CN104125103B - 基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于举证表的智能变电站设备在过程层网络中通信的故障定位方法：从SCD文件中解析得到设备过程层的物理端口信息、虚端子信息和通信链路告警信息；通过拓扑搜索算法获取设备过程层逻辑通信链路所对应的物理通信链路；融合逻辑通信链路及所对应的物理通信链路，生成过程层通信故障举证表；将逻辑通信链路告警值写入故障举证表中，完成故障举证过程，统计物理故障节点的举证值，将举证值最大的物理故障节点作为故障定位结果。本发明方法利用设备过程层物理通信链路故障节点与逻辑通信链路一对多的关系，通过无故障通信链路和故障通信链路对故障节点的举证，定位出最有可能发生故障的节点，有助于提高智能变电站网络运行维护水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，属于电力自动化技术领域。
背景技术
基于IEC61850的智能变电站采用以太网作为变电站通信网络，其自动化系统在逻辑上分为站控层、间隔层和过程层三层体系架构，其中，间隔层设备包括继电保护和测控装置等智能电子设备(IED)，过程层设备包括智能终端、合并单元等与一次设备接口的IED。三层设备之间通过站控层网络和过程层网络通信，其中，站控层与间隔层设备之间在站控层网络上采用制造报文规范(MMS)通信，间隔层与过程层设备之间在过程层网络上使用面向通用对象变电站事件(GOOSE)协议传输开关量信号，通过IEC61850-9-2协议传输采样值(SV)。
过程层网络通信中使用的GOOSE和SV协议都基于“发布/订阅”机制，设备具有通信链路监视功能，一般的，过程层通信的接收方设备通过在规定时间中有无接收到规定的报文来判断与发送方设备之间的链路状态。导致设备间通信故障的原因分为物理链路问题和逻辑配置问题，设备在运行中产生的通信故障往往是由于物理链路故障导致的，而设备逻辑链路监视功能并无法定位到物理链路，需要运行人员通过逻辑链路状态监视进一步排查设备间的通信故障，这也是智能变电站运行维护中常见的问题。
设备物理链路故障又可分为发送方设备故障、接收方设备故障和传输物理通道故障，通常的，物理链路中的设备、板卡、端口、光纤等节点都可能是故障点，变电站设备过程层逻辑链路上百个，每个逻辑链路对应的物理链路中还存在多个可能的故障点，加之物理通道与逻辑链路是一对多的关系，即一条物理通道上可能承载了多条逻辑链路，物理通道的一个故障点可能导致多条逻辑链路同时故障，增加了直接故障定位的难度。
发明内容
为了协助运行检修人员在现场快速定位物理链路故障点，本发明提供了一种智能变电站过程层网络通信故障定位方法，该方法能够在运行中实时地定位全站过程层网络通信的物理故障点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，包括以下步骤：
步骤S01，从SCD文件中解析得到设备过程层的物理端口信息、虚端子信息和通信链路告警信息，具体包括如下步骤：
(1-1)通过解析智能变电站系统配置描述文件，遍历IED过程层相关的ConnectedAP元素获得IED名称(iedName)、连接点名称(apName)、物理端口号(Port)和端口所连接光纤名称(Cable)，生成设备过程层物理端口信息表；设备过程层物理端口信息表中的因素包括IED名称(iedName)、连接点名称(apName)、物理端口号(Port)和端口所连接光纤名称(Cable)；
(1-2)通过解析智能变电站系统配置描述文件，遍历IED过程层相关的Inputs元素获得IED名称(iedName)、虚端子连线(extRef)，从虚端子连线中提取接收端口号(intPort)和外部IED名称(extIed)，从外部IED的数据集中匹配发送虚端子，获取外部IED的访问点(extAp)，根据虚端子连线(extRef)的排序定义逻辑通信链路名称(ConnId)，并从IED的链路告警数据集中搜索得到逻辑通信链路的告警信号索引(AlarmRef)，生成设备过程层逻辑通信链路信息表；设备过程层逻辑通信链路信息表中的元素包括IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、接收端口号(intPort)、外部IED名称(extIed)、外部IED的访问点(extAp)和告警信号索引(AlarmRef)；
