CN111934434B - 一种配电自动化运行分析评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电自动化运行分析评价系统及方法，本发明通过镜像端口交换机实时监听网络获得配电主站与配电终端的交互数据，并将获得的配电主站与配电终端的交互数据发送到数据监视单元，数据监视单元与数据分析单元进行实时交互，通过数据分析单元和应用处理单元对数据进行实时处理，能够使本发明极大地提高了配电终端的在线率，提高了配电主站与配电终端的交互可靠性，为运维人员提供了有效的配电自动化系统运行监视、消缺手段，从而极大地提升了配电自动化系统运维效率，有效推动配电自动化系统建设工作的后续开展。

Description

一种配电自动化运行分析评价系统及方法

技术领域

本发明属于配电自动化技术领域，具体涉及一种配电自动化运行分析评价系统及方法。

背景技术

配电自动化对提高供电可靠性、提高电能质量具有关键作用。实施配电自动化有赖于大量安装在现场的配电终端与配电自动化主站系统(下文简称“配电主站”)，二者都是建设智能配电网、实现配网自动化的重要组成部分，能够实现配电网及配电设备实时监测与控制，能够及时进行配电线路的故障检测与故障定位，让整个配电网运行更加可靠。

随着配电自动化建设的开展，运行过程中发现新一代配电自动化系统普遍存在配电终端在线率偏低、与配电主站交互存在异常、终端频繁投退、终端参数设置不合理等问题，严重制约配电自动化功能的实用化，尤其制约了监视、遥控等核心功能的优势发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种配电自动化运行分析评价系统及方法，用于解决目前配电自动化系统实用性差、缺陷定位困难的问题，能够以第三方视角对配电自动化系统进行客观的分析评价，自动挖掘配电自动化系统异常运行事件，为配电自动化运维人员提供一套有效的辅助系统，及时发现配电自动化系统运行异常，提高消缺效率。

为了达到上述目的，一种配电自动化运行分析评价系统，包括正反向隔离装置和镜像端口交换机、数据监视单元、数据分析单元、应用处理单元和分析结果展示单元；

正反向隔离装置设置在配电主站安全接入区与生产控制大区之间，镜像端口交换机连接配电主站安全接入区数据采集交换机和数据监视单元，数据分析单元、应用处理单元和分析结果展示单元设置在生产控制大区内，数据分析单元连接至生产控制大区的数据总线；

正反向隔离装置用于配电主站安全接入区与生产控制大区的物理隔离；

镜像端口交换机用于监听网络获得配电主站与配电终端的交互数据，并将获得的配电主站与配电终端的交互数据发送到数据监视单元；

数据监视单元用于对配电主站与配电终端的交互数据进行链路层数据分析，并将获得的链路层数据分析结果发送到数据分析单元；

数据分析单元用于接收数据监视单元发送的分析数据；用于获取生产控制大区内的规约交互日志文件，并进行规约层的分析，并将分析结果发送至应用处理单元；

应用处理单元用于对接收到的数据进行再次分析，并将分析结果发送至分析结果展示单元；

分析结果展示单元用于汇总展示最终的分析结果，并进行显示。

数据监视单元包括通讯异常分析模块、数据流量统计模块和数据存储模块；

通讯异常分析模块用于对网络层进行分析，还原通信的过程，分析出异常通信的原因；

数据流量统计模块用于监视接入配电自动化系统配电终端的流量使用情况；

数据存储模块用于将通讯异常分析模块和数据流量统计模块接收的所有原始数据以及通讯异常分析模块的分析结果进行周期性存储。

通讯异常分析模块用于分析出网络通信中IP层和TCP层的通信的异常。

数据分析单元包括规约分析模块以及数据存储模块；

规约分析模块用于获取生产控制大区的数据库内配电主站与配电终端解密后的交互信息，在此对规约层进行分析，进行规约报文解析，并对全解析事件化数据提取，同时分析事件化数据是否存在异常，生成相对应的告警记录，最后将告警记录保存至生产控制大区的数据库；

