CN113055223B - 基于aimd算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了保信子站系统网络通信技术领域的一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法及系统。能够动态为每个虚拟化运行的保信子站系统动态分配通信带宽指标，降低因网络资源堵塞而导致保信子站系统获取现场设备故障信息严重滞后的问题。包括：对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；根据传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求。

Description

基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法及系统
技术领域
本发明属于保信子站系统网络通信技术领域，具体涉及一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法及系统。
背景技术
在电力系统中，虚拟化继电保护信息子站系统（即保信子站系统）运行在调度端，通过数据网与变电站内的继电保护设备进行通讯，实时获取变电站内继电保护设备的日常运行信息和电网故障时相应的动作行为信息及其录波文件信息。随着变电站及其继电保护装置接入量的明显增加，势必会产生大量的设备运行信息和突发上送信息。这样如何有效分配网络通信资源，既能够实现站内设备信息的完整采集，又能够在出现电网故障的情况能够快速获取核心变电站的设备信息成为一个迫切需要解决的问题。传统的保信子站系统网络通信管理方式一般采用网络资源平均分配，为每一个变电站采集系统设定固定的网络通信资源，这样可以实现变电站设备信息的固定周期采集，在出现突发数据时，也只能依靠操作系统自身的网络资源分配方式进行处理；无法解决电网故障以后，针对随机出现的高优先等级的变电站设备信息采集的优先处理；特别是在电网出现波动的情况下，如果不对通信资源进行有效管理，故障录波文件的传输很可能长时间占用录波通信，从而迫使大量优先级较高的设备信息获取任务无法得到有效的响应与处理，为虚拟化保信子站系统的数据处理效率带来了极大的技术挑战。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法及系统，能够为每个虚拟化运行的保信子站系统动态分配通信带宽指标，从而降低因网络资源堵塞而导致保信子站系统获取现场设备故障信息严重滞后的问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，包括：基于设定的网络监测周期对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；根据获取的继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求。
进一步地，所述设定的网络监测周期为最短1天，最长30天。
进一步地，所述继电保护设备运行数据包括正常运行数据和突发数据，所述突发数据包括告警信息、动作信息以及录波文件信息。
进一步地，所述分配的通信带宽指标为最小带宽1 k/s，最大带宽1024 k/s。
进一步地，所述基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求，具体为：在接收到分配的通信带宽指标后，根据原有的通信任务自动调整定时任务的采集周期、采集数据类型以满足控制通信带宽的需要；在电网发生故障以后，根据分配的通信带宽指标快速进行采集周期、采集数据类型的调整并及时将获取到的电网故障涉及的保信动作事件信息、录波文件信息进行采集与存储。
一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信系统，包括：网络监测模块，用于基于设定的网络监测周期对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；网络资源管理模块，用于根据获取的继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；通信任务模块，用于基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
（1）本发明通过对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；并基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；实现为每个虚拟化运行的保信子站系统动态分配通信带宽指标，从而降低因网络资源堵塞而导致保信子站系统获取现场设备故障信息严重滞后的问题；
（2）本发明通过不断动态调整系统中对于每个虚拟化运行的保信子站系统的网络通信资源进行闭环式调整，提升系统针对变电站内设备实发数据的处理能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信系统的系统框图；
图2是本发明实施例中电网故障后虚拟化保信子站系统的网络通信调控方式；
图3是本发明实施例中电网巡检状态虚拟化保信子站系统的网络通信调控方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，包括：基于设定的网络监测周期对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；根据获取的继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求。
