CN113612306A - 一种分布式配电柜及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配电柜，尤其是一种分布式配电柜及其控制系统；它包括多个具备信息交互功能的配电柜，多个配电柜与配电主站系统以及负载均衡器组成局域网或者ZigBee网络，其中，配电柜均安装有微电脑、电量采集装置、遥信采集装置、温湿度采集装置和开关出口控制装置。将管理范围内的配电柜纳入局域网或者ZigBee网络，从总线的集约型控制模式变更成类似于分布式计算机系统的控制系统，使得每个配电柜单体具有比较强的自我管控能力，可利用网络内的其他配电柜的多余算力为自身服务，降低部分低性能配电柜微电脑的负载。

Description

一种分布式配电柜及其控制系统
技术领域
本发明涉及配电柜，尤其是一种分布式配电柜及其控制系统。
背景技术
所谓分布式系统指的是将多台具备互相通讯功能的计算机互联，将任务分割后发布给各计算机，每个计算机完成若干份任务。其好处是显而易见的，由于面对任务的是一个具有庞大算力的计算机网络而不再是单一的计算机，故原本对于计算机难以快速实现的任务已经可以通过分布式系统完成。
而对于配电柜而言，由于电网对于遥测、遥信、遥控的要求，实际上很多配电柜具备了微型计算机、通讯器等功能部件(例如姚光等人发表在《通信电源技术》19年3月25日“基于分布式配电终端的智能环网柜设计”)，他们实质已经满足分布式配电系统的硬件要求，但目前依然采用总线式控制，尚未有真正将其改造成分布式系统的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种分布式配电柜及其控制系统。
本发明的技术方案为：
一种分布式配电柜，它包括多个具备信息交互功能的配电柜，多个配电柜与配电主站系统以及负载均衡器组成局域网或者ZigBee网络，理论上接入互联网也可行，但风险控制成本很高；
其中，配电柜均安装有微电脑、电量采集装置、遥信采集装置、温湿度采集装置和开关出口控制装置。
其中，电量采集装置、遥信采集、温湿度采集装置分别采集模拟量电压、模拟量电流、开关量状态、温度、湿度，其中开关量状态通过光电隔离转换成数字信息，取得状态信号、变位信息(COS)和事件顺序记录(SOE)；而后通过微电脑计算出数字量电压/电流、功率、频率、功率方向；最后需要向负载均衡器发送故障判断计算任务请求和工况计算任务请求，负载均衡器将任务切割成子任务后下发给空闲的配电柜并对发布任务的配电柜以及接受子任务的配电柜进行对接绑定，各配电柜的微电脑针对各自的子任务进行计算，得出结果后由发布任务的配电柜上传配电主站系统。可以理解的，各个站点的配电柜的硬件配置是可能不同的，其算力可能存在质的区别，而且并不是每个配电柜均处于计算状态，那么通过类似于分布式计算机系统的方式可以将具备算力的配电柜统合，对自身无法实现较大计算任务的配电柜进行分布式支持，在不提高硬件成本的情况下提高了整个系统的反馈速率。
其中，所述负载均衡器的子任务分配方法为：
根据不同配电柜的微电脑的不同处理能力，给予每个微电脑分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求，例如，配电柜1的权值被设计成1，配电柜2的权值是3，配电柜3的权值是6，那么这三个配电柜分别接受10％、30％和60％的服务请求。该做法的好处在于：保证计算能力较佳的微电脑承担更多的计算任务，避免地性能的微电脑负载过重。
一种分布式配电柜的控制系统，它利用分布式配电柜进行配电故障识别，包括以下步骤：
1)配电主站系统定期向各个配电柜采集故障信息并轮询各个配电柜是否在线；