数据存储模块用于将规约分析模块接收的所有原始数据以及规约分析模块的分析结果进行周期性存储。

应用处理单元包括配电终端状态解析模块、配电终端在线率分析模块、遥控正确性分析模块、馈线自动化(FA)动作分析模块、数据存储模块；

配电终端状态解析模块用于配电终端遥测、遥信、遥控和遥调数据的历史解析与实时解析；

配电终端在线率分析模块用于对配电终端在线率从单个配电终端、馈线级别、变电站级别和地区级别多种层次进行分析；

遥控正确性分析模块用于统计配电终端遥控正确率以及反演遥控过程；

馈线自动化(FA)动作分析模块用于对配电自动化系统网络所有馈线自动化动作过程进行分析，并得到结论；

数据存储模块用于将接收的所有原始数据以及所有分析结果进行周期性存储。

一种配电自动化运行分析评价方法，包括以下步骤：

S1，持续监听网络获得配电主站与配电终端的交互数据；

S2，对配电主站与配电终端的交互数据进行链路层数据分析，并将获得的链路层数据分析结果；

S3，获取生产控制大区内的规约交互日志文件，并对链路层数据分析结果进行规约层的分析，得到规约层数据分析结果；

S4，对规约层分析结果进行应用层数据分析，获得应用层数据分析结果；

S5，对应用层数据分析结果进行汇总展示。

S2中，对配电主站与配电终端的交互数据进行网络层进行分析，分析出网络通信中IP层和TCP层的通信的异常。

S3中，首先获取生产控制大区的数据库内配电主站与配电终端解密后的交互信息，在此对规约层进行分析，进行规约报文解析，并对全解析事件化数据提取，同时分析事件化数据是否存在异常，生成相对应的告警记录，最后将告警记录保存至生产控制大区的数据库。

S4中，应用层数据分析结果包括配电终端遥测、遥信、遥控和遥调数据的历史解析与实时解析数据；配电终端在线率从单个配电终端、馈线级别、变电站级别和地区级别多种层次的分析结果；配电终端遥控正确率和反演遥控过程；配电自动化系统网络中所有馈线自动化(FA)动作过程的分析结果。

与现有技术相比，本发明通过镜像端口交换机实时监听网络获得配电主站与配电终端的交互数据，并将获得的配电主站与配电终端的交互数据发送到数据监视单元，数据监视单元与数据分析单元进行实时交互，通过数据分析单元和应用处理单元对数据进行实时处理，能够使本发明极大地提高了配电终端的在线率，提高了配电主站与配电终端的交互可靠性，为运维人员提供了有效的配电自动化系统运行监视、消缺手段，从而极大地提升了配电自动化系统运维效率，有效推动配电自动化系统建设工作的后续开展。

进一步的，本发明能够发现终端长期离线、终端频繁投退、遥控失败、遥测数据错误、遥信上送错误、数据流量异常等，进一步的可以辅助定位缺陷原因范围，自动判断是配电主站、终端或是信通的问题导致了异常事件的发生，给出合理的消缺建议，提高工作效率。

本发明的方法是通过镜像端口交换机与无线数据采集交换机相连，接入配电终端与配电主站的全量交互数据，数据监视单元将数据发送至数据分析单元，数据分析单元和应用处理单元相连对数据进行分析，最终分析评价结果。本发明能够辅助定位缺陷原因范围，自动判断是配电主站、终端或是信通的问题导致了异常事件的发生，给出合理的消缺建议，为配电自动化运维人员提供一套有效的辅助方法，及时发现配电自动化系统运行异常，提高消缺效率。

附图说明

图1为本发明的一种配电自动化运行分析评价系统部署示意图；

图2为分析系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的一种配电自动化运行分析评价系统，包括镜像端口交换机、数据监视单元、正反向隔离装置、数据分析单元、应用处理单元、分析结果展示单元。本配电自动化运行分析评价系统有赖于原有的配电自动化系统，不同单元需要部署于配电自动化系统不同的节点，其中镜像端口交换机、数据监视单元需要部署于安全接入区。数据分析单元、应用处理单元与分析结果展示单元则需要在生产控制大区与管理信息大区各部署一套。

