CN104882964B - 基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法 - Google Patents
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Abstract
本方法包括信息冗余方法和信息纠错方法两个方面，信息冗余方法主要包括多信号源冗余、报文协议冗余和/或设备组织方式，与之对应的分别为多信号源冗余信息纠错，报文协议冗余信息纠错和/或设备组织方式冗余信息纠错；在信息冗余方式上提出协议冗余，信号源冗余和基于一次电气等式约束冗余三种方式，三种信息冗余方式和纠错方法从不同的冗余信息获取方式入手，根据冗余信息特征状态或约束条件判断数据是否异常；满足了变电站实时性、可靠性的运行要求，减少了信息纠错的工作量和极大降低了失误的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及电力工程技术领域，特别是涉及一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法。
背景技术
随着智能变电站推广建设，智能变电站呈现出设备建模标准化、一次设备智能化、二次系统网络化等特征。以信息交换和网络共享为技术特征的智能变电站技术，在给变电站带来组织架构、运行方式、技术原理等各方面发展的同时，智能变电站通信网络也在传输延时、误码率、网络状态等方面直接影响着变电站安全稳定运行。
目前，智能变电站过程层和间隔层的测量、保护、控制等主要功能完全依赖于采样值(SV)报文和面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文的信息交互，而当前的工程实践中在信息交互和使用的过程中不进行报文正确性校验，仅对交换报文进行大量存储记录，方便在事故发生后通过查找存储报文人工排查事故原因。这种事后纠错的信息处理方式无益于变电站通信网络可靠性的提升，无法在异常或事故情况为变电站提供实时的控制或恢复措施。
一般情况下，变电站通信网络使用采样值SV报文和面向变电站通用事件GOOSE报文进行信息传输和保护控制，尽管这两类报文帧结构中具有反映报文是否有效的品质位，但品质位内容是在信源设备中形成的，只反映报文生成过程中的品质问题，无法反映信息交换过程中出现的报文损坏、误码问题，当前变电站实际运行中不提供行之有效的信息校验和信息纠错方法，只对变电站中运行过程中的报文进行存储记录，通过人工在事故后检查存储报文内容进行故障排查和恢复。
然而，检查存储报文排查故障的信息校验和纠错方式是一种事后处理方式，难以满足变电站实时性、可靠性的运行要求，并且，人工校验的信息纠错方式不仅带来繁复的工作量，也存在人工失误的可能性。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，提高获取信息正确性，同时也为网络状况判定提供了有效途径，保证智能变电站安全稳定运行，降低智能变电站通信网络信息误码、信息错误和信息丢失风险。
一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，包括：
根据GOOSE报文的报文特性对变电站信息进行报文协议信息冗余；其中，所述报文为基于IEC61850标准的GOOSE报文；
将冗余的报文协议信息与当前报文协议信息中具有相同APPID和StNum的报文内容进行校验和判定，如果内容不符，则替换当前的报文内容并发出异常告警；
对该APPID、StNum下的报文更改次数进行计数，当更改次数达到设定次数后，判定交换信道出现异常或故障，发出链路异常告警；其中，SqNum为发送序列号，StNum为事件序列号。
上述基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，在信息冗余方式上提出协议冗余，反映了信道偶然性误码通信网络异常类型，提供了解决信道偶然性误码所造成信息异常的快速解决方案，根据冗余信息特征状态判断数据是否异常并进行纠错，满足了变电站实时性、可靠性的运行要求，减少了信息纠错的工作量和极大降低了失误的可能性。
一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，包括：