步骤S02，通过拓扑搜索算法获取设备过程层逻辑通信链路所对应的物理通信链路，具体包括如下步骤：
(2-1)以步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的IED名称(iedName)和接收端口号(intPort)为起点，在步骤(1-1)生成的设备过程层物理端口信息表中根据所对应的光纤名称(Cable)单向查找所述光纤所连接的对侧设备的物理端口信息，若所述对侧设备是交换机，继续查找交换机其他端口所连接设备的物理端口信息，直至设备物理端口信息中的IED名称(iedName)和连接点名称(apName)与步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的外部IED名称(extIed)和外部IED的访问点(extAp)匹配；
(2-2)将步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的每条逻辑通信链路按步骤(2-1)搜索，并将搜索过程中产生的搜索路径中涉及的设备名称、板卡号、端口号和光纤名称作为所述逻辑通信链路所对应的物理通信链路节点集合(PhysSet)；
步骤S03，融合逻辑通信链路及所对应的物理通信链路，建立设备过程层通信故障举证表，具体包括如下步骤：
(3-1)将IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、逻辑通信链路告警信号索引(AlarmRef)、逻辑通信链路告警值(Alarm)作为通信故障举证表的前四列，将(2-2)生成的全部逻辑通信链路所对应的物理通信链路节点集合(PhysSet)汇总并去除重复项，作为故障举证表的其他列；
(3-2)将步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、逻辑通信链路告警信号索引(AlarmRef)依次对应到过程层通信故障举证表中，并根据步骤(2-2)中对应的物理通信链路节点集合(PhysSet)在通信故障举证表找到对应的单元格，所述对应单元格的值为引用本行的逻辑通信链路告警值(Alarm)单元格的值，其他单元格的值为空；
(3-3)通信故障举证表的新增统计行进行举证统计值计算，所述新增统计行对应物理故障节点列的单元格中的举证统计值建立生成规则为：如果同一列的单元格的值中有0，则所述列对应的新增统计行的单元格的值为0；否则，所述列对应的新增统计行的单元格的值为所述列其他单元格中非空值的和；
根据步骤(3-1)～(3-3)产生的设备过程层通信故障举证表包括IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、逻辑通信链路告警信号索引(AlarmRef)、逻辑通信链路告警值(Alarm)、物理通信链路节点集合(PhysSet)和举证统计值。
步骤S04，通过在过程层和站控层网络中监视举证表中每条逻辑通信链路的告警信息，将逻辑通信链路告警值(Alarm)写入故障举证表中，完成故障举证过程，统计每个物理故障节点的举证值，将举证值最大的物理故障节点作为故障定位结果。
实施时，继电保护、测控等间隔层设备的链路告警来源于侦听站控层MMS信息，智能终端、合并单元等过程层设备的链路告警来源于侦听过程层GOOSE信息，之所以不在站控层侦听测控装置的MMS信息来获取过程层设备的链路告警是因为当过程层设备物理通道发生故障时，其链路告警信息无法通过测控装置观测到，而本发明选择在过程层监听的方法，当其链路告警GOOSE信号接收不到时，可假定其过程层的全部逻辑链路均发生告警，并将相关节点举证值定为1。这样虽然对某些通信故障节点“误举证”，但这些非故障节点可被其他正常通信链路“纠正”，不会导致定位错误，避免了因链路告警信号观测不到位而无法定位的情况。本发明具有的有益效果为：利用了设备过程层物理通信链路故障节点与逻辑通信链路一对多的关系，通过无故障通信链路和故障通信链路对故障节点的举证，定位出最有可能发生故障的节点，有助于提高智能变电站网络运行维护水平，在智能变电站过程层网络发生通信故障时，运行或检修人员能够根据本发明方法实时地获取物理故障点信息，故障定位效率高，实时定位，从而使智能变电站网络设备的维护变得简单易行，减少维护的人力及时间成本，而且能够避免因链路告警信号观测不到位而无法定位的情况。。
附图说明
