一种基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法与流程

1.本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法。


背景技术：

2.在现阶段，智能变电站主要采用光纤通信的方式来取代传统的电缆连接方式，选择光纤通信方式，会在发生故障时给相关的运维工作人员带来巨大的定位困难。
3.智能变电站由三层两网的结构组成，两网分为站控层网络和过程层网络，三层分为站控层、间隔层和过程层三层结构，间隔层设备包括继电保护和测控装置等智能二次设备，过程层设备包括智能终端、合并单元等与一次设备接口的智能二次设备。间隔层设备与过程层设备，以及过程层设备之间通过基于“发布/订阅”机制的过程层网络进行通信，通过goose(面向通用对象的变电站事件)信号传达一、二次设备的状态信息，通过sv(采样值)信号传输一、二次设备的电压、电流等采样值数据，而过程层的通信状态又在保护和测控装置的站控层通信状态数据集信号中得以体现，并且智能终端、合并单元的链路状态一般也通过站内测控goose信号进行转发，所以基于站控层的通信链路信号可以真实反映出过程层的实时通信状态。
4.目前，已有多种智能变电站故障定位技术，例如，专利文献cn110752959a公开了一种智能变电站过程层物理链路故障定位系统，包括故障定位主机、网络监测管理数据云、过程层交换机以及智能电子设备，通过图形方式展示了过程层网络通信物理链路映射关系，通过预置的过程层网络通信物理链路以及实际的过程层网络通信物理链路进行对比，实现对过程层网络的实时监测和故障的定位。
5.上述智能变电站过程层物理链路故障定位系统采用拓扑搜索的方式，能够支持大量链路出错时的故障定位，但是该定位算法没有通过站控层的通信链路信号对过程层进行虚实映射，故障定位不够准确，不能有效提高运检人员的工作效率。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法，能够实现通过站控层信号对过程层进行虚实映射，使得故障定位更准确，提高运检人员的工作效率和正确性。
7.一种基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法，包括：
8.在站控层信号与过程层虚回路之间进行关联映射；
9.基于过程层中虚回路与物理回路之间的虚实映射交互，对关联映射后的站控层信号与过程层全站物理回路进行绑定；
10.根据正常状态下虚回路所对应的全站物理回路，将全站物理回路拆分为故障段，生成信号故障对比表；
11.通过故障对比表的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位。
12.进一步的，所述根据正常状态下虚回路所对应的全站物理回路，将全站物理回路拆分为故障段，生成信号故障对比表，具体为：
13.将正常状态下虚回路对应的全站物理回路进行拆分，拆分为多个故障段；
14.将站控层出现的故障告警信号先定位至虚回路，再定位至全站物理回路；
15.将定位到的全站物理回路的多个故障段标记在故障对比表中。
16.进一步的，所述在站控层信号与过程层虚回路之间进行关联映射具体为：基于智能变电站scd文件，将scd文件中scd模型存储的站控层mms网络数据信息与过程层goose/sv网络数据信息进行关联映射；
17.其中，所述scd模型包括过程层网络ied之间的收发逻辑关系和dscommstate数据集信息；
18.所述过程层网络ied之间的收发逻辑关系通过站内虚回路配置信息获取，所述dscommstate数据集信息通过站控层mms访问点获得。
19.进一步的，所述将scd文件中scd模型存储的站控层mms网络数据信息与过程层goose/sv网络数据信息进行关联映射，具体为：
20.基于站控层调度信号点表，将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中原始虚端子信息或虚回路信息进行关联映射，将调度端网络信号逆向还原至站端scd模型原始数据层面。
21.进一步的，所述基于站控层调度信号点表，将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中原始虚端子信息或虚回路信息进行关联映射，具体为：
22.站控层调度信号点表采用组合形式命名；
23.将调度信号点表的名称分隔，与scd模型中已有的数据接口对应关联的方式，将间隔与设备层级自动映射；
24.将虚回路两侧虚端子的数据成员描述与信号描述进行模糊词匹配，匹配合格便自动进行关联，实现站控层调度信号与过程层虚回路的关联映射。
