CN101588086B - 多插件嵌入式故障信息系统子站对录波文件的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的多插件嵌入式继电保护故障信息系统子站(以下简称“嵌入式子站”)对录波文件的处理方法，应用于电网继电保护故障信息管理系统，包括以下内容：嵌入式子站为多插件结构；各个插件独立运行接入或者转出类型通信规约；各个插件通过一个主CPU插件共享数据；各个插件之间通过以太网进行通信；接入类插件收集录波数据并整理为标准COMTRADE格式录波文件，同时对本插件录波文件及列表进行管理；接入类插件将有录波文件产生的信息通知主CPU插件；主CPU插件及时从各个接入类插件获取录波文件并保存到本插件，并对录波文件及列表进行管理；主CPU插件负责将有录波文件产生的信息通知转出类插件；转出类插件根据主站需要从主CPU插件获取录波文件，并传送给主站。

Description

多插件嵌入式故障信息系统子站对录波文件的处理方法

技术领域

本发明应用于电力系统电力自动化领域，特别涉及电网继电保护及故障信息处理系统(以下简称故障信息系统)。

背景技术

随着计算机技术、网络技术的发展和变电站自动化水平的提高，国内很多地区建设了继电保护故障信息系统。故障信息系统主要关注继电保护和故障录波器的信息，对出现故障时的各种信号、状态和录波数据尤为关注。但因系统的复杂性，经常由于各种原因出现数据不通畅、不完整、丢失等情况。

在所有的故障信息中，录波数据无疑是继电保护专业人员最重视的内容，因为从录波数据中可以分析出故障前后的所有状态信息和采样值。继电保护设备和故障录波器所产生的录波数据，其上送给变电站中故障信息系统时所采用的方式是多种多样的，因所采用的通信规约的不同而有差异。但数据接口的一致性是大势所趋，所以近年来国内各厂家对录波数据都采用统一形成COMTRADE格式录波文件的方式进行处理，这为通信过程中录波文件接口的一致性提供了良好的条件。但是，由于录波文件与其它数据相比是较大数据块，需要占用一定的传输时间，在其传输的各个环节如果考虑不周全，都可能出现问题。尤其是在目前故障信息系统子站普遍采用嵌入式系统的情况下，对资源的合理利用也成为需要考虑的问题之一。

本发明提出了一种在多插件嵌入式故障信息系统子站端获取录波数据、形成录波文件并在多插件间传输管理，最终上送给主站的方法。该方法对录波数据处理的流程完整清晰，通过对录波文件的多级管理，解决了一次集中管理的过滤判断工作量，可以有效防止对录波数据的重复召唤和上送，有利于继电保护专业人员利用录波文件进行保护动作行为分析，提高了系统整体的实用化水平。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种在多插件嵌入式故障信息系统子站中对录波文件进行处理的方法。

本发明采用以下技术方案：

多插件嵌入式继电保护故障信息系统子站对录波文件的处理方法，该方法可实现在多插件协调工作的情况下对录波数据进行有效传输，保证录波文件完整及时地传送到主站，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)子站的接入插件完成录波数据的收集和整理形成COMTRADE格式文件，在本接入插件中对录波文件及待召唤录波数据列表和已召唤录波文件列表进行管理；

(2)子站的主CPU插件获取录波文件，并对录波数据进行集中管理；

(3)主CPU插件通知转出插件录波文件形成信息，转出插件根据主站要求向主CPU插件申请并获取录波文件，传送给主站。

所述故障信息系统子站(简称子站)，是故障信息系统中位于变电站站控级的设备，用于连接各种继电保护设备和故障录波器，通过通信规约与继电保护设备和故障录波器进行通信，获取各种信息，经过过滤处理后上送给位于各级调度的故障信息系统主站。对于子站来说，继电保护设备和故障录波器是通过通信规约接入的，所以可简称为接入设备。