图1是智能变电站过程层网络通信故障定位方法实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明提出的基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，步骤如下：
步骤1：从SCD文件中解析得到设备过程层的物理端口信息、虚端子信息和通信链路告警信息，生成设备过程层物理端口信息表和设备过程层逻辑通信链路信息表，包括：
(1-1)通过解析智能变电站系统配置描述文件，遍历IED过程层的ConnectedAP元素获得IED名称(iedName)、连接点名称(apName)、物理端口号(Port)和端口所连接光纤名称(Cable)，生成设备过程层物理端口信息表，如表1所示。这张表描述了IED物理端口所关联的访问点和物理连接光纤名称，Port中的1-A是Q/GDW1396-2012标准中规定的命名规则，1代表板卡号，A是板卡上端口号，Cable是1-A端口上连接的光纤名，通过这张表可以建立IED设备逻辑链路和物理链路的联系。如表1设备过程层物理端口信息表中的元素包括IED名称(iedName)、连接点名称(apName)、物理端口号(Port)和端口所连接光纤名称(Cable)；
表1设备过程层物理端口信息表
| iedName | apName | Port | Cable |
| MU | M1 | 1-A | L9 |
| PM | M1 | 1-A | L9 |
| …… | …… | …… | …… |
(1-2)通过解析智能变电站系统配置描述文件，遍历IED过程层的Inputs元素获得IED名称(iedName)、虚端子连线(extRef)，按Q/GDW1396-2012标准的规定：如<ExtRefdaName＝“stVal”doName＝“Pos”iedName＝“IL2201A”ldInst＝“RPIT”lnClass＝“XCBR”lnInst＝“1”prefix＝“Q0A”intAddr＝“1-A:PIGO/GOINGGIO1.DPCSO1.stVal”/>，端口号与虚端子之间采用“:”符号分离，从虚端子连线中提取接收端口号(Port)为“1-A”，外部IED名称(extIed)为“IL2201A”。从外部IED的数据集中匹配的发送虚端子，得到外部访问点(extAp)，依据是IEC61850-6标准中规定的，此处不再赘述。按Q/GDW1396-2012标准的规定：GOOSE告警模型应按inputs输入顺序自动排列，因此可根据外部虚端子的排序定义逻辑通信链路名称(ConnId)，并从此IED模型中搜索得到此逻辑通信链路的告警信号索引(AlarmRef)，生成设备过程层逻辑通信链路信息表，如表2所示。这张表描述了IED的逻辑通信链路信息，IntPort表示的是此IED的接收端口，ExtIed是对侧发送方装置，AlarmRef是此链路的告警索引，可通过监视此信号得到逻辑链路的状态。如表2所示，设备过程层逻辑通信链路信息表中的因素包括IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、接收端口号(intPort)、外部IED名称(extIed)、外部IED的访问点(extAp)和告警信号索引(AlarmRef)。
表2设备过程层逻辑通信链路信息表
| iedName | ConnID | IntPort | ExtIed | ExtAP | AlarmRef |
| PM | M1 | 1-A | MU | M1 | LD0/GGIO10Alarm0 |
| PL | G2 | 1-B | IL | G1 | LD0/GGIO10Alarm1 |
| …… | …… | …… | …… | …… | …… |
步骤2：通过拓扑搜索算法获取设备过程层逻辑通信链路所对应的物理通信链路，具体包括如下步骤：
(2-1)以步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的IED名称(iedName)和接收端口号(intPort)为起点，在步骤(1-1)生成的设备过程层物理端口信息表中根据所对应的光纤名称(Cable)单向查找所述光纤所连接的对侧设备的物理端口信息，若所述对侧设备是交换机，继续查找交换机其他端口所连接设备的物理端口信息，直至设备物理端口信息中的IED名称(iedName)和连接点名称(apName)与步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的外部IED名称(extIed)和外部IED的访问点(extAp)匹配。例如表2中第一行：PM从1-A端口接收此逻辑通信链路，从表1中找到此端口所连接光纤是L9，再从表1中找到L9所连对侧设备MU、访问点M1，恰好与表2中外部IED和访问点匹配，说明PM.1-A、L9、MU.1-A就是此逻辑通信链路所对应的物理通信链路。
