CN106850270B - 一种iec61850关键逻辑节点辨识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IEC61850关键逻辑节点辨识方法，包括以下步骤：S1、根据电力系统通用标准IEC61850‑5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；S2、将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；S3、根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给每条逻辑链路分配相应的权重；S4、对每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。本发明可以为智能变电站的安全稳定运行提供依据和保障。

Description

一种IEC61850关键逻辑节点辨识方法
技术领域
本发明涉及计算机软件技术与电力系统自动化技术的交叉领域，尤其涉及一种IEC61850关键逻辑节点辨识方法。
背景技术
随着电子和计算机技术的不断发展，智能变电站的相关技术日渐成熟。作为电力系统中的重要节点，变电站的安全关乎着整个电网的运行。因此，提高智能变电站相关设备和装置的可靠性具有重要的现实意义。
IEC61850标准是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准，实现了智能变电站的工程运作标准化，提出了一种公共的通信标准，通过设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。IEC61850规定的变电站自动化系统功能由若干相互交换数据的逻辑节点组成，且仅有逻辑节点中的数据才能进行交换。逻辑节点是一个由数据和方法定义的对象，并不是一次设备本身，而是指它的智能部分或者是它在二次系统中的映像。
IEC61850定义了大约90个逻辑节点，且提供了扩展定义逻辑节点的规则。这些逻辑节点之间通过通信链路相互联系，实现了智能变电站保护、控制与监测功能。目前，智能变电站的相关研究多集中在仿真培训系统及标准理论研究，针对其内部逻辑节点及其重要性的相关问题鲜有报道。逻辑节点的失效与否关乎整个智能变电站的安全稳定运行，若某些逻辑节点失效，则有可能导致相应的一次或二次设备无法实现预定的功能，完成相应的动作。因此，研究智能变电站逻辑节点的安全性和可靠性具有重要的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺乏对智能变电站中关键逻辑节点研究的缺陷，提供一种IEC61850关键逻辑节点辨识方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种IEC61850关键逻辑节点辨识方法，包括以下步骤：
S1、根据电力系统通用标准IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；
S2、获取通信信息片传输列表中的传输链路,将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；
S3、获取每个逻辑节点上的信号种类，根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重；
S4、对逻辑连接网络中的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，即逻辑节点的重要度；并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。
进一步地，本发明的步骤S3中给逻辑链路分配权重后，对逻辑连接网络中重复的逻辑链路和逻辑节点进行合并，相同的逻辑链路合并后其权重为合并前所有逻辑链路的权重之和。
进一步地，本发明的步骤S3中给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重的方法为：
在建立逻辑连接网络时，按照每个逻辑节点具有的信号种类数目对每条有向边进行权重分配，作为后续级联失效过程中的失效概率，即若某个逻辑节点具有n种不同的信号种类，则其下属每类信号抽象成的传输链路上的边权均为1/n。
进一步地，本发明的步骤S4中统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目的方法为：
基于网络的故障传播理论，对逻辑连接网络进行动态分析，首先移除网络中的一个逻辑节点i，以模拟逻辑节点i的失效；受此影响，接收逻辑节点i相关信息的逻辑节点无法执行相应的操作，认为其以概率1/wij失效，wij表示逻辑节点i和逻辑节点j之间连边的权重；进而，后续接受信息的逻辑节点k会以概率1/wjk失效；直至整个逻辑连接网络中再无节点失效，则整个级联失效过程结束；计算此时整个逻辑连接网络的最大连通子图的节点数目G；为保证结果的可信性，对每个节点重复100次故障实验，取其平均值作为评价指标。
进一步地，本发明的所述逻辑连接网络为有向网络。
进一步地，本发明的步骤S4中逻辑节点的重要度越小，则说明此逻辑节点失效对整个变电站的影响越大，即此逻辑节点越重要。
本发明提供一种IEC61850关键逻辑节点辨识系统，包括：
变电站信息获取单元，用于根据电力系统通用标准IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；
逻辑连接网络构建单元，用于获取通信信息片传输列表中的传输链路,将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；
逻辑链路权重分配单元，用于获取每个逻辑节点上的信号种类，根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重；
关键逻辑节点识别单元，用于对逻辑连接网络中的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，即逻辑节点的重要度；并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。
本发明产生的有益效果是：本发明的IEC61850关键逻辑节点辨识方法，通过对IEC61850规定的逻辑节点进行研究，可以为智能变电站的安全稳定运行提供依据和保障；本发明依据智能变电站的实际工程背景，提出了一种逻辑节点的逻辑连接网络图，可为后续的发展提供指导。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明所述方法的流程图；