所述多插件嵌入式子站，是指子站采用嵌入式系统和嵌入式硬件设备，这类设备的抗干扰能力明显优于传统的工控机型设备。同时，为了能使CPU的负载分散，同时分散运行风险，在结构上采用多插件多CPU设计。所谓多插件，即子站本身是一个嵌入式装置，有一个带有通信总线的背板，多个具有不同功能的硬件插板都插接在这个背板上，每个独立的硬件插板称为一个插件。每个插件都有一个CPU，能够独立运行软件。多个插件彼此之间通过背板总线进行通信，实现功能的统一协调。按照运行软件功能类型的不同，插件分成接入类、转出类和主CPU三个主要类型。

接入类插件指运行的软件完成与变电站内接入设备的通信，对这些设备的信息进行收集整理的插件。

转出类插件指运行的软件完成与故障信息系统主站的通信，把变电站内所有接入的设备信息上送给主站的插件。

主CPU插件是所有数据存储和处理的中心。接入类插件和转出类插件通过主CPU插件实现数据共享。

这里提到的录波文件，指的是COMTRADE格式的录波文件。COMTRADE(Common Formatfor Transient Data Exchange)是指电力系统使用的暂态数据交换通用格式，由GB/T-2007/IEC 60255-24：2001规定。此格式规定了录波文件由几个文件组成，并对每个文件的具体内容和结构给出详细规定。现在已经成为电力系统通用的录波文件存储和传输标准格式。

本发明的多插件嵌入式继电保护故障信息系统子站对录波文件的处理方法保证在多插件系统中录波文件得到有效的传送管理，使在调度主站端能够及时获取完整、正确的录波文件，利于专业人员对电网扰动、故障进行正确分析，提高继电保护故障信息管理系统实用化水平。

附图说明

下面结合附图对本发明再作进一步详细的说明。

图1是多插件嵌入式故障信息系统子站中对录波文件的处理流程示意图。

具体实施方式

在附图1中的三个方框，分别代表三个不同插件：接入插件、主CPU插件、转出插件。在对录波文件处理的流程中，三者之间进行信息交互。

录波数据在多插件嵌入式子站中的处理方法主要分成三个步骤。

1、录波数据的收集和整理形成COMTRADE格式文件，在接入插件对录波文件及列表进行管理

录波数据的收集整理由接入插件完成。

接入插件接入继电保护设备和故障录波器的规约可能有很多种，但是对于录波数据的处理都具有以下流程：

(1)获知新录波数据的产生：新录波数据产生时，子站无论以何种方式与接入设备进行通信，接入插件都可以通过某种渠道获知新录波数据的产生，这个渠道可能是所接入的设备主动上送、子站通过询问得到应答报文或者子站直接查询所接入设备上的列表文件得知(部分故障录波器可能采用此方式)等等。这几种方式虽然机制不同，但都可以将是否有录波数据产生、产生的新录波数据的标识是什么送到子站，若包括多次录波数据则将多次录波数据的标识列表上送。

(2)记录新录波数据信息：接入插件得到新录波数据产生的信息后，将新录波数据的唯一特征标识(如故障序号、装置代码、故障时间等的一个或多个组合，依据通信规约的特点而定)记录到一个驻留在本插件内存的录波数据列表中。此列表中的录波数据都是尚未召唤的，因此此列表称为待召唤录波数据列表。除了待召唤录波数据列表外，接入插件中还需保存一个已召唤录波文件列表，用于记录已经成功召唤过的录波文件。这是由于有些接入设备并不仅仅上送未召唤过的新录波信息，而是将最新的若干次录波的信息一起送给子站(无论是否召唤过)，所以为防止重复召唤，在将新录波数据信息记录到待召唤录波数据列表之前，必须对新录波数据的信息进行过滤。过滤的方法是将本次上送的录波数据信息逐条与两个列表中原有信息进行对比，这两个列表一个就是刚刚提到的待召唤录波数据列表，另一个是已召唤录波文件列表。如果上送的新录波数据信息中，某一条与这两个列表中的任意一个重复，则认为这条信息不是新信息，不再重复记入待召唤录波数据列表。