(2-2)将步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的每条逻辑通信链路按步骤(2-1)搜索，并将搜索过程中产生的搜索路径中涉及的设备名称、板卡号、端口号和光纤名称作为所述逻辑通信链路所对应的物理通信链路节点集合(PhysSet)。如PM的1-A端口所涉及的物理通信链路节点有PM、PM.1(PM的1号板卡)、PM.1-A(PM的1号板卡上的A端口)。至此，逻辑通信链路所对应的物理通信链路全部搜索完毕，完成了通信链路的虚实对应。
步骤3：融合逻辑通信链路及所对应的物理通信链路，建立过程层通信故障举证表，如表3，具体包括如下步骤：
(3-1)将IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、逻辑通信链路告警信号索引(AlarmRef)、逻辑通信链路告警值(Alarm)作为通信故障举证表的前四列，将(2-2)生成的全部逻辑通信链路所对应的物理通信链路节点集合(PhysSet)汇总并去除重复项，作为故障举证表的其他列。如表3中的“IL.1-B列”、“L1列”都是汇总的物理通信链路节点。
(3-2)将(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、逻辑通信链路告警信号索引(AlarmRef)依次复制到过程层通信故障举证表中，并根据(2-2)中对应的物理通信链路节点集合在举证表找到对应的单元格，其值为引用本行的逻辑通信链路告警值(Alarm)单元格的值，其他单元格的值为空。如表3中第四行所示的通信链路，其物理链路包含IL、IL.1、IL.1-B、L2等，这来自于(2-2)中通信链路虚实对应的结果，即可能导致这个逻辑通信链路故障的物理故障点为IL、IL.1、IL.1-B、L2等，这些列所对应的单元格的值等于本行“Alarm列”单元格的值，即为举证值。
(3-3)通信故障举证表的新增统计行进行举证统计值计算，所述新增统计行对应物理故障节点列的单元格中的举证统计值建立生成规则为：本列的单元格的值中若有0，则本单元格的值也为0，如表3中的“IL列”和“L1列”；否则，本单元格的值将为本列其他单元格中非空值的和，如表3中的“IL.1列”、“IL.1-B列”、“L2列”。如表3所示，根据步骤(3-1)～(3-3)产生的设备过程层通信故障举证表包括IED名称(iedName)、逻辑通信链路名称(ConnId)、逻辑通信链路告警信号索引(AlarmRef)、逻辑通信链路告警值(Alarm)、物理通信链路节点集合(PhysSet)和举证统计值。
表3设备过程层通信故障举证表
步骤4：通过在过程层和站控层网络中监视举证表中每条逻辑通信链路的告警信息，将逻辑通信链路告警值(Alarm)写入故障举证表中，完成故障举证过程，统计每个物理故障节点的举证值，将举证值最大的物理故障节点作为故障定位结果。如表3所示，通过举证表自动计算，“IL.1列”的举证统计值最大，即当发生表3中第2、3、4行所示的逻辑通信链路告警时，最有可能故障的物理节点是IL设备的1号板卡。
需要说明的是，本发明是综合全网设备过程层通信逻辑链路告警信息得到的统计结果，这要求全网设备过程层通信链路告警都必须是可观测的，其结果的准确性也依赖逻辑通信链路告警观测的全面性。实施时，继电保护、测控等间隔层设备的链路告警来源于侦听站控层MMS信息，智能终端、合并单元等过程层设备的链路告警来源于侦听过程层GOOSE信息，之所以不在站控层侦听测控装置的MMS信息来获取过程层设备的链路告警是因为当过程层设备物理通道发生故障时，其链路告警信息无法通过测控装置观测到，违反了本发明的基本原则。而选择在过程层监听的方法，当其链路告警GOOSE信号接收不到时，可假定其过程层的全部逻辑链路均发生告警，并将相关节点举证值定为1。这样虽然对某些通信故障节点“误举证”，但这些非故障节点可被其他正常通信链路“纠正”，不会导致定位错误，避免了因链路告警信号观测不到位而无法定位的情况。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01，从SCD文件中解析得到设备过程层的物理端口信息、虚端子信息和通信链路告警信息，具体包括如下步骤：