本实施例中，设定的网络监测周期为最短1天，最长30天；继电保护设备运行数据包括正常运行数据和突发数据，所述突发数据包括告警信息、动作信息以及录波文件信息；分配的通信带宽指标为最小带宽1 k/s，最大带宽1024 k/s。基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求，具体为：在接收到分配的通信带宽指标后，根据原有的通信任务自动调整定时任务的采集周期、采集数据类型以满足控制通信带宽的需要；在电网发生故障以后，根据分配的通信带宽指标快速进行采集周期、采集数据类型的调整并及时将获取到的电网故障涉及的保信动作事件信息、录波文件信息进行采集与存储。
实施例二：
基于实施例一所述的基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，本实施例提供一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信系统，包括：网络监测模块，用于基于设定的网络监测周期对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；网络资源管理模块，用于根据获取的继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；通信任务模块，用于基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求。
如图1所示，本实施例由网络监测模块I、网络通信管理模块II、通信任务模块III三部分组成：
1、网络监测模块
网络监测模块基于预先配置的网络通信监测周期对保信子站系统网络通信数据包实时解析相关设备突发数据的传输时间与响应时间；主动召唤命令的传输时间与响应时间，并对实时解析的设备上述的传输时间与响应时间进行分类存储。
2、网络资源管理模块
网络资源管理模块实时获取数据缓存区域内的变电站内设备传输与响应时间，通过AIMD算法构建每一个变电站的继电保护设备突发数据、巡检数据的网络通信控制模型。网络资源管理模块通过引入了AIMD算法中的加法增大、乘法减少法则，一方面构建加法增大模型，通过网络监测模式实时监测系统与变电站内保护设备的命令下发至数据返回的时间构建算法因子，如果命令处理周期长，则就适当延长系统内部设备命令下发的周期，同时增加命令超时等待时间；如果命令处理周期短，则就适当缩短系统内部设备命令下发的周期，同时增加命令超时处理周期，从而提升系统数据采集的执行效率。另一方面构建乘法减少模型，通过网络监测模块实时监测系统接收变电站主动上送的突发数据、录波文件的传输时间构建算法因子，如果突发遥信数据、录波文件传输效率高，未造成通道长时间占用，则可以优先处理传输效率高的厂站数据，如果突发遥信数据、录波文件传输长时间占用网络通道，则可以置后处理传输耗时较长的厂站数据，从而提升系统综合的网络数据处理效率与响应速度。网络资源管理模块根据上述加法增大、乘法减少原则形成的网络通信控制指标为每一个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；在系统接收到电网故障信号以后，根据突发数据指标为涉及故障的虚拟化运行的变电站保信子站系统分配通信带宽指标；并下发至每一个通信任务管理模块。具体流程如图2所示。
3、通信任务模块
通信任务模块在接收到网络通信带宽指标后，根据原有的通信任务自动调整定时任务采集周期、采集数据类型以满足控制通信带宽的需要。在电网发生故障以后，根据网络资源管理模块下发的网络带宽指标快速进行采集周期、采集任务的调整并及时将获取到的电网故障涉及的保信动作事件信息、录波文件信息进行采集与存储。具体流程如图3所示。
本实施例继电保护故障识别的功能与工作原理为：
应用于虚拟化继电保护故障信息子站系统。其作用是进行变电站内继电保护运行数据采集和故障数据采集处理。其工作过程可描述如下：
1）网络监测模块实时存储可以实时存储超过256个变电站的保信子站系统与变电站内保护设备网络交互数据包；
2）网络监测模块按预配置的统计周期（最短1天，最长30天）可以分析超过256个变电站的保信子站系统与变电站内保护设备网络交互数据包及其传输时间、延时指标；
3）网络资源管理模块每隔5分钟获取网络监测模块最新每个变电站的巡检数据通信传输时间、延时指标；并根据上述指标以及当前每一个变电站的带宽资源使用情况进行跟踪调节并下发至通信任务管理模块；
4）网络资源管理模块在电网发生故障以后立即获取最新的每个变电站的突发数据通信传输时间、延时指标；根据每个变电站的突发数据通信传输时间、延时指标快速调整故障涉及变电站的网络带宽资源，同时降非故障区域变电站的网络带宽资源；
5）通信任务模块每隔5秒检测一次有没有最新下发的网络通道资源调节命令，如果没有新的带宽调节命令，则继续延用原有的带宽资源进行数据通信。在接收到新的通信带宽调节命令后，及时调整自身的通信过程直至达到带宽调节的要求；
6）网络资源管理模块在下发网络资源调节命令后，每隔一分钟监测一次通信任务模块是否按指令使用了带宽资源，如果未达到调节带宽目标值，则继续下发控制指令直至满足调节带宽要求为止。
本实施例提出的基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信管理模型，动态形成虚拟化保信子站系统中每一个变电站在特定的时间周期内能够使用的网络通信控制模型，该网络通信控制模型同时考虑了电网常态运行与故障态运行二种模式。虚拟化保信子站系统中的通信任务模块在网络资源管理模块的统一调度下获取自己在特定时间能够使用的网络资源从而实时整个虚拟化保信子站系统对于已有网络资源的动态分配与优化，从而提升整个虚拟化保信子站系统的通信效率。本实施例可以实现以下目的：
（1）虚拟化保信子站系统对于网络资源的使用既不采用平均分配的方式，也不采用预分配的方式，而是根据虚拟化保信子站系统与变电站内设备实际的网络数据交互指标进行动态分配的方式从而降低因网络资源堵塞而导致保信子站系统获取现场设备故障信息严重滞后的问题。