2)如果此时该配电柜在线，则配电柜接受到采集故障信息请求时则向负载均衡器发送故障判断计算任务请求和工况计算任务请求，并在负载均衡器数据库以日志消息的形式记录本次请求和原始数据，得到计算结果后将结果上传给配电主站系统；如果此时该配电柜不在线，则向负载均衡器找寻该配电柜前若干次故障判断计算任务请求和工况计算任务的原始数据；
3)通过故障预测模型对步骤2得到的原始数据进行分析，得出故障类型；
4)跳闸切除相应故障区域，并根据预案对故障配电柜进行处置。
具体的，所述故障预测模型为：
步骤S1：基于日志消息对日志事件进行分类和标注。
步骤S1可以通过下述方式来实现：
步骤S1.1：采用正则表达式对日志消息中的变量进行匹配，并采用预设符号对匹配成功的变量进行替换；
步骤S1.2：基于编辑距离对进行变量替换后的日志消息进行分组并标注事件ID，且具有不同事件ID的日志事件为不同类型的日志事件。具体来说，预设符号可以根据需要进行选取，例如*、&等。在具体的实施过程中，日志消息通常包括两种类型的信息，一种是自由格式的文本字符串，用来描述事件的语义信息；另一种是系统事件中的变量或参数，用来表示一些重要的系统属性。本实施方式使用正则表达式对日志消息中的变量(如数字、IP地址、目录等)进行匹配，匹配成功后，使用“*”进行替换。然后使用编辑距离对变量替换后的日志消息进行分组。编辑距离是指两个字串之间，由一个转换成另一个所需的最少的字符编辑操作(插入、删除和替换)次数。本实施方式基于日志消息的单词来计算编辑距离，而不是字符。对于进行变量替换后的日志消息，如果两条日志消息之间的编辑距离小于预定的阈值，则将它们划分在同一组。对于同一组中的日志消息，使用相同的日志事件ID进行标注。其中，为了提高效率，在基于日志消息对日志事件进行分类和标注之后，所述方法
还包括步骤S2：
过滤冗余日志事件。
步骤S2具体包括：基于日志事件之间的时间间隔的阈值进行冗余日志事件的过滤。具体来说，基于事件之间的时间间隔的阈值进行过滤，即当一个事件被报告时，首先寻找距离该事件最近的且未被过滤的(而不是在原始日志中距离其最近的具有相同ID的事件)，具有相同日志事件ID的事件，然后计算它们之间的时间间隔，若时间间隔小于预设的阈值，则删除该事件，否则保留该事件。
步骤S3：通过改进的层次聚类算法从进行分类和标注后的日志事件中，挖掘出与各类预设故障事件相关的频繁事件序列。
步骤S3可以通过下述方式来实现：
步骤S3.1：基于统一时间窗口，生成与预设故障事件相关的日志事件序列集；
步骤S3.2：选取日志事件序列之间的最长公共子序列作为序列之间的相似性度量，利用改进的层次聚类算法，挖掘出频繁事件序列。
本发明的有益效果为：将管理范围内的配电柜纳入局域网或者ZigBee网络，从总线的集约型控制模式变更成类似于分布式计算机系统的控制系统，使得每个配电柜单体具有比较强的自我管控能力，可利用网络内的其他配电柜的多余算力为自身服务，降低部分低性能配电柜微电脑的负载。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，一种分布式配电柜，它包括多个具备信息交互功能的配电柜，多个配电柜与配电主站系统以及负载均衡器组成局域网或者ZigBee网络，理论上接入互联网也可行，但风险控制成本很高；
其中，配电柜均安装有微电脑、电量采集装置、遥信采集装置、温湿度采集装置和开关出口控制装置。
其中，电量采集装置、遥信采集、温湿度采集装置分别采集模拟量电压、模拟量电流、开关量状态、温度、湿度，其中开关量状态通过光电隔离转换成数字信息，取得状态信号、变位信息(COS)和事件顺序记录(SOE)；而后通过微电脑计算出数字量电压/电流、功率、频率、功率方向；最后需要向负载均衡器发送故障判断计算任务请求和工况计算任务请求，负载均衡器将任务切割成子任务后下发给空闲的配电柜并对发布任务的配电柜以及接受子任务的配电柜进行对接绑定，各配电柜的微电脑针对各自的子任务进行计算，得出结果后由发布任务的配电柜上传配电主站系统。可以理解的，各个站点的配电柜的硬件配置是可能不同的，其算力可能存在质的区别，而且并不是每个配电柜均处于计算状态，那么通过类似于分布式计算机系统的方式可以将具备算力的配电柜统合，对自身无法实现较大计算任务的配电柜进行分布式支持，在不提高硬件成本的情况下提高了整个系统的反馈速率。