图2是本发明实施例的某变电站部分逻辑节点；
图3是本发明实施例应用于某变电站部分逻辑节点所抽象的逻辑连接网络图；
图4是本发明应用于某变电站部分逻辑节点所得的网络各节点的重要度排序。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的IEC61850关键逻辑节点辨识方法，包括以下步骤：
S1、根据电力系统通用标准IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；
S2、获取通信信息片传输列表中的传输链路,将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；
S3、获取每个逻辑节点上的信号种类，根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重；
给逻辑链路分配权重后，对逻辑连接网络中重复的逻辑链路和逻辑节点进行合并，相同的逻辑链路合并后其权重为合并前所有逻辑链路的权重之和。
给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重的方法为：
在建立逻辑连接网络时，按照每个逻辑节点具有的信号种类数目对每条有向边进行权重分配，作为后续级联失效过程中的失效概率，即若某个逻辑节点具有n种不同的信号种类，则其下属每类信号抽象成的传输链路上的边权均为1/n。
S4、对逻辑连接网络中的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，即逻辑节点的重要度；并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。
统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目的方法为：
基于网络的故障传播理论，对逻辑连接网络进行动态分析，首先移除网络中的一个逻辑节点i，以模拟逻辑节点i的失效；受此影响，接收逻辑节点i相关信息的逻辑节点无法执行相应的操作，认为其以概率1/wij失效，wij表示逻辑节点i和逻辑节点j之间连边的权重；进而，后续接受信息的逻辑节点k会以概率1/wjk失效；直至整个逻辑连接网络中再无节点失效，则整个级联失效过程结束；计算此时整个逻辑连接网络的最大连通子图的节点数目G；为保证结果的可信性，对每个节点重复100次故障实验，取其平均值作为评价指标。
本发明实施例的IEC61850关键逻辑节点辨识系统，包括：
变电站信息获取单元，用于根据电力系统通用标准IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；
逻辑连接网络构建单元，用于获取通信信息片传输列表中的传输链路,将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；
逻辑链路权重分配单元，用于获取每个逻辑节点上的信号种类，根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重；
关键逻辑节点识别单元，用于对逻辑连接网络中的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，即逻辑节点的重要度；并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。
具体实施例1：
IEC61850关键逻辑节点辨识方法，包括以下步骤：
步骤一、根据IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片(Piece of Informationfor Conmmunication，PICOM)传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和PICOM传输列表；
步骤二、将列表中的每条传输链路依次抽象成有向网络的传输通路，构成逻辑节点的逻辑连接网络。其中，逻辑节点代表网络的节点，逻辑节点间的PICOM传输链路代表网络的边，传输方向代表边的方向；
步骤三、依据每个逻辑节点所具有的信号种类，给逻辑连接网络每条PICOM传输链路分配一定的权重w；
步骤四、对网络的重复边和节点进行合并，相同的边合并后权重为合并前所有边的权重之和；
步骤五、对逻辑连接网络的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目G，即逻辑节点的重要度。并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到智能变电站逻辑节点的重要度。其中，重要度越小，则说明此逻辑节点失效对整个变电站的影响越大，即此逻辑节点越重要。
其中，步骤三中的“依据每个逻辑节点所具有的信号种类，给逻辑连接网络每条PICOM传输链路分配一定的权重w”的具体内容和方法如下：
采用通用的网络模型建立方法无法表征实际智能变电站系统的动态特性，无法体现系统所具有的的实际意义。逻辑节点列表中，每个逻辑节点具有一种或多种信号种类，这些种类之间存在一定的独立关系，即某一类信号发生时，其余的信号可能不会被触发。在应用网络动力学过程(如级联失效等)进行网络特性研究时，需要考虑这些实际应用背景的影响。因此，在建立网络模型时，应差别对待。本发明在建立智能变电站的逻辑节点连接网络模型时，按照每个逻辑节点具有的信号种类数目对每条有向边进行权重分配，作为后续级联失效过程中的失效概率，即若某个逻辑节点具有n种不同的信号种类，则其下属每类信号抽象成的传输链路上的边权均为1/n。
其中，步骤五中的“对逻辑连接网络的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目G，即逻辑节点的重要度”的具体内容和方法如下：
基于网络的故障传播理论，对逻辑连接网络进行动态分析。首先移除一个网络节点i，以模拟逻辑节点i的失效；受此影响，接收逻辑节点i相关信息的逻辑节点无法执行相应的操作，我们认为其以概率1/wij失效(wij表示节点i和节点j之间连边的权重)；进而，后续接受信息的逻辑节点k会以概率1/wjk失效……。直至整个网络中再无节点失效，则整个级联失效过程结束，计算此时整个网络的最大连通子图的节点数目G。为保证结果的可信性，对每个节点重复100次故障实验，取其平均值作为评价指标。
具体实施例2：
IEC61850关键逻辑节点辨识方法，包括以下步骤：