(1-1)通过解析智能变电站系统配置描述文件，遍历IED过程层的ConnectedAP元素获得IED名称、连接点名称、物理端口号和端口所连接光纤名称，生成设备过程层物理端口信息表；所述IED为智能电子设备；
(1-2)通过解析智能变电站系统配置描述文件，遍历IED过程层相关的Inputs元素获得IED名称、虚端子连线，从虚端子连线中提取接收端口号和外部IED名称，从外部IED的数据集中匹配发送虚端子，获取外部IED的访问点，根据虚端子连线的排序定义逻辑通信链路名称，并从IED的链路告警数据集中搜索得到逻辑通信链路的告警信号索引，生成设备过程层逻辑通信链路信息表；
步骤S02，通过拓扑搜索算法获取设备过程层逻辑通信链路所对应的物理通信链路，具体包括如下步骤：
(2-1)以步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的IED名称和接收端口号为起点，在步骤(1-1)生成的设备过程层物理端口信息表中根据所对应的光纤名称单向查找所述光纤所连接的对侧设备的物理端口信息，直至设备物理端口信息中的IED名称和连接点名称与步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的外部IED名称和外部IED的访问点匹配；
(2-2)将步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的每条逻辑通信链路按步骤(2-1)搜索，并将所产生的搜索路径中涉及的设备名称、板卡号、端口号和光纤名称作为所述逻辑通信链路所对应的物理通信链路节点集合；
步骤S03，融合逻辑通信链路及所对应的物理通信链路，建立设备过程层通信故障举证表，具体包括如下步骤：
(3-1)将IED名称、逻辑通信链路名称、逻辑通信链路告警信号索引、逻辑通信链路告警值作为设备过程层通信故障举证表的前四列，将生成的全部逻辑通信链路所对应的物理通信链路节点集合汇总并去除重复项，作为设备过程层通信故障举证表的其他列；
(3-2)将步骤(1-2)生成的设备过程层逻辑通信链路信息表中的IED名称、逻辑通信链路名称、逻辑通信链路告警信号索引依次对应到设备过程层通信故障举证表中，并根据步骤(2-2)中对应的物理通信链路节点集合在通信故障举证表找到对应的单元格，所述对应的单元格的值为引用本行的逻辑通信链路告警值单元格的值，其他单元格的值为空；
(3-3)通信故障举证表的新增统计行进行举证统计值计算，所述新增统计行对应物理故障节点列的单元格中的举证统计值建立生成规则为：如果同一列的单元格的值中有0，则所述列对应的新增统计行的单元格的值为0；否则，所述列对应的新增统计行的单元格的值为所述列其他单元格中非空值的和；
步骤S04，通过在过程层和站控层网络中监视举证表中每条逻辑通信链路的告警信息，将逻辑通信链路告警值写入故障举证表中，完成故障举证过程，统计每个物理故障节点的举证值，将举证值最大的物理故障节点作为故障定位结果。
2.根据权利要求1所述的基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，其特征在于，步骤(2-1)若所述对侧设备是交换机，继续查找交换机其他端口所连接设备的物理端口信息。
3.根据权利要求1所述的基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，其特征在于，所述设备过程层物理端口信息表包括IED名称连接点名称、物理端口号和端口所连接光纤名称。
4.根据权利要求1所述的基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，其特征在于，所述设备过程层逻辑通信链路信息表包括IED名称、逻辑通信链路名称、接收端口号、外部IED名称、外部IED的访问点和告警信号索引。
5.根据权利要求1所述的基于举证表的智能变电站过程层网络通信故障定位方法，其特征在于，所述设备过程层通信故障举证表包括IED名称、逻辑通信链路名称、逻辑通信链路告警信号索引、逻辑通信链路告警值、物理通信链路节点集合和举证统计值。
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