建立各个设备间的冗余信息源；
根据设备间冗余方式，初始化设备间冗余信息的订阅关系，建立冗余信息存储表；
在系统运行状态下，各设备接受订阅报文，并从其他冗余设备订阅APPID相同的冗余报文，将所得报文信息存储在冗余信息存储表中；
将各设备与其他设备信息不符的冗余设备筛选出来，将错误信息和纠正报文发回信号源，并发出异常告警。
上述基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，在信息冗余方式上提出多信号源冗余，反映了偶然性误码和信道永久损坏所造成的信息异常情况，提供了解决偶然性误码和信道永久损坏所造成的信息异常情况方案，根据冗余信息特征状态判断数据是否异常并进行纠错，满足了变电站实时性、可靠性的运行要求，减少了信息纠错的工作量和极大降低了失误的可能性。
一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，包括：
基于一次系统连接关系，将每一种电气量信息建立合并单元间的信息订阅关系，建立一次电气量等式约束，进入下一步骤；
正常运行过程中，由订阅终端即时接收并解析订阅报文，并通过检测网络中是否有保护动作以实时判断网络是否出现故障，如果网络是在正常运行状况下，进入下一步骤；
根据解析内容获取一次系统电气量信息并进行结构化的覆盖性存储，当所有订阅报文得到解析和存储时，对设定的信息内容进行校验，如果校验结果不符合一次电气量等式约束，进入下一步骤；
查找出出现异常的合并单元，并进行告警。
上述基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，在信息冗余方式上提出一次电气约束的信息冗余，反映了由于信号源(如变电站中合并单元或一次电压电流互感器)故障所带来的数据问题，提供了解决由于信号源故障而导致数据出现问题的方案，根据约束条件判断数据是否异常并进行纠错，满足了变电站实时性、可靠性的运行要求，减少了信息纠错的工作量和极大降低了失误的可能性。
附图说明
图1为一个实施例的基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法整体架构示意图；
图2为过程层报文帧结构示意图；
图3为GOOSE报文重发包机制示意图；
图4是基于GOOSE报文协议的信息校验与纠错方法一个应用实例算法流程图；
图5为基于多信号源的信息冗余方式的结构示意图；
图6是基于多信号源的信息冗余方式的信息校验与纠错方法一个应用实例算法流程图；
图7为一个示例的电气一次接线图；
图8是基于一次系统连接方式的信息冗余与校验纠错方法一个应用实例算法流程图；
图9为三种信息冗余方式与纠错方法反映不同的通信网络异常类型示意图。
具体实施方式
变电站通信网络信息产生错误或误码的主要环节包括信息源、交换节点和交换链路三方面，交换信息出现错误和误码分为偶然性错误、误码(如暂时性的电磁干扰)和永久性错误、误码(如光功率损耗、设备故障等)两种。
一般情况下，对于偶然性的信息误码情况可通过重复性的发包机制规避，而对于永久性的信息误码则需要针对错误环节提供冗余的信号源或信息交换路径。为提升智能变电站通信网络可靠性，如图1所示，图1为本发明提出的一个实施例的基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法整体架构示意图。
如图1所示，本方法包括信息冗余方法和信息纠错方法两个方面，信息冗余方法主要包括多信号源冗余、报文协议冗余和/或设备组织方式(一次系统连接方式)，与之对应的分别为多信号源冗余信息纠错(多信号源信息对比)，报文协议冗余信息纠错(重发冗余报文对比)和/或设备组织方式冗余信息纠错(一次电气量等式约束)。
作为一个实施例的方案，本发明提供一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，可以包括如下步骤：
根据GOOSE报文的报文特性对变电站信息进行报文协议信息冗余；其中，所述报文为基于IEC61850标准的GOOSE报文；
将冗余的报文协议信息与当前报文协议信息中具有相同APPID和StNum的报文内容进行校验和判定，如果内容不符，则替换当前的报文内容并发出异常告警；