(3)自动召唤：接入插件按照工作流程，自动启动对待召唤录波数据列表中的录波数据的依次召唤，并且对召唤上来的录波数据进行规范化整理，写成标准的COMTRADE文件。由于录波数据召唤的优先级要低于其它突发数据，因此在建立录波数据召唤流程的时候，必须在空闲时间进行召唤，并且其过程中必须支持其它数据的插入。

(4)刷新录波文件列表：生成新的COMTRADE文件后，接入插件刷新本地的已召唤录波文件列表，将新文件列入。为了避免掉电丢失已经召唤过的录波文件信息，已召唤录波文件列表除了在内存中驻留外，还必须以文件形式保存。此文件在每次召唤录波文件成功后刷新，以保持与内存同步。而且，软件启动后的初始化过程中，也必须将此文件读入内存，形成最初的内存中的已召唤录波文件列表。

2、主CPU插件获取录波文件，并对录波数据进行集中管理

录波数据的集中管理主要由主CPU插件完成。

由主CPU插件对录波文件进行集中管理，可以使所有接入插件和转出插件进行数据共享成为可能。对于多插件结构的子站来说，这种功能设置尤其重要。为了达到有效管理录波文件的目的，在主CPU插件中有两个列表文件，一个是待召唤录波文件列表，一个是已召唤录波文件列表。这两个文件在初始化时被读入内存，并在运行过程中随时刷新，以保持与内存数据同步。其中，待召唤录波文件列表中，每一条信息都至少包括文件名、待召唤标志和文件是否已获取标志。待召唤标志为0，则表示该文件需要召唤，为1表示不需要召唤。文件已获取标志为0表示文件未成功召唤完成，为1表示文件已经成功召唤完成。

主CPU插件对录波数据进行集中管理的流程为：(1)接入插件将录波文件生成信息通知主CPU插件：在某个接入插件形成新的录波文件并刷新了已召唤录波文件列表后，接入插件会主动发消息通知主CPU插件，通知信息中带有新录波文件的名称。主CPU插件得到此信息，就知道有新录波文件产生并且在接入插件上等待召唤。

(2)主CPU插件刷新本地录波文件列表，并置待召唤标志：主CPU插件从接入插件发来的新录波文件消息中摘取录波文件名后，首先进行过滤。过滤的依据是和存放在主CPU插件内存中的待召唤录波文件列表和已召唤录波文件列表中保存的文件名一一对比。如果该文件在待召唤录波文件列表中已经存在，则认为是重复上送，不进行记录，若进一步判断文件在已召唤录波文件列表中已经存在，则认为文件已经召唤过，还要发消息告诉接入插件此为重复信息应删除。如果该文件与待召唤录波文件列表和已召唤录波文件列表中已经记录的各项均不相同，则将文件名记入待召唤录波文件列表，并且将列表中该条信息的状态置为待召唤，并将文件是否获取标志置为未获取。

(3)主CPU插件根据本地录波文件列表中的状态，在空闲时自动召唤录波文件：主CPU插件运行空闲的时候，通过待召唤录波文件列表中每条信息的不同状态来控制召唤。对待召唤录波文件列表进行搜索，发现某条录波文件记录为待召唤状态，即自动启动召唤，从接入插件将其召唤到主CPU插件。召唤成功后，将待召唤录波文件列表中对应信息更改为已召唤，置文件状态为已获取，并且发消息通知接入插件录波文件已经召唤完毕，接入插件会及时删除录波文件以释放存储空间。由于主CPU插件是数据处理核心，若对某录波文件多次召唤失败，必须能及时进行其它处理，所以对多次召唤失败的情况，将待召唤状态更改为已召唤状态，但文件是否获取标志仍为未获取，以便后续处理。