25.进一步的，所述过程层中虚回路与物理回路之间的虚实映射交互，具体包括：
26.通过intloop柜内纤芯回路关联，将全站物理回路与过程层网络ied的发布、发送控制块、订阅及接收端口的引用建立索引关系。
27.进一步的，所述过程层中虚回路与物理回路之间的虚实映射交互，具体包括：
28.通过cableloop线缆纤芯回路关联，将全站物理回路与scd模型中虚回路信息建立引用关系。
29.进一步的，所述通过故障对比表的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位，具体包括：
30.将不同虚回路对应的交叉故障段计数，标记到故障比对表中；
31.根据故障比对表进行异常通信与正常通信状态下的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位。
32.进一步的，所述根据故障比对表进行异常通信与正常通信状态下的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位，具体包括：
33.将正常通信状态对应的所有故障段排除故障可能；
34.对均在异常通信状态所对应的故障段分别计数，按计数的数量给出各个故障段的故障概率顺序；
35.根据各个故障段的故障概率顺序确定过程层物理回路故障通道的定位。
36.进一步的，所述按计数的数量给出各个故障段的故障概率顺序的计算公式为：
[0037][0038]
其中，λ为所述故障概率，c为故障段的计数，n为故障段的总数。
[0039]
本发明提供的基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法，至少包括如下有益效果：
[0040]
(1)该方法基于“虚实对应”技术，采用拓扑搜索的方式，并在此基础上融入站控层调度信息，基于站控层信号对过程层物理回路进行故障定位，有效提高定位的准确性。
[0041]
(2)该方法对站控层信号与过程层虚回路关联映射方法提出改进，基于站控层调度信号点表，采用在线和离线两种方式运行，使得本方法的应用场景更广泛。
[0042]
(3)该方法依据单个或多个设备通道断链信息，索引过程层的光纤物理通道故障节点，结合存在的回路数据，以交叉次数最多处为故障定位点，最终呈现回路故障定位结果及故障概率，多次判定降低了误检率，提高了运检人员的效率和正确性。
附图说明
[0043]
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
[0044]
图1是本发明提供的基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法一种实施例的流程图；
[0045]
图2是本发明提供的基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法一种实施例的系统架构示意图；
[0046]
图3是本发明提供的基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法一种实施例的细化流程图；
具体实施方式
[0047]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0048]
参考图1-图3，在一些实施例中，提供一种基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法，包括：
[0049]
s1、在站控层信号与过程层虚回路之间进行关联映射；
[0050]
s2、基于过程层中虚回路与物理回路之间的虚实映射交互，对关联映射后的站控层信号与过程层全站物理回路进行绑定；
[0051]
s3、根据正常状态下虚回路所对应的全站物理回路，将全站物理回路拆分为故障段，生成信号故障对比表；
[0052]
s4、通过故障对比表的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位；
[0053]
在步骤s3中，根据正常状态下虚回路所对应的全站物理回路，将全站物理回路拆分为故障段，生成信号故障对比表，具体为：
[0054]
将正常状态下虚回路对应的全站物理回路进行拆分，拆分为多个故障段；
[0055]
将站控层出现的故障告警信号先定位至虚回路，再定位至全站物理回路；
[0056]
将定位到的全站物理回路的多个故障段标记在故障对比表中。
[0057]
具体地，此处提供一种将全站物理回路拆分为故障段的具体示例：
[0058]
将全路径
[0059]