步骤一、根据IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片(Piece of Informationfor Conmmunication，PICOM)传输列表，列出本实施例某变电站所包含的部分逻辑节点PICOM传输列表，如图2所示。
步骤二、将列表中的每条传输链路依次抽象成有向网络的传输通路，构成逻辑节点的逻辑连接网络。其中，逻辑节点代表网络的节点，逻辑节点间的PICOM传输链路代表网络的边，传输方向代表边的方向。本实施例包含2个源逻辑节点PZSU和PDIS，其中，PZSU包含3条有效的逻辑连接链路，PDIS包含3条有效的逻辑连接链路。按照传输方向，依次画出本实施例所包含的6条逻辑链路，组成有向网络，如图3所示。
步骤三、依据每个逻辑节点所具有的信号种类，给逻辑连接网络每条PICOM传输链路分配一定的权重w。本实施例中，PZSU和PDIS逻辑节点都所包含有3条有效逻辑链路，因此，每条逻辑链路的边权均为1/3。
步骤四、对网络的重复边和节点进行合并，相同的边合并后权重为合并前所有边的权重之和。本实施例中，由于PZSU逻辑节点包含的3条逻辑链路均相同，因此，对此3条逻辑链路进行合并，合并后的边权均为1。而PDIS逻辑节点所包含的逻辑链路互不相同，因此，不对此3条逻辑链路进行操作，其边权仍为1/3。
步骤五、对逻辑连接网络的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目G，即逻辑节点的重要度。并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到智能变电站逻辑节点的重要度。其中，重要度越小，则说明此逻辑节点失效对整个变电站的影响越大，即此逻辑节点越重要。对本实施例所生成的逻辑连接网络进行级联失效动态分析，即依次移除每个逻辑节点，统计网络稳定后，整个网络的最大连通子图的节点数目G。为保证结果的可信性，对每个节点重复100次故障实验，取其平均值作为评价指标。对本实施例的逻辑连接网络进行级联失效动态仿真后，所得每个逻辑节点的重要度如图4所示。
本实施例中，运用本发明所得的最重要逻辑节点为PZSU，其重要度为3，而另一个源逻辑节点PDIS的重要度仅为6.3。若采用传统的网络模型，即不添加权重，则得到的逻辑节点PDIS的重要度应为1。而实际上PDIS逻辑节点所包含的3条逻辑链路不一定被同时触发，因此，采用本发明进行分析能提供更为真实的结果。
1)本发明对IEC61850规定的逻辑节点进行研究，可以为智能变电站的安全稳定运行提供依据和保障；
2)本发明依据智能变电站的实际工程背景，提出了一种逻辑节点的逻辑连接网络图，可为后续的发展提供指导。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种IEC61850关键逻辑节点辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据电力系统通用标准IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；
S2、获取通信信息片传输列表中的传输链路,将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；
S3、获取每个逻辑节点上的信号种类，根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重；
S4、对逻辑连接网络中的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，即逻辑节点的重要度；并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。
2.根据权利要求1所述的IEC61850关键逻辑节点辨识方法，其特征在于，步骤S3中给逻辑链路分配权重后，对逻辑连接网络中重复的逻辑链路和逻辑节点进行合并，相同的逻辑链路合并后其权重为合并前所有逻辑链路的权重之和。
3.根据权利要求1所述的IEC61850关键逻辑节点辨识方法，其特征在于，步骤S3中给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重的方法为：
在建立逻辑连接网络时，按照每个逻辑节点具有的信号种类数目对每条有向边进行权重分配，作为后续级联失效过程中的失效概率，即若某个逻辑节点具有n种不同的信号种类，则其下属每类信号抽象成的传输链路上的边权均为1/n。
4.根据权利要求1所述的IEC61850关键逻辑节点辨识方法，其特征在于，步骤S4中统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目的方法为：
基于网络的故障传播理论，对逻辑连接网络进行动态分析，首先移除网络中的一个逻辑节点i，以模拟逻辑节点i的失效；受此影响，接收逻辑节点i相关信息的逻辑节点无法执行相应的操作，认为其以概率1/wij失效，wij表示逻辑节点i和逻辑节点j之间连边的权重；进而，后续接收信息的逻辑节点k会以概率1/wjk失效；直至整个逻辑连接网络中再无节点失效，则整个级联失效过程结束；计算此时整个逻辑连接网络的最大连通子图的节点数目G；为保证结果的可信性，对每个节点重复100次故障实验，取其平均值作为评价指标。
5.根据权利要求1所述的IEC61850关键逻辑节点辨识方法，其特征在于，步骤S4中逻辑节点的重要度越小，则说明此逻辑节点失效对整个变电站的影响越大，即此逻辑节点越重要。
6.一种IEC61850关键逻辑节点辨识系统，其特征在于，包括：
变电站信息获取单元，用于根据电力系统通用标准IEC61850-5定义的逻辑节点和通信信息片传输列表，列出对象变电站实际所包含的逻辑节点和通信信息片传输列表；
逻辑连接网络构建单元，用于获取通信信息片传输列表中的传输链路,将逻辑节点作为逻辑连接网络的节点，传输链路作为逻辑连接网络的边，传输链路的传输方向作为每条边的方向，构成逻辑连接网络；
逻辑链路权重分配单元，用于获取每个逻辑节点上的信号种类，根据每条传输链路两端的逻辑节点的信号种类数量，给逻辑连接网络中的每条逻辑链路分配相应的权重；
关键逻辑节点识别单元，用于对逻辑连接网络中的每个逻辑节点进行故障传播实验，统计逻辑节点失效稳定后网络最大连通子图的节点数目，即逻辑节点的重要度；并按照逻辑节点的重要度从小到大进行排序，得到变电站逻辑节点的重要度排序。
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