3、主CPU插件通知转出插件录波文件形成信息，转出插件根据主站要求向主CPU插件申请并获取录波文件，传送给主站

录波数据向主站的传送主要由转出插件完成。

转出插件上一般不保存录波文件，而是根据需要从主CPU插件获取特定的录波文件，上送主站完成后就删除，以避免录波文件多处保存造成不一致，并且浪费存储空间。

转出插件对主站传送录波数据的流程为：

(1)主CPU插件将新录波文件生成信息通知转出插件：在主CPU插件从接入插件召唤录波文件成功并刷新了已召唤录波文件列表后，主CPU插件会主动发消息通知各个转出插件，通知信息中带有新录波文件的名称。转出插件得到此信息，就知道有新录波文件产生并且已经在主CPU插件上集中管理了，如果某转出插件需要此录波文件，就可以进行下列步骤。

(2)转出插件将录波文件信息上送主站：转出插件从主CPU插件获知录波文件信息后，一般都需要按照主子站规约报文格式，上送录波简报报文给主站，主站就可以及时获得录波文件相关信息。根据主站的不同情况，可能会人工或者自动对录波文件进行召唤。

(3)转出插件接到主站的召唤命令后，向主CPU插件申请并获取录波文件：转出插件得到主站召唤录波文件的命令后，由于本插件上并没有录波文件，所以必须首先从主CPU插件上获取录波文件。转出插件发消息向主CPU插件申请发送录波文件，主CPU插件根据消息内容搜索本地保存的录波文件。找到后，将录波文件发送给转出插件。在主CPU插件搜索的过程中，对于搜索不到所召唤录波文件的情况，可能有两种不同处理方法，一种是，直接向转出插件回复无所召唤的文件；另一种是，通过接入插件直接向接入设备召唤所需要的录波。其中第一种情况比较常用，而第二种情况需要接入设备的支持。

(4)转出插件按照主站和子站之间的规约格式将录波文件打包上送主站：转出插件将录波文件召唤到本插件后，将录波文件读入内存，按照主子站规约报文格式分帧传送给主站。在传送过程中，要处理断点续传、突发数据插入等。全部传送完毕后，删除本地录波文件，以释放存储空间。

接入插件维持和接入设备(继电保护或者故障录波器等)的通信，当获知有新录波数据时，将新录波数据信息记入待召唤录波数据列表，然后按照通信规约的规定启动录波数据召唤流程。这个流程的完成时间与通信方式、通信介质、录波数据量大小都有关系。一般来说，非平衡式上送数据较快，平衡式上送数据相对较慢；以太网通信上送数据较快，串口通信上送数据较慢；继电保护设备录波数据量小，上送数据较快，故障录波器录波数据量大，上送数据较慢。当录波数据全部接收完毕，接入插件将其转换为标准COMTRADE格式文件，存储到本插件，并将录波文件记录到已召唤录波文件列表中。

接入插件将有录波文件生成的信息发送消息通知主CPU插件。

主CPU插件收到有新录波文件的消息，首先将文件记入待召唤录波文件列表，并将状态初始化为未召唤、文件未获取。按照程序流程启动自动召唤后，主CPU插件与接入插件之间进行数据交互，获取录波文件。主CPU插件从接入插件完全获取录波文件后，更新待召唤录波文件列表中对应文件的状态为已召唤、文件已获取，并将此录波文件记入已召唤录波文件列表。同时，发消息通知接入插件，接入插件删除本地的录波文件，释放存储空间。

主CPU插件发录波文件通知消息给转出插件。转出插件得到新录波文件消息后，实时上送给主站。如果主站下发了召唤命令，转出插件就向主CPU插件申请获取录波文件，主CPU插件与转出插件之间进行数据交互，传送录波文件。录波文件传送完毕后，转出插件将其按照规约格式进行数据分帧，打包上送给主站。上送完毕后删除本次存储的录波文件，以释放磁盘空间，并保证录波文件数据的唯一性。如果主站因需要再次对同一录波文件进行召唤，则再次向主CPU插件请求录波文件，视同未召唤过的文件，按照同样的流程操作。

上述流程为主要流程，也是正常情况下的流程，但在传输过程中也会出现一些异常情况，需做处理，主要有：

(1)接入插件接收录波数据过程中如果因通信问题出现中断，按照不同规约，可能要求从断点继续召唤，或者完全重新召唤。无论哪种情况，如果最终出现了不完整录波，应有完善的处理，至少应删除。