对该APPID、StNum下的报文更改次数进行计数，当更改次数达到设定次数(一般为3次)后，判定交换信道出现异常或故障，发出链路异常告警；其中，SqNum为发送序列号，StNum为事件序列号。
上述方案基于IEC61850标准的GOOSE报文信息冗余与信息校验，具体的，IEC61850是电力系统自动化的通用标准，IEC61850实现了智能变电站的工程运作标准化。IEC61850中规定了过程层网络中主要包括SV报文和GOOSE报文，其报文帧结构如图2所示，图2为过程层报文帧结构示意图，其中，(a)为GOOSE报文的帧结构，(b)为SV报文的帧结构。此外，IEC61850规定了过程层网络的报文特性，包括通信模型、发包机制和性能约束。其中，SV报文为周期性报文无重发机制，GOOSE报文中用于控制跳闸命令的突发性报文具有发包间隔线性减少的重发包机制，如图3所示，图3为GOOSE报文重发包机制示意图。
IEC61850中规定SV和GOOSE两种报文均有唯一确定报文的APPID(applicationidentification)标识，是指IEC61850规约中的应用标识编辑。由于SV报文是周期性发送报文，不具有重发机制，针对IEC61850标准的报文特性，本发明提出了基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，该方法是基于IEC61850标准的信息冗余与信息校验，针对于GOOSE报文的信息校验和纠错。
GOOSE报文具有周期性和突发性报文两种，IEC61850在GOOSE报文中定义了SqNum(发送序列号)和StNum(事件序列号)两种计数序列，SqNum主要用于同一种报文重发序列号计数，而StNum用于不同事件触发计数。应用StNum和SqNum两种计数序列号。
概括来说，通过对比具有相同APPID和StNum的GOOSE报文内容，对存储信息进行校验和判定，如果出现与存储内容不符的报文，则替换原有报文并发出异常告警，此外，可以使用APPID_StNum_ScNum对该APPID、StNum下的GOOSE报文更改次数进行计数，当更改次数联系达到3次即认为交换信道出现异常或故障，并即时发出链路异常告警。
参考图4所示，图4是基于本发明方法的一个应用实例算法流程图，该实例是一种基于GOOSE报文协议的信息校验与纠错方法，主要包括如下过程：
s401，判定方法初始化所有APPID_StNum_ScNum＝0；
s402，GOOSE报文接收；
s403，GOOSE报文解析；
s404，判定报文17-18字节是否为0×8888；若是，执行s405，否则返回s402；
s405，获取报文的APPID、SqNum、StNum；
s406，判定冗余存储的数据库中是否有相同APPID，若是，执行s405，否则执行s413；
s407，判断同一APPID下是否有相同的StNum，若是，执行s408，否则执行s413；
s408，对比相同StNum报文数据内容；
s409，判断GOOSE报文数据内容是否一致，若是，执行s410，否则执行s413；
s410，进行数据异常告警，替换数据并计数APPID_StNum_ScNum+1；
s411，判断APPID_StNum_ScNum是否大于或等于3；若是，执行s412，否则执行s413；
s412，链路异常告警；
s413，GOOSE报文按结构进行存储，并返回执行s402。
作为一个实施例的方案，本发明提供一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，可以包括如下步骤：
建立各个设备间的冗余信息源；
根据设备间冗余方式，初始化设备间冗余信息的订阅关系，建立冗余信息存储表；
在系统运行状态下，各设备接受订阅报文，并从其他冗余设备订阅APPID相同的冗余报文，将所得报文信息存储在冗余信息存储表中；
将各设备与其他设备信息不符的冗余设备筛选出来，将错误信息和纠正报文发回信号源，并发出异常告警。
进一步地，对于建立各个设备间的冗余信息源的方法，可以包括如下：测控装置、故障录波、PMU、电能计量和元件保护装置通过合并单元发送方式，并通过过程层网络中不同路径获取一次系统电量信息；各设备间根据所述一次系统电量信息构成互为冗余信号源的冗余设备。
