一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法
【專利摘要】本發明提供了一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，所述的方法包括如下步驟：在過程層網絡建立物理連接模型；解析SCD文件，分析設備間的邏輯連接關系；在過程層通信拓撲結構的基礎上，根據相關通信鏈路異常信息，將邏輯連接異常映射到物理連接上，進行網絡拓撲掃描，并分析通信鏈路異常節點。本發明通過SCD文件分析出過程層信息的發送和接收鏈路關系，并結合拓撲結構搜尋出信息的傳輸路徑，對二次回路中的交換機、裝置、鏈路等通信單元進行抽象、建模，并構建通信網絡的拓撲結構，結合接收裝置的斷鏈告警信息，綜合診斷判定出故障單元，整體方法簡單可靠有效，將有助于快速定位通信故障點，保障智能變電站二次回路的可靠運行。
【專利說明】一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能變電站二次網絡領域，特別涉及一種智能變電站過程層二次回路 故障診斷方法。

【背景技術】
[0002] 智能變電站的基礎是基于IEC61850建設的數字化變電站，是智能電網環境下對 變電站技術形態的最新要求。智能變電站的信息傳輸方式由常規變電站內電纜傳輸的電信 號轉變為光纖傳輸的數字信號，以數字化的方式實現了監控聯閉鎖、保護采樣、跳合閘、啟 動、閉鎖等變電站二次系統分布式功能。
[0003] 繼電保護系統是電力系統中的重要組成部分。對保證電力系統的安全經濟運行， 防止事故發生和擴大起到關鍵性的作用。目前，從電力系統實際運行情況來看，因為電力繼 電保護引起的事故還是較多的，造成局部電網解列失壓，帶來不少經濟損失，對電網安全構 成很大威脅。
[0004] 智能變電站的二次回路不再是以電纜傳輸單一信號構成的純電路結構，而是以光 纖數字通信為基礎的網絡化結構，每一根光纖中同時傳輸多路信號，無法再從外部直接的 物理連線去分析整個回路，取而代之的則是二次虛擬回路。如何對二次回路進行監測，當回 路發生故障時，如何快速地定位故障點，是智能變電站建設過程中亟需解決的問題。
[0005] 過程層網絡狀態可分解為物理鏈路狀態和虛擬鏈路狀態兩種狀態。因目前過程層 網絡物理組網方式組合方案較多，如goose、 sv是否共網，是否雙網等。因此問題關鍵是如 何將虛擬鏈路與物理鏈路進行對應，通過虛擬鏈路狀態發現是否物理鏈路存在問題。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的，在于提供一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其可實 現智能變電站過程層網絡通信故障時的故障點快速定位，方法簡單可靠有效，能夠自動判 斷過程層網絡的故障位置，保障智能變電站二次回路的可靠運行。
[0007] 為了達成上述目的，本發明的解決方案是：一種智能變電站過程層二次回路故障 診斷方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟： 51 :在過程層網絡建立物理連接模型； 52 :解析SCD文件，分析設備間的邏輯連接關系； 53 :在過程層通信拓撲結構的基礎上，根據相關通信鏈路異常信息，將邏輯連接異常映 射到物理連接上，進行網絡拓撲掃描，并分析通信鏈路異常節點。
[0008] 進一步的，所述步驟S1的具體過程為：確定過程層所有端點及其連接關系，所述 的端點為通信過程中涉及的所有設備，設備之間實際的連接關系可抽象成端點到端點的連 接關系，描述形式為[P0RT1，P0RT2]，按照此方法，將過程層所有網絡端口中的模型進行建 模，其中，PORT 1、P0RT2分別代表兩個設備。
[0009] 進一步的，通信過程中涉及的所有設備包括保護裝置、智能終端、合并單元、光纖 交換機和光纖。
[0010] 進一步的，所述步驟S2的具體過程為：過程層設備間通過GOOSE和SV報文交互應 用信息，應用信息用INFORMATION來唯一標識，交互關系在SCD文件中進行詳細描述，根據 讀取的Inputs信息、數據集以及發送者的APPID信息，構造信息發送接收邏輯鏈路連接表， 并將邏輯連接映射到物理連接模型。
[0011] 進一步的，所述的INFORMATION至少包括組播地址、應用標識、發送設備、發送端 口、接收設備、接收端口等信息。
