CN103872640A - 一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法 - Google Patents

Abstract

一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法。其包括：离线故障自检测、异常报文处理、数据传输测试、终端单元系统程序、网卡程序重置、判断步骤四执行完成后通道是否恢复正常和将异常报文分析结果以文件的形式存档阶段等阶段。本发明提供的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法使得终端单元在不需人工干预的前提下，用最短的时间完成离线故障的自诊断和自修复，并显著提高终端单元的在线率。

Description

一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法

技术领域

本发明属于电力系统配电自动化技术领域，特别是涉及一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法，并可显著提高配电自动化终端单元在线率。

背景技术

配电自动化是实现智能电网的关键技术手段，而且对提高电网供电可靠性具有投资少、见效快等显著优势。它将计算机技术、通信技术和控制技术高度融合于现代化设备中，能够实时对配网设备运行状况进行监测，电网故障时通过故障的自动定位，减少了故障查找时间；通过遥控操作，减少了故障隔离操作时间；通过标准化抢修，减少了故障修复时间，是实现供电可靠性从99.9%至99.999%提升的必要手段。自国网公司开展配电自动化建设以来，第一批试点单位利用配电自动化系统共减少停电16402.15时户，平均倒闸操作时间由26.92分钟降至3.94分钟，非故障区域恢复供电时间由50.8分钟降至10.9分钟（以上数据来自国网运检部），配电网的供电可靠性得到了显著提高。所以时刻保证配电自动化系统安全、稳定、在线运行显得尤为重要，主站、通信网络、终端单元任何一个环节出现问题，都将直接导致整个配电自动化系统瘫痪。

配电自动化终端单元按应用对象不同可分为三类：a.站所终端单元(Distribution Terminal Unit,DTU)，主要布置在配电室、前置环网装置、开闭站以及箱式变电站等一次设备上；b.馈线终端单元(Feeder Terminal Unit,FTU)，安装在架空馈线单元上，对柱上断路器和柱上负荷开关进行数据采集和监控；c.配变终端单元(Transformer Terminal Unit,TTU)，主要采集配电变压器信息；为叙述方便，下文将站所终端单元和馈线终端单元统称为终端单元。终端单元是整个配电自动化系统中最为基础的控制单元，但也是最脆弱的一环。据各网省公司统计分析，终端单元离线故障是导致配电自动化系统不可用的最主要因素。试想，如果在终端单元离线情况下发生一次电网故障，则将直接影响故障的切除时间和非故障区域恢复供电时间，不仅使得供电企业产生巨额售电损失，也会带来不良的社会影响，这也是为何国网公司将终端单元在线率作为配网自动化验收时的关键考核指标。

但是，现有终端单元离线故障处理模式至少存在以下的缺点和不足：

1.目前，终端单元一旦发生离线故障，只能依靠人工现场处理，自身并不具备自诊断和自修复功能。

2.由于配电终端单元分布具有点多面广、环境恶劣的特点，所以人工处理必须要考虑到交通因素和现场环境的限制。特别是大中型城市，交通拥堵，致使故障处理时间无法得到保障；另外人工处理需要携带电脑、继保仪、线车等体积较笨重的辅助设备，但往往现场空间相对狭小，并不具备安置此类设备的条件，尤其是安装于杆上的FTU距离地面2-3米高，不仅无法架设设备，而且需要维护人员登杆操作。

3.安全是生产企业永恒的话题。首先是交通安全，尤其是风沙雨雪天气（往往是自动化终端单元故障高发期），道路泥泞湿滑，致使交通事故率也升高。另外，由于部分配电终端单元安装于配电室和杆上，和现场的一次高压设备缺少直接的物理隔离，很容易造成维护人员误入危险区域、勿碰带电设备，从而造成触电事故。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法，使得终端单元在不需人工干预的前提下，用最短的时间完成离线故障的自诊断和自修复，并显著提高终端单元的在线率。

为了达到上述目的，本发明提供的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、离线故障自检测阶段：为了实现终端单元离线故障的自检测，需要对终端单元与主站的通信状态进行实时监听，一旦监听到异常，则执行步骤二；

步骤二、异常报文处理阶段：如果网络通信处于异常状态，则前一时刻终端单元与主站的通信报文是最能反映异常情况的，通过分析结果初次判断步骤一监听到的异常是否属实，如果报文分析结果为正常，则退出本流程，否则进入下一步骤；

步骤三、数据传输测试阶段：对通信通道进行数据传输的再次测试，并将测试结果作为终端单元通信状况的最终判别依据，如果数据传输测试没有出现丢包或者超时延迟状况，则说明网络通信处于正常，退出本流程；否则进入下一步骤；

步骤四、终端单元系统程序、网卡程序重置阶段：若步骤三测试结果为通道异常，则需要对终端单元的系统程序和网卡程序进行重置，并等待终端单元进行重新网络注册，然后进入下一步骤；