cl2201(2-a.rx)-sw2201a(m1-01tx)-sw2201a(m1-03rx)-ml2201a(1-a.tx)拆分为cl2201(2-a.rx)-sw2201a(m1-01tx)，sw2201a(m1-03rx)-ml2201a(1-a.tx)，并形成一个信号故障比对表。
[0060]
在步骤s1中，在站控层信号与过程层虚回路之间进行关联映射，具体为：基于智能变电站scd文件，将scd文件中scd模型存储的站控层mms网络数据信息与过程层goose/sv网络数据信息进行关联映射。
[0061]
其中，scd模型包括过程层网络ied之间的收发逻辑关系和dscommstate数据集信息；过程层网络ied之间的收发逻辑关系通过站内虚回路配置信息获取，dscommstate数据集信息通过站控层mms访问点获得。
[0062]
过程层网络ied之间的收发逻辑关系和dscommstate数据集信息会体现在保信主站端或d5000调度端遥信、遥测信号点表中。
[0063]
将scd文件中scd模型存储的站控层mms网络数据信息与过程层goose/sv网络数据信息进行关联映射，具体为：基于站控层调度信号点表，将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中原始虚端子信息或虚回路信息进行关联映射，将调度端网络信号逆向还原至站端scd模型原始数据层面。
[0064]
基于站控层调度信号点表，将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中原始虚端子信息或虚回路信息进行关联映射，具体包括：
[0065]
站控层调度信号点表采用组合形式命名；
[0066]
将调度信号点表的名称分隔，与scd模型中已有的数据接口对应关联的方式，将间隔与设备层级自动映射；
[0067]
将虚回路两侧虚端子的数据成员描述与信号描述进行模糊词匹配，匹配合格便自动进行关联，实现站控层调度信号与过程层虚回路的关联映射。
[0068]
此处提供一些示例具体说明scd数据解析的过程。
[0069]
装置访问点物理端口描述采用“physconn”元素定义，定义示例如下：
[0070]
《physconn type＝“connection/redconn”》
[0071]
《p type＝“plug”》st《/p》
[0072]
《p type＝“port”》1-a《/p》
[0073]
《p type＝“type”》foc《/p》
[0074]
《/physconn》
[0075]
physconn元素的“type”属性值为“connection”时定义第一个物理网口，“redconn”为其它冗余物理连接网口定义。当采用冗余连接或多个连接时，physconn元素可重复出现，但“type”属性应为“redconn”。“plug”元素表明插头类型，如st、sc、lc、fc、mtrj、
rj45；“port”元素表明端口号，如1-a；“type”元素表明接口类型，如foc、radio、100baset。其中“port”元素为必选，其它三个可选。端口号描述应为“板卡号-端口号”。物理端口应由厂家在icd文件预先描述，icd文件按访问点预先填写访问点物理端口。如果一个物理端口支持多个访问点，该物理端口描述应出现在多个访问点中。
[0076]
goose、sv接收访问点物理端口关联采用在“extref”元素“intaddr”属性中增加物理端口描述的方式，示例如下：
[0077]
《extref daname＝“stval”doname＝“pos”iedname＝“il2201a”ldinst＝“rpit”lnclass＝“xcbr”lninst＝“1”prefix＝“q0a”intaddr＝“1-a:pigo/goinggio1.dpcso1.stval”/》
[0078]
端口号描述与上述一致，端口号与虚端子之间采用“:”符号(半角)分离。如需要多端口输入同一信号，可增加多端口描述，之间采用“/”符号(半角)分离。系统配置连接虚端子时，配置工具应根据相应访问点的物理端口描述提示用户选择端口。
[0079]
虚回路数据与发布方控制块信息存在关联关系，所以在数据分析时连带“虚端子-数据集-控制块”一并解析，以订阅方设备为基准，解析每个ied设备的虚回路inputs部分，获取发布方虚端子信息，由发布方虚端子查找发布方的数据集，根据数据集的引用关系定位至发布方设备的控制块信息，格式为：iedld/ln.name(gsecontrol&sampledvaluecontrol)，例如：pl2201apigo/lln0$go$gocb1。
[0080]
站控层通信工况数据集信号关联采用“fcda”元素在“dataset”属性中定义的方式，示例如下：
[0081]