[0012] 進一步的，所述步驟S3的具體過程為： 531 :獲取網絡異常的告警信息，包括G00SE斷鏈及SV斷鏈的告警事件； 532 :解析告警事件，找到事件所屬的信息INFORMATION ; 533 :根據邏輯連接模型映射到物理模型，根據過程物理鏈路模型，利用樹的搜索算法， 建立起源端口到目的端口的拓撲路徑，記錄端口； 534 :循環處理其它的斷鏈告警事件，構造拓撲路徑，記錄傳輸單元，直到告警信息表為 空； 535 :統計所有路徑端口出現的次數，次數最多的發生故障概率最高； 536 :將出現次數最高的端口歸到集合PORTS ; 537 :判斷故障點。
[0013] 進一步的，步驟S37中，故障點的判斷標準為： 1) 若PORTS中僅有一個元素 PORT，則PORT就是故障點； 2) 若PORTS == SL0T_P0RTS (集合中全部的端口均是同一塊板卡上的端口），則板塊故 障，其中，SL0T_P0RTS表示裝置板塊端口集合； 3) 若PORTS == DEVICE_P0RTS(集合中的全部端口均是同一個裝置的端口），則裝置故 障，其中，DEVICE_P0RTS表示裝置端口集合； 4) 若PORTS有兩個端口，且著兩個端口物理上為鄰接，則認為是端口之間的光纖故障。
[0014] 本發明的有益效果：本發明通過SCD文件分析出過程層信息的發送和接收鏈路關 系，并結合拓撲結構搜尋出信息的傳輸路徑，對二次回路中的交換機、裝置、鏈路等通信單 元進行抽象、建模，并構建通信網絡的拓撲結構，結合接收裝置的斷鏈告警信息，綜合診斷 判定出故障單元，整體方法簡單可靠有效，將有助于快速定位通信故障點，保障智能變電站 二次回路的可靠運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明的方法流程圖； 圖2是智能變電站過程層通信模式的等效示意圖； 圖3是一種設備連接關系的網絡結構圖； 圖4本發明的實現原理圖。

【具體實施方式】
[0016] 以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0017] 如圖1所示，本發明提供一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，包括如 下步驟： S1 :對通信設備進行分類建模 智能變電站過程層具有兩種通信模式：通過光纖以太網交換機組網進行通信；通過光 纖直連的點對點通信。兩種模式都可以等效為圖2所示的形式。
[0018] 通信過程中涉及的設備包括五個方面：保護裝置、智能終端、合并單元、光纖交換 機和光纖。除了光纖是單純的信息傳輸設備外，其它都是信息的處理或轉發設備，它們可以 抽象成兩類模型： 邏輯連接模型：過程層設備間通過GOOSE和SV報文交互應用信息，應用信息用 INFORMATION[組播地址，應用標識，發送設備，發送端口，接收設備，接收端口]來唯一標 識，交互關系在SCD文件中進行詳細描述，根據讀取的Inputs信息、數據集以及發送者的 APPID信息，構造信息發送接收邏輯鏈路連接表。
[0019] 在計算機中，可以通過樹的數據結構來表示上述模型，終端設備(保護、智能終端、 合并單元等)是樹中的葉子，交換機是樹的中間節點。由圖3可知，每兩個端點之間的路徑是 確定的。例如，端點1和端點3之間通信的路徑為LINKER1-LINKER4-LINKER5-LINKER3， 涉及的端口為 PORT 1-P0RT4 - P0RT6 - P0RT5 - P0RT3。
[0020] 過程層設備間通過GOOSE、SV報文交互應用信息。應用信息可以用 INFORMATION[組播地址（MAC_ADDRESS)，應用標識（APPID)]來唯一標識，交互關系在SCD 文件中進行詳細描述，SCD文件中定義了如下信息： ① 發送端GOOSE、SV報告控制塊，以及報告控制塊對應的數據集DataSet ; ② 接收端的Inputs (設備用于接收外部輸入信號的信息接點）關聯了發送端的數據詳 細信息； ③ GOOSE、SV發送時對應的組播地址（MAC_ADDRESS)，應用標識（APPID)等信息。