步骤五、判断步骤四执行完成后通道是否恢复正常阶段：需要重新执行步骤三的数据传输测试，如果此次测试结果正确说明网络通信已恢复正常状态，则退出本流程，但即使此次测试结果为通道异常，也不会重复执行步骤四对终端单元系统程序、网卡程序再次重置，此时会执行步骤六；

步骤六、将异常报文分析结果以文件的形式存档阶段：为运行维护人员日后分析总结终端单元离线故障原因提供历史数据支持，并将终端单元离线故障信息显示于终端单元主屏幕上，以便运行维护人员日常巡视时及时发现并处理。

在步骤二中，所述的通信异常包括链路启动失败、遥信数据缺失或者遥测数据缺失。

本发明提供的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法的有益效果是：本发明充分考虑到人工处理离线故障所造成的耗时过长问题以及人身安全得不到保障问题，对终端单元出现离线故障的原因进行了深入透彻的分析，并提出一种终端单元离线故障自愈控制方法，并以C语言为开发工具，通过对终端单元内核程序进行扩展和二次开发，对本发明进行了程序实现。有效解决了由终端单元系统程序死锁、网卡程序异常和网络端口异常等“软原因”造成的终端单元离线故障，显著缩短了终端单元离线故障处理时间、提高了配电终端单元的在线率，有效避免了在终端单元离线时发生一次电网故障所带来的不必要损失。

附图说明

图1为本发明提供的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法实施案例程序流程示意图。

图2为本发明投入使用前后终端单元离线故障处理时间对比示意图。

图3为本发明本发明投入使用前后终端单元在线率对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法进行详细说明。

为了缩短终端单元离线故障处理时间，避免在其离线时发生一次电网故障，给供电企业带来不必要的损失，更为了消除人工处理故障所导致的不安全因素，本发明提供了一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法，其包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、离线故障自检测阶段：为了实现终端单元离线故障的自检测，需要对终端单元与主站的通信状态进行实时监听，一旦监听到异常，则执行步骤二；

步骤二、异常报文处理阶段：如果网络通信处于异常状态，则前一时刻终端单元与主站的通信报文是最能反映异常情况的，通信异常包括很多种类，比如链路启动失败、遥信数据缺失或者遥测数据缺失等，这些异常都会导致调度运行人员对电网运行状况失去监视和控制，而异常信息都会包含在报文当中，所以通过分析结果可以初次判断步骤一监听到的异常是否属实，如果报文分析结果为正常，则退出本流程，否则进入下一步骤。同时，报文的分析结果也有助于配电自动化运维人员更多地了解设备状态和设备的家族性缺陷等情况；

步骤三、数据传输测试阶段：为了进一步确认异常状况和种类，防止网络传输出现的瞬时性或虚假性异常信号，需要对通信通道进行数据传输的再次测试，并将测试结果作为终端单元通信状况的最终判别依据。如果数据传输测试没有出现丢包或者超时延迟等状况，则说明网络通信处于正常，退出本流程；否则进入下一步骤；

步骤四、终端单元系统程序、网卡程序重置阶段：若步骤三测试结果为通道异常，则需要对终端单元的系统程序和网卡程序进行重置，并等待终端单元进行重新网络注册，然后进入下一步骤；

步骤五、判断步骤四执行完成后通道是否恢复正常阶段：需要重新执行步骤三的数据传输测试，如果此次测试结果正确说明网络通信已恢复正常状态，则退出本流程，但即使此次测试结果为通道异常，也不会重复执行步骤四对终端单元系统程序、网卡程序再次重置（因为如果是硬件原因导致的终端单元掉线，会导致终端单元进入无休止重置状态），此时会执行步骤六；

步骤六、将异常报文分析结果以文件的形式存档阶段：为运行维护人员日后分析总结终端单元离线故障原因提供历史数据支持。并将终端单元离线故障信息显示于终端单元主屏幕上，以便运行维护人员日常巡视时及时发现并处理。

发明人以C语言为工具对本发明的控制方法进行了程序实现，可流畅运行于LINUX、UNIX等系统，具有良好的可扩展性和可移植性。程序关键技术如下；如图1所示，本发明提供的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法包括：

一、离线故障自检测，利用Socket套接字技术来实现DTU与主站之间通信状态的实时监听。

(1)首先调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字：

SOCKET socket(int domain,int type,int protocol){……}；

第一个参数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于TCP/IP协议族，该参数置PF_INET;第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为SOCK_STREAM、数据报套接字类型为SOCK_DGRAM，由于终端单元和主站之间是通过IEC104规约进行数据报的传输，所以该参数设置为SOCK_DGRAM；第三个参数指定应用程序所使用的通信协议。该函数如果调用成功就返回新创建的套接字的描述符，如果失败就返回INVALIDSOCKET。_

(2)int connect(int sockfd,struct sockaddr*serv_addr,int addrlen){……}；

调用该函数来实现网络连接状态的实时监听;sockfd是系统调用socket()返回的套接字描述符，serv_addr是保存着主站通信端口号和IP地址的数据结构。addrlen设置为sizeof(structsockaddr)。