（2）虚拟化保信子站系统通过对每一个虚拟化保信子站系统与变电站内继电保护设备突发数据的响应及其传输时间指标并进行存储，其中设备突发数据主要包括告警信息、动作信息以及录波文件信息；系统通过根据上述指标不断动态调整系统中对于每个虚拟化运行的保信子站系统的网络通信资源进行闭环式调整，提升系统针对变电站内设备实发数据的处理能力。
（3）虚拟化保信子站系统在电网常态化运行过程中，系统通过监测通信任务模块主动召测设备运行数据（设备定值、模拟量、状态量、文件数据）的响应及其网络传输时间指标进行存储；系统通过对上述实际延时指标进行准确评估与计算，提升虚拟化保信子站系统的设备巡检数据的采集效率。
本发明可用于电力系统中的以下领域：
（1）继电保护故障信息子站系统；
（2）电网故障预警与仿真系统；
（3）其它需要对保护设备信号进行采集和快速故障分析与处理的场合。
本实施例的主要性能指标如下：
（1）网络通信监测最小周期：1天；
（2）网络通信监测最大周期：30天；
（3）网络资源调节最小带宽：1 k/s；
（4）网络资源调节最大带宽：1024 k/s；
（5）网络通信调节响应时间：2 秒。
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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，其特征是，包括：
基于设定的网络监测周期对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；
根据获取的继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；
基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求；所述数据通信指在保信子站系统与继电保护设备之间进行的数据通信；
其中，构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型的方法，包括：
引入AIMD算法中的加法增大、乘法减少法则，一方面构建加法增大模型，通过网络监测模式实时监测系统与变电站内保护设备的命令下发至数据返回的时间构建算法因子，如果命令处理周期长，则就适当延长系统内部设备命令下发的周期，同时增加命令超时等待时间；如果命令处理周期短，则就适当缩短系统内部设备命令下发的周期，同时增加命令超时处理周期；另一方面构建乘法减少模型，通过网络监测模块实时监测系统接收变电站主动上送的突发数据、录波文件的传输时间构建算法因子，如果突发遥信数据、录波文件传输效率高，未造成通道长时间占用，则优先处理传输效率高的厂站数据，如果突发遥信数据、录波文件传输长时间占用网络通道，则置后处理传输耗时较长的厂站数据。
2.根据权利要求1所述的基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，其特征是，所述设定的网络监测周期为最短1天，最长30天。
3.根据权利要求1所述的基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，其特征是，所述继电保护设备运行数据包括正常运行数据和突发数据，所述突发数据包括告警信息、动作信息以及录波文件信息。
4. 根据权利要求1所述的基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，其特征是，所述分配的通信带宽指标为最小带宽1 k/s，最大带宽1024 k/s。
5.根据权利要求1所述的基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信方法，其特征是，所述基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求，具体为：在接收到分配的通信带宽指标后，根据原有的通信任务自动调整定时任务的采集周期、采集数据类型以满足控制通信带宽的需要；在电网发生故障以后，根据分配的通信带宽指标快速进行采集周期、采集数据类型的调整并及时将获取到的电网故障涉及的保信动作事件信息、录波文件信息进行采集与存储。
6.一种基于AIMD算法的虚拟化保信子站系统网络通信系统，其特征是，包括：
网络监测模块，用于基于设定的网络监测周期对虚拟化保信子站系统网络通信数据包实时解析，获取继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间；
网络资源管理模块，用于根据获取的继电保护设备运行数据的传输时间与响应时间，基于AIMD算法构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型，并为每个虚拟化运行的保信子站系统分配通信带宽指标；其中，构建每个变电站的继电保护设备运行数据的网络通信控制模型的方法，包括：
引入AIMD算法中的加法增大、乘法减少法则，一方面构建加法增大模型，通过网络监测模式实时监测系统与变电站内保护设备的命令下发至数据返回的时间构建算法因子，如果命令处理周期长，则就适当延长系统内部设备命令下发的周期，同时增加命令超时等待时间；如果命令处理周期短，则就适当缩短系统内部设备命令下发的周期，同时增加命令超时处理周期；另一方面构建乘法减少模型，通过网络监测模块实时监测系统接收变电站主动上送的突发数据、录波文件的传输时间构建算法因子，如果突发遥信数据、录波文件传输效率高，未造成通道长时间占用，则优先处理传输效率高的厂站数据，如果突发遥信数据、录波文件传输长时间占用网络通道，则置后处理传输耗时较长的厂站数据；
通信任务模块，用于基于分配的通信带宽指标以及原有的通信任务调整定时任务的采集周期和采集数据类型，并进行数据通信，以满足分配的通信带宽指标的要求；所述数据通信指在保信子站系统与继电保护设备之间进行的数据通信。
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