制备的环保型电力设备在性能上与传统绝缘设备接近,可满足配电网电力设备的使用需求,验证了采用环保型绝缘介质生产的电力设备的实用性以及各设备间的匹配性,可为国内环保型配电网的应用推广提供参考。

关键词：植物绝缘油全氟异丁腈聚丙烯配电网台区

252 kV GIS盆式绝缘子沿面缺陷下SF6分解产物变化规律研究

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绝缘材料 2020年第6期53卷 84-89页

作者：刘浩军何彦良何毅帆邵先军袁旭初孙安邦张冠军国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310014 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049

为了模拟运行工况GIS绝缘子沿面缺陷下的潜伏性和突发性故障,分析实际运行设备中SF6气体的分解特性,搭建了252 kV真型GIS故障仿真实验平台,并在此基础上构建了SF6气体分解产物检测系统。对盆式绝缘子发生局部放电和闪络情况下SF6分解产... 详细信息

为了模拟运行工况GIS绝缘子沿面缺陷下的潜伏性和突发性故障,分析实际运行设备中SF6气体的分解特性,搭建了252 kV真型GIS故障仿真实验平台,并在此基础上构建了SF6气体分解产物检测系统。对盆式绝缘子发生局部放电和闪络情况下SF6分解产物的连续变化进行监测。结果表明:在GIS盆式绝缘子沿面缺陷的短时连续监测过程中,并未发现含硫分解产物的产生。CO2、CF4含量在局部放电时均未有明显变化,且在发生多次闪络击穿后,两者的含量增加了7~10倍,可将其作为绝缘子沿面突发性故障的判断依据。在局部放电产生后,C2F6含量明显增加,但受放电强度的影响较小,而停止放电后其含量迅速降低,可以将其作为绝缘子沿面潜伏性故障的判断依据。CO含量在放电过程中变化较大,没有明显规律,可以将其作为绝缘子沿面放电缺陷的辅助判据。

关键词： GIS 盆式绝缘子沿面缺陷局部放电分解产物