上述方案为基于多信号源的信息冗余及信息校验与纠错方法。信息交换网络化与标准化是智能变电站区别于普通变电站的重要特征。网络化的数据交换给变电站带来充分的数据共享和信息冗余。传统意义上来说，合并单元是变电站通信网络的唯一采样值信源。但在智能变电站体系下，合并单元作为信息的发布方与保护测控、故障录波、监控五防、PMU等构成发布-订阅关系。尽管采样值订阅设备的信号源是相同的，但其获取信息的交换路径、交换方式各不相同，本发明的方案，在合并单元正确工作的前提下，将采样值的后备信息与所得信息校验纠错。
参考图5所示，图5为基于多信号源的信息冗余方式的结构示意图，测控装置、故障录波、PMU、电能计量和元件保护装置均由合并单元发送经由过程层网络中不同路径获取一次系统电量信息，各设备间构成了互为冗余信号源的冗余设备。
根据设备间信息的冗余关系，各设备间均建立基于多信号源的冗余信息存储表，参考表1所示，表1是一个例子的冗余信息存储表，以所要校验报文的APPID为主键，对所有订阅该信息设备进行信息对比校验和纠错。
表1
具体的，可以首先建立各类报文的冗余信息源，然后将多种订阅设备的信息汇聚存储，并根据多种来源的信息对比纠错已有信息。即根据图5所示设备间冗余方式，初始化设备间冗余信息的订阅关系，建立如表1所示冗余信息存储表，系统运行状态下，各设备接受订阅报文，并从其他冗余设备订阅APPID相同的冗余报文，将所得报文信息存储于表1中，将与其他设备信息不符的冗余设备筛选出来，将错误信息和纠正报文发回信号源，并作异常告警。
参考图6所示，图6是基于本发明方法的一个应用实例算法流程图，该实例是一种基于多信号源的信息冗余方式的信息校验与纠错方法，可以包括如下过程：
s601，对冗余设备订阅关系进行初始化；
s602，建立冗余设备信息存储表；
s603，接收GOOSE报文；
s604，对比APPID相同的报文内容；
s605，判断内容是否相同，若是，返回s603，否则执行s606；
s606，发出异常告警并进行纠错。
作为一个实施例的方案，本发明提供一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，可以包括如下步骤：
基于一次系统连接关系，将每一种电气量信息建立合并单元间的信息订阅关系，建立一次电气量等式约束，进入下一步骤；
正常运行过程中，由订阅终端即时接收并解析订阅报文，并通过检测网络中是否有保护动作以实时判断网络是否出现故障，如果网络是在正常运行状况下，进入下一步骤；
根据解析内容获取一次系统电气量信息并进行结构化的覆盖性存储，当所有订阅报文得到解析和存储时，对设定的信息内容进行校验，如果校验结果不符合一次电气量等式约束，进入下一步骤；
查找出出现异常的合并单元，并进行告警。
在一个实施例中，对于查找出出现异常的合并单元的方法，可以采用基于多信号源的信息冗余方式的信息校验与纠错方法来完成，具体包括如下：
建立各个合并单元间的冗余信息源；根据合并单元间冗余方式，初始化合并单元间冗余信息的订阅关系，建立冗余信息存储表；在系统运行状态下，各合并单元接受订阅报文，并从其他冗余合并单元订阅APPID相同的冗余报文，将所得报文信息存储在冗余信息存储表中；将各合并单元与其他合并单元信息不符的冗余设备筛选出来。
上述方案是基于设备组织方式冗余信息纠错方案，具体地，就是基于一次系统连接方式的信息冗余与校验纠错方法。合并单元作为变电站通信网络电气量采样值的唯一信号源，是不具备冗余设备或冗余报文的，因此，本发明在不同间隔之间的合并单元通过一定的组织方式和验证，用来彼此校验信息并对比纠错。
参考图7所示，图7为一个示例的电气一次接线图，图中，正常运行状态下间隔1-3的合并单元上传的电压采样值应该几乎一致，而上传的电流采样值应符合基尔霍夫电流定律；同样的，间隔2与间隔4的电流采样值应该一致，且间隔1、3、4电流采样值也应符合基尔霍夫电流定律。根据一次系统的连接方式，各间隔间的合并单元存在基于一次系统连接情况的冗余信息。
通过图7可以看出，合并单元上传的一次系统电气量信息具有多种多样的等式关系，通过提前配置订阅相关合并单元采样值信息，配合具体计算方法形成可校验的冗余信息。
参考图8所示，图8是基于本发明方法的一个应用实例算法流程图，该实例是一种基于一次系统连接方式的信息冗余与校验纠错方法，可以包括如下过程：
