CN106056227B - 基于iec61850标准的智能变电站服务跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，包括（A）构建智能变电站服务跟踪模型；（B）在IEC61850标准下的服务端实现服务跟踪的功能；（C）在IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块客户端实现服务跟踪的功能，是解决智能变电站通信异常问题的方法，通过服务端的跟踪记录，对智能变电站内所有服务参数进行跟踪，通过报告服务和日志记录方式提供给客户端的监控系统，该服务可替代网络分析仪在间隔层网络上的监视分析功能，大大减少了数字化变电站运行和维护，通信问题的快速查清，增强智能变电站稳定和安全，具有良好的应用前景。

Description

基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法
技术领域
本发明涉及智能变电站技术领域，具体涉及一种基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法。
背景技术
随着新能源技术的兴起以及智能变电站的发展，IEC 61850标准的应用越来越广泛。国际电工委员会TC57委员会从2005年就开始着手修订IEC 61850技术标准，在2006年，IEC 61850标准的第二版已陆续发布。IEC 61850标准第二版沿用第一版框架的同时，扩展了变电站与变电站之间、变电站与控制中心之间、水电、风电、分布式能源、电力电子等领域，补充了网络冗余、服务跟踪、电能质量、状态监测等方面。
目前，在国内和国际上，站控层设备和间隔层设备之间的通讯采用抽象通信服务接口(ACSI)和特定通信服务映射(SCSM)的方法，信息交互的操作复杂且不透明。一种服务往往是通过一系列读写操作的顺序执行来完成，如果某一步操作失败会导致整个服务失败。此外，有些服务的不透明性导致服务失败后，运行维护人员并不知情。当故障发生时需由专业人员通过报文分析等手段定位错误所在。目前，获取异常信息时刻的报文有两种方案，具体如下：
(1)异常重现
专业技术人员到达现场后搭建监视环境，通过异常重现的方法，获取通信异常时刻的报文，再通过第三方工具分析报文查明原因。此方案缺点在于维护成本高，专业技术高，且仅适用于如遥控失败、数据读写不成功等可重现的异常问题，对于不定时出现或无法重现的异常问题不适用。
(2)网络分析仪
网络分析仪是安装在变电站主控室中专门处理网络信息的装置，它通过交换机获取整个变电站内所有装置间实时交互的报文，再利用大容量的储存设备进行保存。根据通信异常发生的时间，查询此时间段内交互的报文，直接分析查明原因。此方案缺点在于网络分析仪的价格昂贵，大大增加了变电站的建设成本，且需要从海量的报文中查找到异常信息，专业技术高，工作效率低。
因此，目前，智能变电站急需一种处理通信异常的方案，以便降低数字化变电站运行和维护成本，便于通信问题的快速查清，提高工作效率，增强智能变电站安全，是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的获取智能变电站异常信息时刻的报文，定位错误所在存在的问题。本发明的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，替代网络分析仪在间隔层网络上的监视分析功能，大大减少了数字化变电站运行和维护，通信问题的快速查清，增强智能变电站稳定和安全，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，构建智能变电站服务跟踪模型，包括建立控制类、控制块类和公用类服务跟踪实例对象模型，所述公用类服务跟踪实例对象模型包括数据类型模板的定义、服务跟踪对象的实例化、服务跟踪对象的数据集列表和报告控制块定义；
步骤(B)，基于智能变电站服务跟踪模型，在IEC61850标准下的服务端实现服务跟踪的功能，过程如下，
(B1)解析服务跟踪模型，形成数据类型模板对象列表，IED实例化对象列表，服务跟踪对象列表；
(B2)根据解析服务跟踪模型的结果，建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联；
(B3)运行服务端的服务跟踪触发任务，当待跟踪对象发生变化，记录服务跟踪信息，并将服务跟踪信息上送给IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块的客户端；
步骤(C)，基于智能变电站服务跟踪模型，在IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块客户端实现服务跟踪的功能，过程如下，
(C1)接收IEC61850标准下的服务端上送的服务跟踪信息，形成服务跟踪信息的报告；
(C2)以文件服务的方式读取服务端的服务跟踪日志。
前述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：步骤(A)构建智能变电站服务跟踪模型，利用IEC61850标准的公共数据类和逻辑节点类型，在SCL模型文件中增加服务跟踪的对象配置信息，从而构建用于服务跟踪的模型文件。