[0021] 通過上述的三組信息，可以構建過程層信息的收發設備以及邏輯通信鏈路。構建 過程如下： 1) 導入SCD文件； 2) 讀取全部裝置的GSE (變電站通用事件)、SMV (采樣測量值)、數據集以及FCDA (功 能約束數據屬性)，并構建FCDA與GSE、SMV的關聯關系； 3) 檢索G0IN、SVIN為前綴的LN中的Inputs信息； 4) 檢索關聯信號對應的數據集以及GSE、SMV控制塊； 5) 檢索GSE、SMV控制卡對應的網絡配置信息。
[0022] 根據讀取的Inputs信息以及發送者的APPID信息，構造信息發送接收連接關系 表。如下表所示。 丨組播MAC |APPID |發送裝置|發送者PORT |接收裝置|接收者PORT
[0023] 物理連接模型：過程層設備實際是通過光纖網絡進行連接，特殊之處在于單個設 備可能有多個板卡，每個板卡包含多個網絡光口；交換機則一般包含12~24個光口；同時過 程層網絡可按電壓等級、網絡類型（G00SE/SV)、單雙套，分為多個子網，因此物理連接模型 可簡化為端點連接，每個光口抽象為一個端點，同時可存在多個子網。
[0024] S2 :形成過程層通信拓撲結構 設備的連接關系可分為兩種類型： 1) 設備與設備通過交換機間接連接，如圖3所示； 2) 設備與設備直接連接。
[0025] 但兩種類型均可抽象為端口與端口的連接，同時由于多個子網存在的可能，實際 物理連接關系是森林而不是單個圖。
[0026] 具體做法如下： 1)根據（1)形成的模型進行增補，主要包括以下信息：設備板卡信息、設備端口信息， 交換機。
[0027] 2)對全部端口進行統一編號 3) 創建端口連接關系表，聯系關系使用連接表的形式保存，比如若端口編號4與端口 編號6存在連接關系，則增加一條記錄為（4, 6)。
[0028] S3 :綜合診斷 過程層GOOSE、SV接收端設備在一定時間內沒有收到有效的GOOSE、SV信息后，會發 出"XXX設備GOOSE斷鏈"、"XXX設備SV斷鏈"等告警。因此二次回路的監視功能是在接收 方完成的，在通信環節異常時，接收方無法正常接收數據，從而判斷二次回路發生了異常， 但是接收方無法判斷是二次回路的哪個環節出現了問題，即無法定位到發送方光纖接口、 光纖鏈路、交換機或者是接收方光纖接口發生了異常。但綜合全站的鏈路異常的告警信息 以及過程層通信拓撲結構，則能準確定位出哪個環節出現了故障。
[0029] 對于保護、智能終端等裝置故障導致的通信異常，有如下三種可能性： 1、裝置故障：例如裝置電源出現異常時，裝置所有對外的通信都將出現異常。
[0030] 2、板塊故障：當通信板塊出現異常時，此板塊上所有光纖網口通信都會出現異常。
[0031] 3、光纖網口故障：單個光纖網口出現異常時，該光纖接口上所有的通信出現異常。
[0032] 對于交換機故障導致的通信異常，在本文的算法模型中，將交換機整體虛擬成一 個端口，經過此交換機交換信息的所有回路都會發生異常。
[0033] 光纖鏈路故障：所有經過此鏈路發送信息的回路都會發生異常。
[0034] 經過上述的信息建模，可以歸納出如下的集合。這些集合將有助于準確地定位故 障點。
[0035] ①裝置板塊端口集合（SL0T_P0RTS) 端 口集合{P0RT1，P0RT2,…，P0RTN} ②裝置端口集合（DEVICE_P0RTS) 端 口集合{P0RT1，P0RT2,…，P0RTN} 故障診斷算法： 1) 獲取G00SE斷鏈、SV斷鏈的告警事件； 2) 解析告警事件，找到事件所屬的信息INFORMATION、源端口 P0RT(sourCe)、目標端口 PORT(dest)； 3) 根據過程物理鏈路模型，利用樹的搜索算法，建立起源端口到目的端口的拓撲路徑， 記錄下路徑上的端口 PORT ; 4) 循環處理其它的斷鏈告警事件，構造拓撲路徑，記錄傳輸單元，直到告警信息表為 空； 5) 統計所有路徑端口出現的次數，次數最多的發生故障概率最高； 6) 將出現次數最高的端口歸到集合PORTS ; 7) 若PORTS中僅有一個元素 PORT，則PORT就是故障點； 若PORTS == SL0T_P0RTS (集合中全部的端口均是同一塊板卡上的端口），則板塊故障， 其中，SL0T_P0RTS表示裝置板塊端口集合； 若PORTS == DEVICE_PORTS(集合中的全部端口均是同一個裝置的端口），則裝置故障， 其中，DEVICE_PORTS表示裝置端口集合； 若PORTS有兩個端口，且著兩個端口物理上為鄰接，則認為是端口之間的光纖故障； 綜上所述，配合圖4所示，是一個典型智能變電站過程層二次回路故障診斷方法示意 圖，過程層設備不能直接接入站控層網絡，需要通過間隔層設備(測控裝置）轉發過程層網 絡通信的斷鏈信息發送到站控層網絡，間隔層設備將自身過程層網絡，二次回路在線監測 系統采集所有的過程層網絡通信設備的通信斷鏈異常信息，并結合智能變電站過程層網絡 的拓撲結構，最終定位過程層網絡通信異常的具體環節。