《dataset name＝"dscommstate"desc＝"通信工况信号数据集"》
[0082]
《fcda ldinst＝"ld0"prefix＝"svalm"lnclass＝"ggio"lninst＝"1"doname＝"alm1"fc＝"st"/》
[0083]
《/dataset》
[0084]“fc”为功能约束，表示数据属性的特性，用于指定服务，例如mx(测量量)、st(状态量)等；其余元素为该数据集成员的唯一性标识引用，可用于索引该数据集成员的具体数据属性。
[0085]
根据q/gdw 1396—2012中的要求，icd文件中应配置有逻辑节点goalmggio，其中配置足够多的alm用于goose中断告警和goose配置版本错误告警，以及通信工况数据集中包含所有装置goose、sv通信链路的告警信息。对实际变电站工程调研后发现，也有以ggio模型来定义通信状态信息数据逻辑节点的做法，故不好直接解析逻辑节点进行提取，需缩小范围，在scd模型数据集内进行提取，因保护及测控装置的数据集定义目前相对规范，故可采用以下方法，通信状态在数据集内的相关分布为：
[0086]
(1)保护、测控等设备通信状态信息：ld0/dscommstate(x)；
[0087]
(2)测控设备转发的状态信息：ctrl/dsdin(x)。
[0088]
在本发明的实施例中，在开展将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中原始虚端子信息或虚回路信息进行关联映射的工作时，有在线和离线两种运行方式。
[0089]
离线方式下仅加载scd模型文件，基于站控层调度信号点表，将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中原始虚端子信息进行关联映射；在线模式下需要将站控层调度信号点表关联映射至逻辑链路模型的功能全回路上，不再采用scd模型中的原始信号，需要基
于站控层调度信号点表，将调度端的站控层以太网络信号与scd模型中虚回路信息进行关联映射。
[0090]
调度端的站控层以太网络信号与scd模型完成关联映射后，将调度端网络信号逆向还原至站端scd模型原始数据层面，方便在线网络信息与离线静态模型之间的交互索引，实现调度端站控层信号与站端过程层虚回路之间的相互映射。
[0091]
其中，对站控层调度信号点表解析后发现，调度信号点表均采用“地区+站名+间隔/设备+信号描述+信号数据属性”的组合形式命名，例如“张家口.奥雪站/110kv5母线智能终端检修压板投入/值”。所以可以将调度信号名称按上述格式分隔开，再以与scd模型中已有的数据接口对应关联的方式，将间隔/设备层级自动映射。在此之后，下一步将虚回路两侧虚端子的数据成员描述与信号描述进行模糊词匹配，当匹配合格后便自动进行关联，例如，“检修压板投入”与“检修开入-过程层设备检修1”意义等同可以进行关联，实现站控层调度信号与过程层虚回路的关联映射。
[0092]
此处提供一种典型的信号关联示例，如表1所示：
[0093]
表1
[0094][0095]
在步骤s2中，过程层中虚回路与物理回路之间的虚实映射交互，具体包括：
[0096]
通过intloop柜内纤芯回路关联，将全站物理回路与过程层网络ied的发布、发送控制块、订阅及接收端口的引用建立索引关系；
[0097]
或者，通过cableloop线缆纤芯回路关联，将全站物理回路与scd模型中虚回路信息建立引用关系。
[0098]
其中，过程层中虚回路与物理回路之间的虚实映射交互，采用了spcd模型，在spcd模型中，我们能够运用虚实映射技术获取到全站功能全回路信息。spcd模型有两种数据解析的方式，分别为intloop柜内纤芯回路关联和cableloop线缆纤芯回路关联。
[0099]
此处提供一种具体的intloop柜内纤芯回路关联示例加以说明：
[0100]
《intloop id＝"l_00000087"desc＝""info＝"l|ut0101a.pbz1101.musv01smvcb1.4-c"》
[0101]
《name》tx0031《/name》
[0102]
《name》tx0135《/name》
[0103]
《name》tx0155《/name》
[0104]
《/intloop》
[0105]
采用intloop元素定义屏内全回路。“id”元素表示回路id，用来标注物理路径的屏内全回路；“name”元素表示intcore(屏内跳纤)的引用；“info”元素表示对scd模型中发布ied及发送控制块、订阅ied及接收端口的引用，用于索引虚回路信息。
[0106]
此处提供一种具体的cableloop线缆纤芯回路关联示例加以说明：