如图1所示，首先需要在配电主站安全接入区数据采集交换机处部署镜像端口交换机，镜像端口交换机将一个或多个源端口的数据流量转发到某一个指定端口来实现对网络的监听，监听到进出网络的所有数据包，得到配电主站与配电终端的全量交互数据。

同样的数据监视单元也需要部署在配电主站安全接入区，镜像口交换机与数据监视单元相连，镜像口交换机将配电主站与配电终端的交互数据发送至数据监视单元。数据监视单元将从镜像端口交换机得到的配电主站与配电终端的全量交互数据进行基本的链路层数据分析。

进一步，所述数据监视单元包括通讯异常分析模块、数据流量统计模块、数据存储模块。所述通讯异常分析模块能对网络层进行分析，还原通信的过程，在此分析过程中，可以分析出网络通信中IP层、TCP层等的通信的异常，常见的比如IP地址重复、端口无法打开、TCP请求无响应、网络不可达等；所述数据流量统计模块用来监视接入配电自动化系统配电终端的流量使用情况；所述数据存储模块需要将数据监视单元接收的所有原始数据以及在此单元的分析结果进行周期性存储。

正反向隔离装置部署于配电主站安全接入区与生产控制大区之间，实现数据物理隔离，保障信息系统安全。在不影响原有配电自动化系统运行的情况下，可利用配电主站系统原有的正反向隔离装置，将数据监视单元与正反向隔离装置相连，可将链路层分析数据以文件形式发送至配电主站生产控制大区，实现数据安全。

进入生产控制大区之后，首先部署数据分析单元，数据分析单元挂载至配电主站生产控制大区现有数据总线，需要其能够接收数据监视单元经正反向隔离装置发送过来的分析数据，即就是数据监视单元对于网络通信中IP层、TCP层以及数据流量统计的分析结果，通过此部分数据，系统可对配电主站与终端的网络交互过程进行分析，从而判断是何种原因导致了配电终端发生长期离线、频繁投退的问题，并且也可将数据监视单元的分析数据进一步做逻辑判断处理，可判断出在遥控失败、遥测数据异常发生的同时是否存在通信异常，进一步提高系统判断正确性。数据分析单元也要能够从配电主站生产控制大区数据库服务器通过SFTP方式获取规约交互日志文件，配电主站与终端的加密认证过程、解密后的104规约报文都被记录在此日志文件中，通过此种方式可实现对投入硬加密功能终端的分析，而不需要给本运行评价分析系统额外增设加解密服务装置，也不需要调用现有的加解密服务装置，避免了对现有主站系统运行产生影响。

进一步，所述数据分析单元包括规约分析模块以及数据存储模块。规约分析模块能够从配电主站原有的数据库服务器获取配电主站与配电终端解密后的交互信息，在此对规约层进行深入分析，依据《配电自动化系统应用DLT634.5104-2009实施细则(试行)》进行104规约报文解析，全解析事件化数据提取，包括了遥测、遥信、遥控、对时、总召、文件召唤、参数召唤等全部规约交互过程，同时分析这些交互过程是否存在异常，比如遥测数据错误、遥信上送错误、遥控失败、对时失败等，生成相对应的告警记录，这些告警记录录入数据库中，便于最终结果展示的调取；所述数据存储模块，用于将数据分析单元接收的所有原始数据(即数据监视单元经正反向隔离装置发送来的所有分析结果)以及在此单元的分析结果进行周期性存储。