二：异常报文处理

(3)异常报文截取：

int PASCAL FAR recv(sockfd,char FAR*buf1,int len1,intflags){……};

buf1定义用于接收异常报文的缓冲区，len可根据需要设置缓冲区长度。recv函数返回异常报文的字节数，如果recv在复制报文时出错，那么它返回SOCKET_ERROR；如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了，那么它返回0。在Unix系统下，如果recv函数在等待协议接收数据时网络断开了，那么调用recv的进程会接收到一个SIGPIPE信号，进程对该信号的默认处理是进程终止。

(4)异常报文分析：

char*Text_Anlys(char FAR*buf1,char FAR*buf2,int len2){……};

此函数读取recv截取的异常报文，依据IEC104规约规则对其进行分析，并为分析结果设置缓冲区buf2，返回分析结果缓冲区的地址。

三、数据传输测试

(5)发送数据包至主站，测试通信通道：

int Send_Ping(char*ip){……};

ip存储主站的IP地址，该函数完成如下功能：由DTU发送一定大小的数据包至指定IP地址（系统默认为32byte），根据丢包率或者数据包生存时间判断通信通道情况，如果通道正常返回1，一旦丢包率超过设定值或生存时间异常，则返回0；

(6)根据测试结果，选择是否启动系统重置程序：

void Rev_Ping(int signal){……};

该函数首先调用Send_Ping程序，并获取Send_Ping返回的参数，如果返回值为1，则退出整个控制单元，如果返回值为0，则启动Reset_Sys函数对系统程序和网卡程序重置。

四、DTU系统程序、网卡程序重置：

(7)void Reset_Sys(){……}；

此段程序包括两次调用，首先调用System()函数（已被收录在标准C库中，可以直接调用)，然后System会调用fock()函数产生子进程，由子进程来执行/bin/sh-c string中参数string字符串所代表的DOS命令，此命令执行完后随即返回原调用的进程，最终完成对配电终端单元网卡程序和系统程序的重置，并等待DTU进行重新网络注册。

(8)在等待DTU重新注册后（一般设置等待时间为3分钟左右），程序继续执行一次步骤(5)、(6)，但即使Rev_Ping函数接收到的返回值为0（即通信通道测试为阻塞）也不会再启动Reset_Sys函数，此时会执行下一单元。

五、报警信息打印、异常报文存档

ssize_t write(int fp,const void*buf2,size_t count){……};

获取异常报文分析结果缓冲区地址buf2，将缓冲区中的数据写入到参数fp所指的文件中，并保存。为运行维护人员日后分析总结DTU离线故障原因提供历史数据支持。

Print_Warning(){……};将DTU离线故障打印至屏幕。

如图2、图3所示，本发明抽取了天津市滨海新区的45台终端单元(包括23台DTU,22台FTU)进行了功能测试，结果表明投入本发明后终端单元离线故障处理时间由原来的85分钟(人工处理平均值)缩短至7分钟左右，并且全程不需要人工干预；终端单元在线率也由原来的92.86%提升至98.80%，效果显著。

Claims (2)

1.一种配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法，其特征在于：所述的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、离线故障自检测阶段：为了实现终端单元离线故障的自检测，需要对终端单元与主站的通信状态进行实时监听，一旦监听到异常，则执行步骤二；

步骤二、异常报文处理阶段：如果网络通信处于异常状态，则前一时刻终端单元与主站的通信报文是最能反映异常情况的，通过分析结果初次判断步骤一监听到的异常是否属实，如果报文分析结果为正常，则退出本流程，否则进入下一步骤；

步骤三、数据传输测试阶段：对通信通道进行数据传输的再次测试，并将测试结果作为终端单元通信状况的最终判别依据，如果数据传输测试没有出现丢包或者超时延迟状况，则说明网络通信处于正常，退出本流程；否则进入下一步骤；

步骤四、终端单元系统程序、网卡程序重置阶段：若步骤三测试结果为通道异常，则需要对终端单元的系统程序和网卡程序进行重置，并等待终端单元进行重新网络注册，然后进入下一步骤；

步骤五、判断步骤四执行完成后通道是否恢复正常阶段：需要重新执行步骤三的数据传输测试，如果此次测试结果正确说明网络通信已恢复正常状态，则退出本流程，但即使此次测试结果为通道异常，也不会重复执行步骤四对终端单元系统程序、网卡程序再次重置，此时会执行步骤六；

步骤六、将异常报文分析结果以文件的形式存档阶段：为运行维护人员日后分析总结终端单元离线故障原因提供历史数据支持，并将终端单元离线故障信息显示于终端单元主屏幕上，以便运行维护人员日常巡视时及时发现并处理。

2.根据权利要求1所述的配电自动化终端单元离线故障快速自愈控制方法，其特征在于：在步骤二中，所述的通信异常包括链路启动失败、遥信数据缺失或者遥测数据缺失。

Images