前述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B1)解析服务跟踪模型，服务器端采用SAX方式解析服务跟踪模型的模型文件，所述SAX方式在读取文档时处理数据，包括以下步骤，
(1)解析数据类型模板信息，建立数据类型模板对象列表，所述数据类型模板对象列表包括服务跟踪相关的数据属性类型、数据对象类型、逻辑节点类型的解析，同时，在已有功能约束列表中增加服务跟踪功能约束标识SR；
(2)解析IED实例化信息，服务器解析IED实例化信息时，将遍历数据类型模板对象，获得实例化信息对应的数据类型，建立IED实例化对象列表；同时，当判断该信息的功能约束是SR时，将该实例化信息进行提取，并根据服务对象的公共数据类建立服务对象的数据类型，建立服务跟踪对象列表。
前述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B2)建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联，包括以下步骤，
(1)根据解析服务跟踪模型的结果，获得数据类型模板对象列表，IED实例化对象列表，服务跟踪对象列表；
(2)在IED实例化对象列表的待跟踪对象中增加一个指针成员SrTkPoint，SrTkPoint用于指向服务跟踪对象；
(3)遍历IED实例化对象列表，当识别该对象是待跟踪对象时，遍历服务跟踪对象列表；
(4)找出待跟踪对象对应的服务跟踪对象，并将服务跟踪对象的内存地址指向SrTkPoint，建立起服务跟踪对象和待跟踪对象的关联关系。
前述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B2)建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联，服务跟踪对象和待追踪对象的关联关系是一对多的关系。
前述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B3)运行服务端的服务跟踪触发任务，当待跟踪对象发生变化，记录服务跟踪信息，并将服务跟踪信息上送给IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块的客户端，包括以下步骤，
(1)当待跟踪对象发生变化，获取待跟踪对象的模型路径、变化原因、变化时间、变化结果，并利用待跟踪对象的SrTkPoint指针成员将上述信息传递给服务跟踪对象；
(2)触发服务跟踪对象的记录动作，记录服务跟踪信息，记录动作包括两个方面，一方面调用日志记录模块，将信息写入到日志；另一方面，将信息形成无缓存报告，以数据变化为触发条件，上送到已订阅服务跟踪模块的客户端，同时当报告满足完整性周期、总召触发条件时，上送到已订阅服务跟踪模块的客户端。
本发明的有益效果是：本发明的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，是解决智能变电站通信异常问题的方法，通过服务端的跟踪记录，对智能变电站内所有服务参数进行跟踪，通过报告服务和日志记录方式提供给客户端的监控系统，该服务可替代网络分析仪在间隔层网络上的监视分析功能，大大减少了数字化变电站运行和维护，通信问题的快速查清，增强智能变电站稳定和安全，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法的流程图。
图2是本发明建立的解析服务跟踪模型的流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，包括以下步骤，
步骤(A)，构建智能变电站服务跟踪模型，包括建立控制类、控制块类和公用类服务跟踪实例对象模型，所述公用类服务跟踪实例对象模型包括数据类型模板的定义、服务跟踪对象的实例化、服务跟踪对象的数据集列表和报告控制块定义，利用IEC61850标准的公共数据类和逻辑节点类型，在SCL模型文件中增加服务跟踪的对象配置信息，从而构建用于服务跟踪的模型文件，具体实现实例如下，
公共数据类是模型文件数据对象的基础，定义了某个数据对象的基本类型，公共类服务跟踪引用的CDC为CST。它为所有服务跟踪所公用，包含的数据属性，如下表1所示：
表1公用服务跟踪定义
Figure GDA0002223904990000061
控制类服务跟踪引用的CDC为CTS。不仅继承了CST的所有数据属性，还有控制服务相关的数据属性，如下表2所示，
表2控制跟踪服务定义
Figure GDA0002223904990000062
Figure GDA0002223904990000071
控制块类服务跟踪也继承了CST的所有数据属性，并包含了不同控制块自身特有的属性，以缓存报告控制块访问服务跟踪BrcbTrk为例，所引用的CDC为BTS，特有数据属性，如下表3所示，
表3缓存报告跟踪服务定义
Figure GDA0002223904990000072
为了区分数据对象的用途，第二版增加了新的功能约束SR，表示此数据对象专门用于服务跟踪模型，逻辑节点类型，如下表4所示，
表4服务跟踪逻辑节点定义
Figure GDA0002223904990000073