数据分析单元与应用处理单元相连，数据分析单元将规约层分析结果发送给应用处理单元。所述应用处理单元用于应用层的更深入一级分析，进一步包括配电终端状态解析模块、配电终端在线率分析模块、遥控正确性分析模块、馈线自动化(FA)动作分析模块、数据存储模块等。配电终端状态解析模块用于配电终端遥测、遥信、遥控和遥调数据的历史解析与实时解析。历史解析即就是将解析出的遥信、遥测数据进行描点得到历史曲线图并在图中对数据存在突变、长时间未变、无数据的区段进行着色标注，便于运维人员快捷直观的掌握配电终端的历史运行状况；另外对于历史遥控事件进行统计，得到遥控成功率统计结果，可具体到遥控过程的预置、执行与撤销。实时解析则是通过即时报文解析展示当前配电终端实时采集上送的数据，即就是电压、电流、功率、开关位置、储能状态等重要信息，便于运维人员掌握配电终端及配电网当前运行工况；配电终端在线率分析模块能对配电终端在线率从单个配电终端、馈线级别、变电站级别、地区级别等多种层次进行分析，用户对于系统呈现的分析结果可选择上述不同层次进行条件过滤，得到不同配电系统层级的结果统计。这样一方面可增加不同地区、变电站、馈线的指标对比，让配电自动化分析更加层次化。另一方面通过层层过滤的方式可以将系统异常问题聚焦到具体某一配电终端上，或是可以发现某一地区、变电站、馈线存在的通性问题，提高消缺效率；遥控正确性分析模块能够统计配电终端遥控正确率，详细反演遥控过程(即就是针对某一遥控操作可展示详细的遥控指令交互过程，包括遥控预置、执行、撤销等，并且可查看遥控时刻的遥测、遥信以及通信状态)，便于运维人员的遥控事后分析；馈线自动化(Feeder Automation，简称FA)动作分析模块能对配电自动化系统网络所有馈线自动化动作过程进行分析，系统以馈线为单位捕捉馈线上的过流信号作为馈线自动化启动条件，随后查找过流之后的遥控过程以及遥信变位信息，通过遥控可判断主站的馈线自动化策略是否合理，根据遥控执行是否成功、遥信变位信息可判断馈线自动化是否顺利执行完成，从而给出其正确性、合理性结论；数据存储模块需要将本单元接收的所有原始数据以及在此单元的分析结果进行周期性存储。

应用处理单元与分析结果展示单元相连，分析结果展示单元汇总展示最终的分析结果。分析结果展示单元用于承载配电自动化运行分析评价系统客户端，提供友好的人际交互界面，使运维人员能够快速准确获得最终分析评价结果。

上述部署完成后能够对通过光纤专网、无线专网方式接入配电自动化系统的配电终端进行分析评价，仅限于生产控制大区的使用，并非整个配电自动化系统的分析结果。所以如图1所示，在管理信息大区也需要进行类似的数据采集分析。镜像端口交换机与无线数据采集交换机相连，得到通过无线公网方式接入的配电终端与配电主站的全量交互数据，数据监视单元在管理信息大区不需要正反向隔离装置可直接将数据发送至数据分析单元，数据分析单元与应用处理单元相连，应用处理单元再通过分析结果展示单元为用户呈现最终分析评价结果。

生产控制大区的分析数据可通过本区应用处理单元经一区与四区之间的正反向隔离装置发送至管理信息大区的应用处理单元，通过此种方式，管理信息大区分析结果展示计算机呈现的便是某一地市整个配电自动化系统的运行分析结果。最终可将各地市的分析结果汇总至配电网运行分析大数据中心，形成更高一级的数据分析。

如图2所示，分析系统结构有三个重要组成部分，分别为数据监视单元、数据分析单元、应用处理单元。数据监视单元对应链路层数据分析，数据分析单元对应规约层数据分析，应用处理单元则对应了应用层数据分析，其中：

链路层负责镜像收集并存储报文，提供数据流供规约层使用；负责对链路层状态进行监控，如链路中断与恢复、流量异常监控、网络风暴异常监控、数量流量统计等；

规约层负责对101、104规约数据的解析与分析，并提取并记录告警信息；

应用层负责对链路层、规约层相关事件、分析结果、统计数据等进行进一步分析与展示；负责对配电自动化系统中遥测、遥信、遥控和遥调数据分析与展示，负责对馈线自动化动作的正确性和合理性进行分析。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种配电自动化运行分析评价系统，其特征在于，包括正反向隔离装置和镜像端口交换机、数据监视单元、数据分析单元、应用处理单元和分析结果展示单元；