S801，建立合并单元之间的订阅关系；
S802，接收并解析订阅的报文；
S803，判断一次系统是否出现故障，若是，返回S802，否则执行S804；
S804，获取节点电气量信息；
S805，将报文进行存储；
S806，判断是否所有订阅报文存储完成，若是，执行S807，否则返回S802；
S807，判断是否符合一次电气量约束关系，若是，返回S802，否则执行S808；
S808，调用多信号源信息校验与纠错方法进行检测和纠正，查找出出现异常的合并单元，；
S809，根据出现异常的合并单元进行告警。
本发明提出一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，可以在报文协议、信源设置或设备组织方式等方面提出不同角度、层面的信息冗余方案，并分别针对冗余信息内容特征提出相适应的信息校验与纠错方法，上述报文协议、信源设置或设备组织方式三种信息冗余和校验与纠错方法可以相互独立运用，也可以协调使用，通过实时的冗余信息比对提高获取信息正确性的同时也为网络状况判定提供了有效途径。
本发明的技术方案，可以对变电站通信网络信息进行实时性的冗余校验与纠错，改善了目前变电站采用的报文存储与事故后纠错相结合的方法，减少了人工投入并避免了人工纠错带来的失误；并且可以采用多种冗余方式和纠错方法，覆盖了变电站过程层网络主要的报文类型，多重冗余信息校验纠错方法提高变电站通信网络可靠性。
综合上述各实施例，本发明在信息冗余方式上提出协议冗余，信号源冗余和基于一次电气等式约束冗余三种方式，三种信息冗余方式和纠错方法从不同的冗余信息获取方式入手，根据冗余信息特征状态或约束条件判断数据是否异常。三种信息冗余和纠错方法相互独立且能协调使用，如图9所示，图9为三种信息冗余方式与纠错方法反映不同的通信网络异常类型示意图。具体来说，协议冗余是解决信道偶然性误码所造成信息异常的快速解决方案，信号源冗余能够解决偶然性误码和信道永久损坏所造成的信息异常情况，但这两种方案不能处理由于信号源(变电站中合并单元或一次电压电流互感器)故障所带来的数据问题。此时需要采用本方案提出的一次电气约束的信息冗余和纠错方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，其特征在于，包括：
根据GOOSE报文的报文特性对变电站信息进行报文协议信息冗余；其中，所述报文为基于IEC61850标准的GOOSE报文；
将冗余的报文协议信息与当前报文协议信息中具有相同APPID和StNum的报文内容进行校验和判定，如果内容不符，则替换当前的报文内容并发出异常告警；
对该APPID、StNum下的报文更改次数进行计数，当更改次数达到设定次数后，判定交换信道出现异常或故障，发出链路异常告警；其中，APPID表示应用标记，StNum为事件序列号；
基于一次系统连接关系，将每一种电气量信息建立合并单元间的信息订阅关系，建立一次电气量等式约束，进入下一步骤；
正常运行过程中，由订阅终端即时接收并解析订阅报文，并通过检测网络中是否有保护动作以实时判断网络是否出现故障，如果网络是在正常运行状况下，进入下一步骤；
根据解析内容获取一次系统电气量信息并进行结构化的覆盖性存储，当所有订阅报文得到解析和存储时，对设定的信息内容进行校验，如果校验结果不符合一次电气量等式约束，进入下一步骤；
查找出出现异常的合并单元，并进行告警。
2.根据权利要求1所述的基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，其特征在于，所述设定次数为3次。
3.根据权利要求1所述的基于信息冗余的变电站信息校验纠错方法，其特征在于，查找出出现异常的合并单元的步骤包括：
建立各个合并单元间的冗余信息源；
根据合并单元间冗余方式，初始化合并单元间冗余信息的订阅关系，建立冗余信息存储表；
在系统运行状态下，各合并单元接受订阅报文，并从其他冗余合并单元订阅APPID相同的冗余报文，将所得报文信息存储在冗余信息存储表中；
将各合并单元与其他合并单元信息不符的冗余设备筛选出来。
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