Figure GDA0002223904990000081
服务跟踪模型实例化，本发明基于上述公共数据类和逻辑节点类型，对服务跟踪模型进行实例化，建立实例化逻辑节点，并在逻辑节点零中进行服务跟踪数据集列表定义、服务跟踪的报告控制块定义，
(1)LN实例化
LN实例化建模方式有两种：第一种是每个服务跟踪对象和每个待追踪对象对应，例如：每一个报告控制块对应一个服务跟踪数据对象，该方式在服务端实现简单，仅需处理一对一的关系，某追踪对象变化直接改变服务跟踪对象的数据信息，不足在于建模信息过多，模型文件过大；第二种是服务跟踪对象和每类待追踪对象对应，例如所有带缓存报告控制块对应一个服务跟踪数据对象。该方式虽然服务端实现机制较复杂，但分类的方式实现服务追踪，一方面能够减少服务器端的内存消耗，另一方面建模更加抽象精炼，是服务跟踪的优化方案，本发明采用第二种方案，建模方式举例如下：
Figure GDA0002223904990000082
Figure GDA0002223904990000091
LN0实例化
LN0将实例化信息建立服务跟踪的报告数据集、日志数据集，对应相应的报告控制块、日志控制块，数据集和报告控制块的目的是用于服务跟踪数据主动上送给客户端，日志数据集和日志控制块的目的是用于服务跟踪数据能够通过日志方式提供给客户端，便于客户端进行服务跟踪数据的存储和高级功能实现，建模示例如下：
Figure GDA0002223904990000092
Figure GDA0002223904990000101
步骤(B)，基于智能变电站服务跟踪模型，在IEC61850标准下的服务端实现服务跟踪的功能，过程如下，
(B1)解析服务跟踪模型，形成数据类型模板对象列表，IED实例化对象列表，服务跟踪对象列表，具体过程如下，服务器端采用SAX方式解析服务跟踪模型的模型文件，所述SAX方式在读取文档时处理数据，如图2所示，包括以下步骤，
(1)解析数据类型模板信息，建立数据类型模板对象列表，所述数据类型模板对象列表包括服务跟踪相关的数据属性类型、数据对象类型、逻辑节点类型的解析，同时，在已有功能约束列表中增加服务跟踪功能约束标识SR；
(2)解析IED实例化信息，服务器解析IED实例化信息时，将遍历数据类型模板对象，获得实例化信息对应的数据类型，建立IED实例化对象列表；同时，当判断该信息的功能约束是SR时，将该实例化信息进行提取，并根据服务对象的公共数据类建立服务对象的数据类型，建立服务跟踪对象列表；
(B2)根据解析服务跟踪模型的结果，建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联，包括以下步骤，
(1)根据解析服务跟踪模型的结果，获得数据类型模板对象列表，IED实例化对象列表，服务跟踪对象列表；
(2)在IED实例化对象列表的待跟踪对象中增加一个指针成员SrTkPoint，SrTkPoint用于指向服务跟踪对象；
(3)遍历IED实例化对象列表，当识别该对象是待跟踪对象时，遍历服务跟踪对象列表；
(4)找出待跟踪对象对应的服务跟踪对象，并将服务跟踪对象的内存地址指向SrTkPoint，建立起服务跟踪对象和待跟踪对象的关联关系，服务跟踪对象和待追踪对象的关联关系是一对多的关系，即功能约束CO的对象是控制类对象，这类对象都指向服务跟踪的单点跟踪对象SpcTrk，功能约束BR的对象是缓存报告控制块对象，这类对象都指向服务跟踪的无缓存控制块跟踪对象UrcbTrk，如表5所示，
表5服务跟踪对象与IED实例对象的关联关系
Figure GDA0002223904990000111
(B3)运行服务端的服务跟踪触发任务，当待跟踪对象发生变化，记录服务跟踪信息，并将服务跟踪信息上送给IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块的客户端，包括以下步骤，
(1)当待跟踪对象发生变化，获取待跟踪对象的模型路径、变化原因、变化时间、变化结果，并利用待跟踪对象的SrTkPoint指针成员将上述信息传递给服务跟踪对象；
(2)触发服务跟踪对象的记录动作，记录服务跟踪信息，记录动作包括两个方面，一方面调用日志记录模块，将信息写入到日志；另一方面，将信息形成无缓存报告，以数据变化为触发条件，上送到已订阅服务跟踪模块的客户端，同时当报告满足完整性周期、总召触发条件时，上送到已订阅服务跟踪模块的客户端；
步骤(C)，基于智能变电站服务跟踪模型，在IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块客户端实现服务跟踪的功能，过程如下，
(C1)接收IEC61850标准下的服务端上送的服务跟踪信息，形成服务跟踪信息的报告；
(C2)以文件服务的方式读取服务端的服务跟踪日志。
当客户端与服务端正常通信时，客户端首先注册服务跟踪的报告控制块，从而订阅服务跟踪的功能，然后客户端按照以往方式订阅各种其他服务，例如无缓存报告服务、有缓存报告服务，GOOSE服务等。当待跟踪服务发生变化，客户端会收到服务端发送的上送信息，客户端需能够识别该信息为服务跟踪的信息。
由于客户端的存储容量较大，适合作为服务跟踪信息的长期存储介质，因此，客户端应支持读取日志文件的功能，能够以文件服务的方式读取服务端的服务跟踪日志，保证服务端的服务跟踪日志不因存储容量过大而覆盖。