正反向隔离装置设置在配电主站安全接入区与生产控制大区之间，镜像端口交换机连接配电主站安全接入区数据采集交换机和数据监视单元，数据分析单元、应用处理单元和分析结果展示单元设置在生产控制大区内，数据分析单元连接至生产控制大区的数据总线；

正反向隔离装置用于配电主站安全接入区与生产控制大区的物理隔离；

镜像端口交换机用于监听网络获得配电主站与配电终端的交互数据，并将获得的配电主站与配电终端的交互数据发送到数据监视单元；

数据监视单元用于对配电主站与配电终端的交互数据进行链路层数据分析，并将获得的链路层数据分析结果发送到数据分析单元；

数据分析单元用于接收数据监视单元发送的分析数据；用于获取生产控制大区内的规约交互日志文件，并进行规约层的分析，并将分析结果发送至应用处理单元；

应用处理单元用于对接收到的数据进行再次分析，并将分析结果发送至分析结果展示单元；

分析结果展示单元用于汇总展示最终的分析结果，并进行显示；

数据分析单元包括规约分析模块以及数据存储模块；

规约分析模块用于获取生产控制大区的数据库内配电主站与配电终端解密后的交互信息，在此对规约层进行分析，进行规约报文解析，并对全解析事件化数据提取，同时分析事件化数据是否存在异常，生成相对应的告警记录，最后将告警记录保存至生产控制大区的数据库；

数据存储模块用于将规约分析模块接收的所有原始数据以及规约分析模块的分析结果进行周期性存储；

应用处理单元包括配电终端状态解析模块、配电终端在线率分析模块、遥控正确性分析模块、馈线自动化动作分析模块和数据存储模块；

配电终端状态解析模块用于配电终端的遥测、遥信、遥控和遥调数据的历史解析与实时解析；

配电终端在线率分析模块用于对配电终端在线率从单个配电终端、馈线级别、变电站级别和地区级别多种层次进行分析；

遥控正确性分析模块用于统计配电终端遥控正确率以及反演遥控过程；

馈线自动化动作分析模块用于对配电自动化系统网络所有馈线自动化动作过程进行分析，并得到结论；

数据存储模块用于将接收的所有原始数据以及所有分析结果进行周期性存储；

数据监视单元包括通讯异常分析模块、数据流量统计模块和数据存储模块；

通讯异常分析模块用于对网络层进行分析，还原通信的过程，分析出异常通信的原因；

数据流量统计模块用于监视接入配电自动化系统配电终端的流量使用情况；

数据存储模块用于将通讯异常分析模块和数据流量统计模块接收的所有原始数据以及通讯异常分析模块的分析结果进行周期性存储；

通讯异常分析模块用于分析出网络通信中IP层和TCP层的通信的异常。

2.一种配电自动化运行分析评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，持续监听网络获得配电主站与配电终端的交互数据；

S2，对配电主站与配电终端的交互数据进行链路层数据分析，并将获得的链路层数据分析结果；

S3，获取生产控制大区内的规约交互日志文件，并对链路层数据分析结果进行规约层的分析，得到规约层数据分析结果；具体方法如下：

首先获取生产控制大区的数据库内配电主站与配电终端解密后的交互信息，在此对规约层进行分析，进行规约报文解析，并对全解析事件化数据提取，同时分析事件化数据是否存在异常，生成相对应的告警记录，最后将告警记录保存至生产控制大区的数据库；

S4，对规约层分析结果进行应用层数据分析，获得应用层数据分析结果；

S5，对应用层数据分析结果进行汇总展示。

3.根据权利要求2所述的一种配电自动化运行分析评价方法，其特征在于，S2中，对配电主站与配电终端的交互数据进行网络层进行分析，分析出网络通信中IP层和TCP层的通信的异常。

4.根据权利要求2所述的一种配电自动化运行分析评价方法，其特征在于，S4中，应用层数据分析结果包括配电终端遥测、遥信、遥控和遥调数据的历史解析与实时解析数据；配电终端在线率从单个配电终端、馈线级别、变电站级别和地区级别多种层次的分析结果；配电终端遥控正确率和反演遥控过程；配电自动化系统网络中所有馈线自动化动作过程的分析结果。

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