(2)接入插件接收录波数据完毕后，如果因与主CPU插件通信原因，导致有新录波文件的信息未能及时送达主CPU插件，则可能导致该录波文件无法正常传输。针对此种情况，必须在接入插件设置弥补措施，例如定时查询是否有滞留在本插件的录波文件，如果查到，就再次主动补送给主CPU插件，保证每个录波都可以从接入插件传送出去。

(3)主CPU插件对接入插件召唤录波文件时，如果因通信原因或其它可能的原因导致召唤失败，应能够自动进行重复召唤。但为保证待召唤录波文件列表中每个录波文件都能够进行召唤，不能永远停留在召唤一个录波文件的过程，必须设置最大重复召唤次数。如果对某个录波文件的召唤已经达到最大重复召唤次数仍然未成功，则将待召唤录波文件列表中该文件的状态置为已召唤、未获取到文件。此时就可以进入其它待召唤录波文件的召唤流程。当接入插件主动补送该文件信息的时候，如果判断为此录波文件未曾获取，就更改状态再次召唤。

(4)在调试过程中，可能因为调试需要会对接入插件中的录波文件列表进行删除等操作。如果由于类似原因导致接入插件再次召唤了已经召唤过的录波文件，则在接入插件送信息给主CPU插件时，主CPU插件会进行对比判断，如果收到的录波文件是已经召过的，则不会从接入插件再次获取，并且会通知接入插件此文件为重复文件，使接入插件删除该文件。

(5)嵌入式设备的磁盘存储空间是有限的，因此在接入插件和主CPU插件都必须对存储的录波文件进行管理。接入插件不长期保存录波文件，因此其管理重点为保证在录波数据大量集中上送时不会写满存储空间。而主CPU插件对录波文件会长期存储，因此其管理重点应该是对录波文件的循环存储更新。

按照上述流程，并考虑上述异常情况的处理，就可以保证录波数据从接入设备到主站的顺利传输，为分析处理故障提供完整数据，给运行人员的工作带来极大方便。

Claims (4)

1.多插件嵌入式继电保护故障信息系统子站对录波文件的处理方法，该方法可实现在多插件协调工作的情况下对录波数据进行有效传输，保证录波文件完整及时地传送到主站，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)子站的接入插件完成录波数据的收集和整理形成COMTRADE格式文件，在本接入插件中对录波文件及待召唤录波数据列表和已召唤录波文件列表进行管理；

(2)子站的主CPU插件获取录波文件，并对录波数据进行集中管理；

(3)主CPU插件通知转出插件录波文件形成信息，转出插件根据主站要求向主CPU插件申请并获取录波文件，传送给主站。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)进一步包括：

①接入插件获知新录波数据的产生；

②记录新录波数据信息，与保存的每个接入设备的待召唤录波数据列表和已召唤录波文件列表对比进行过滤，防止对录波数据的重复记录；

③接入插件根据待召唤录波数据列表，按照与接入设备间的通信规约的规定，自动召唤录波数据，并形成COMTRADE格式录波文件保存在接入插件；

④根据新生成的录波文件刷新接入插件的已召唤录波文件列表。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)进一步包括：

①接入插件将新录波文件生成信息通知主CPU插件；

②主CPU插件刷新本地待召唤录波文件列表，并置待召唤标志和文件是否已获取标志，这两个标志分别表示列表中的这一个文件是否处于等待召唤状态和是否已经成功召唤到主CPU插件；

③主CPU插件根据本地待召唤录波文件列表中的状态，在空闲时自动召唤录波文件，召唤上来的录波文件保存在主CPU插件中，并在召唤上来的录波文件列表中更新召唤状态为已召唤，更新获取标志为已获取。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)进一步包括：

①主CPU插件将新录波文件生成信息通知转出插件；

②转出插件将录波文件信息上送主站；

③转出插件接到主站的召唤命令后，向主CPU插件申请并获取录波文件；

④录波文件传送到转出插件后，由转出插件按照主站和子站之间的规约格式打包上送主站。