[0107]
《cableloop id＝"l_00000087"desc＝""info＝"l|ut0101a.pbz1101.musv01smvcb1.4-c"》
[0108]
《no》1bg-105|10《/no》
[0109]
《no》1yfg-101|3《/no》
[0110]
《/cableloop》
[0111]
采用cableloop元素定义屏间全回路。“id”元素表示回路id，“no”元素表示屏间光缆及纤芯的引用，“info”元素表示对scd模型中虚回路信息的引用。
[0112]
本发明实施例提供一种物理回路配置文件信息说明如下：gb_t37755—2019中定义了智能变电站二次回路中光纤回路及站控层双绞线回路等物理回路模型(spcd)的配置方式及要求，dl/t 1873—2018中定义了智能变电站系统配置描述文件(scd)的配置方式及要求，但spcd模型和scd模型对交换机和odf等设备未标注iedname，由于本发明的回路故障定位算法涉及到所有装置的端口引用标识ref，为便于描述，故需读所有设备的iedname进行工程配置，对交换机及odf的标注方式参考保护测控等设备的标注方法，并保证全站唯一。
[0113]
在步骤s4中，通过故障对比表的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位包括：
[0114]
s41、将不同虚回路对应的交叉故障段计数，标记到故障比对表中；
[0115]
s42、根据故障比对表进行异常通信与正常通信状态下的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位。
[0116]
在步骤s42中，根据故障比对表进行异常通信与正常通信状态下的数据比对，完成过程层物理回路故障通道的定位，具体包括：
[0117]
s421、将正常通信状态对应的所有故障段排除故障可能；
[0118]
s422、对均在异常通信状态对应的故障段分别计数，按计数的数量给出各个故障段的故障概率顺序；
[0119]
s423、按照各个故障段的故障概率顺序完成过程层物理回路故障通道的定位。
[0120]
按计数的数量给出各个故障段的故障概率的计算公式为：
[0121][0122]
其中，λ为故障概率，c为故障段的计数，n为故障段的总数。
[0123]
本发明提供的实施例基于“虚实对应”技术，采用拓扑搜索的方式，定位虚端子所对应物理回路上的各个物理节点，构建全站物理回路可能性故障表，并融入站控层调度信息，以贴近运维检修人员的工作为方向，建立全站信号故障比对表，结合变电站实时在线生产数据，依据单个或多个设备通道断链信息，索引过程层的光纤物理故障节点，结合存在的回路数据，以交叉次数最多处为故障定位点，不存在物理交叉情况的为故障定位点，最终呈现回路故障定位结果及故障概率。
[0124]
此处提供一个典型的信号故障比对示例，如表2所示：
[0125]
表2
[0126][0127]
其中，通信状态为0代表通信正常，通信状态为1代表通信异常；物理回路故障段表示一段屏内跳纤或一段屏间光缆纤芯；被划掉的数字代表被处理的数据。
[0128]
在此信号故障对比示例中，故障段a和d由于存在通信正常的虚回路中，不可能出现故障，所以按照故障段计数，最可能的故障段为b，其次为c和e。
[0129]
基于上述方法，可在软件设计层面采用二维图形化或者三维立体化渲染引擎进行可视化效果渲染、加载scd模型、逻辑链路模型文件和d5000调度信号点表，可在变电站全景模型可视化效果上呈现出链路故障定位成果，将站控层调度信号与过程层逻辑回路关联映射，并调用虚物理回路关联交互成果，实现站控层调度信号与物理、逻辑回路之间的交互融合，可辅助现场基于站控层实时通信链路信号排查定位过程层goose/sv数据通信通道故障问题，大幅提高运维检修效率。
[0130]
本实施例提供的基于站控层信号进行过程层物理回路故障通道的定位方法，基于已有的“虚实对应”技术，采用拓扑搜索的方式，并在此基础上融入站控层调度信息，基于站控层信号对过程层物理回路进行故障定位，有效提高定位的准确性；该方法对站控层信号与过程层虚回路关联映射方法提出改进，基于站控层调度信号点表，采用在线和离线两种方式运行，使得本方法的应用场景更广泛；该方法依据单个或多个设备通道断链信息，索引过程层的光纤物理故障节点，结合存在的回路数据，以交叉次数最多处为故障定位点，最终呈现回路故障定位结果及故障概率，多次判定降低了误检率，提高了运检人员的效率和正
确性。
[0131]
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。