客户端基于服务跟踪信息，可实现各种高级操作，通过统计控制类对象的历史操作记录，分析控制块类对象配置变化的结果,关注错误结果，例如遥控失败时服务端的反馈原因码是什么、数据读写不成功时服务器端的失败原因是什么，从而为分析问题，解决通信异常提供依据。
综上所述，本发明的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，是解决智能变电站通信异常问题的方法，通过服务端的跟踪记录，对智能变电站内所有服务参数进行跟踪，通过报告服务和日志记录方式提供给客户端的监控系统，该服务可替代网络分析仪在间隔层网络上的监视分析功能，大大减少了数字化变电站运行和维护，通信问题的快速查清，增强智能变电站稳定和安全，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，构建智能变电站服务跟踪模型，包括建立控制类、控制块类和公用类服务跟踪实例对象模型，所述公用类服务跟踪实例对象模型包括数据类型模板的定义、服务跟踪对象的实例化、服务跟踪对象的数据集列表和报告控制块定义；
步骤(B)，基于智能变电站服务跟踪模型，在IEC61850标准下的服务端实现服务跟踪的功能，过程如下，
(B1)解析服务跟踪模型，形成数据类型模板对象列表，IED实例化对象列表，服务跟踪对象列表；
(B2)根据解析服务跟踪模型的结果，建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联；
(B3)运行服务端的服务跟踪触发任务，当待跟踪对象发生变化，记录服务跟踪信息，并将服务跟踪信息上送给IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块的客户端；
步骤(C)，基于智能变电站服务跟踪模型，在IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块客户端实现服务跟踪的功能，过程如下，
(C1)接收IEC61850标准下的服务端上送的服务跟踪信息，形成服务跟踪信息的报告；
(C2)以文件服务的方式读取服务端的服务跟踪日志；
(B1)解析服务跟踪模型，服务器端采用SAX方式解析服务跟踪模型的模型文件，所述SAX方式在读取文档时处理数据，包括以下步骤，
(1)解析数据类型模板信息，建立数据类型模板对象列表，所述数据类型模板对象列表包括服务跟踪相关的数据属性类型、数据对象类型、逻辑节点类型的解析，同时，在已有功能约束列表中增加服务跟踪功能约束标识SR；
(2)解析IED实例化信息，服务器解析IED实例化信息时，将遍历数据类型模板对象，获得实例化信息对应的数据类型，建立IED实例化对象列表；同时，当判断该信息的功能约束是SR时，将该实例化信息进行提取，并根据服务对象的公共数据类建立服务对象的数据类型，建立服务跟踪对象列表。
2.根据权利要求1所述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：步骤(A)构建智能变电站服务跟踪模型，利用IEC61850标准的公共数据类和逻辑节点类型，在SCL模型文件中增加服务跟踪的对象配置信息，从而构建用于服务跟踪的模型文件。
3.根据权利要求1所述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B2)建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联，包括以下步骤，
(1)根据解析服务跟踪模型的结果，获得数据类型模板对象列表，IED实例化对象列表，服务跟踪对象列表；
(2)在IED实例化对象列表的待跟踪对象中增加一个指针成员SrTkPoint，SrTkPoint用于指向服务跟踪对象；
(3)遍历IED实例化对象列表，当识别该对象是待跟踪对象时，遍历服务跟踪对象列表；
(4)找出待跟踪对象对应的服务跟踪对象，并将服务跟踪对象的内存地址指向SrTkPoint，建立起服务跟踪对象和待跟踪对象的关联关系。
4.根据权利要求1所述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B2)建立服务跟踪对象和待追踪对象的关联，服务跟踪对象和待追踪对象的关联关系是一对多的关系。
5.根据权利要求1所述的基于IEC61850标准的智能变电站服务跟踪方法，其特征在于：(B3)运行服务端的服务跟踪触发任务，当待跟踪对象发生变化，记录服务跟踪信息，并将服务跟踪信息上送给IEC61850标准下的已订阅服务跟踪模块的客户端，包括以下步骤，
(1)当待跟踪对象发生变化，获取待跟踪对象的模型路径、变化原因、变化时间、变化结果，并利用待跟踪对象的SrTkPoint指针成员将上述信息传递给服务跟踪对象；
(2)触发服务跟踪对象的记录动作，记录服务跟踪信息，记录动作包括两个方面，一方面调用日志记录模块，将信息写入到日志；另一方面，将信息形成无缓存报告，以数据变化为触发条件，上送到已订阅服务跟踪模块的客户端，同时当报告满足完整性周期、总召触发条件时，上送到已订阅服务跟踪模块的客户端。
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