[0036] 以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是 按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍 之內。
【權利要求】
1. 一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在于，所述的方法包括如下 步驟： 51 :在過程層網絡建立物理連接模型； 52 :解析SCD文件，分析設備間的邏輯連接關系； 53 :在過程層通信拓撲結構的基礎上，根據相關通信鏈路異常信息，將邏輯連接異常映 射到物理連接上，進行網絡拓撲掃描，并分析通信鏈路異常節點。
2. 根據權利要求1所述的一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在 于，所述步驟S1的具體過程為：確定過程層所有端點及其連接關系，所述的端點為通信過 程中涉及的所有設備，設備之間實際的連接關系可抽象成端點到端點的連接關系，描述形 式為[P0RT1，P0RT2]，按照此方法，將過程層所有網絡端口中的模型進行建模，其中，P0RT1、 P0RT2分別代表兩個設備。
3. 根據權利要求2所述的一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在 于，通信過程中涉及的所有設備包括保護裝置、智能終端、合并單元、光纖交換機和光纖。
4. 根據權利要求1所述的一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在 于，所述步驟S2的具體過程為：過程層設備間通過GOOSE和SV報文交互應用信息，應用信 息用INFORMATION來唯一標識，交互關系在S⑶文件中進行詳細描述，根據讀取的Inputs 信息、數據集以及發送者的APPID信息，構造信息發送接收邏輯鏈路連接表，并將邏輯連接 映射到物理連接模型。
5. 根據權利要求4所述的一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在 于，所述的INFORMATION至少包括組播地址、應用標識、發送設備、發送端口、接收設備、接 收端口等信息。
6. 根據權利要求5所述的一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在 于，所述步驟S3的具體過程為： 531 :獲取網絡異常的告警信息，包括GOOSE斷鏈及SV斷鏈的告警事件； 532 :解析告警事件，找到事件所屬的INFORMATION ; 533 :根據邏輯連接模型映射到物理模型，根據過程物理鏈路模型，利用樹的搜索算法， 建立起源端口到目的端口的拓撲路徑，記錄端口； 534 :循環處理其它的斷鏈告警事件，構造拓撲路徑，記錄傳輸單元，直到告警信息表為 空； 535 :統計所有路徑端口出現的次數，次數最多的發生故障概率最高； 536 :將出現次數最高的端口歸到集合PORTS ; 537 :判斷故障點。
7. 根據權利要求6所述的一種智能變電站過程層二次回路故障診斷方法，其特征在 于，步驟S37中，故障點的判斷標準為： 1) 若PORTS中僅有一個元素 PORT，則PORT就是故障點； 2) 若PORTS == SL0T_P0RTS，則板塊故障，其中，SL0T_P0RTS表示裝置板塊端口集合； 3) 若PORTS == DEVICE_PORTS，則裝置故障，其中，DEVICE_PORTS表示裝置端口集合； 4) 若PORTS有兩個端口，且著兩個端口物理上為鄰接，則認為是端口之間的光纖故障。
【文檔編號】H04L12/24GK104092585SQ201410339756
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】王延安, 高兆麗, 王強, 劉清, 張曉明, 潘東明, 李源 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司濟南供電公司