其中，所述负载均衡器的子任务分配方法为：
根据不同配电柜的微电脑的不同处理能力，给予每个微电脑分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求，例如，配电柜1的权值被设计成1，配电柜2的权值是3，配电柜3的权值是6，那么这三个配电柜分别接受10％、30％和60％的服务请求。该做法的好处在于：保证计算能力较佳的微电脑承担更多的计算任务，避免地性能的微电脑负载过重。
一种分布式配电柜的控制系统，它利用分布式配电柜进行配电故障识别，包括以下步骤：
1)配电主站系统定期向各个配电柜采集故障信息并轮询各个配电柜是否在线；
2)如果此时该配电柜在线，则配电柜接受到采集故障信息请求时则向负载均衡器发送故障判断计算任务请求和工况计算任务请求，并在负载均衡器数据库以日志消息的形式记录本次请求和原始数据，得到计算结果后将结果上传给配电主站系统；如果此时该配电柜不在线，则向负载均衡器找寻该配电柜前若干次故障判断计算任务请求和工况计算任务的原始数据；
3)通过故障预测模型对步骤2得到的原始数据进行分析，得出故障类型；
4)跳闸切除相应故障区域，并根据预案对故障配电柜进行处置。
具体的，所述故障预测模型为：
步骤S1：基于日志消息对日志事件进行分类和标注。
步骤S1可以通过下述方式来实现：
步骤S1.1：采用正则表达式对日志消息中的变量进行匹配，并采用预设符号对匹配成功的变量进行替换；
步骤S1.2：基于编辑距离对进行变量替换后的日志消息进行分组并标注事件ID，且具有不同事件ID的日志事件为不同类型的日志事件。具体来说，预设符号可以根据需要进行选取，例如*、&等。在具体的实施过程中，日志消息通常包括两种类型的信息，一种是自由格式的文本字符串，用来描述事件的语义信息；另一种是系统事件中的变量或参数，用来表示一些重要的系统属性。本实施方式使用正则表达式对日志消息中的变量(如数字、IP地址、目录等)进行匹配，匹配成功后，使用“*”进行替换。然后使用编辑距离对变量替换后的日志消息进行分组。编辑距离是指两个字串之间，由一个转换成另一个所需的最少的字符编辑操作(插入、删除和替换)次数。本实施方式基于日志消息的单词来计算编辑距离，而不是字符。对于进行变量替换后的日志消息，如果两条日志消息之间的编辑距离小于预定的阈值，则将它们划分在同一组。对于同一组中的日志消息，使用相同的日志事件ID进行标注。其中，为了提高效率，在基于日志消息对日志事件进行分类和标注之后，所述方法
还包括步骤S2：
过滤冗余日志事件。
步骤S2具体包括：基于日志事件之间的时间间隔的阈值进行冗余日志事件的过滤。具体来说，基于事件之间的时间间隔的阈值进行过滤，即当一个事件被报告时，首先寻找距离该事件最近的且未被过滤的(而不是在原始日志中距离其最近的具有相同ID的事件)，具有相同日志事件ID的事件，然后计算它们之间的时间间隔，若时间间隔小于预设的阈值，则删除该事件，否则保留该事件。
步骤S3：通过改进的层次聚类算法从进行分类和标注后的日志事件中，挖掘出与各类预设故障事件相关的频繁事件序列。
步骤S3可以通过下述方式来实现：
步骤S3.1：基于统一时间窗口，生成与预设故障事件相关的日志事件序列集；
步骤S3.2：选取日志事件序列之间的最长公共子序列作为序列之间的相似性度量，利用改进的层次聚类算法，挖掘出频繁事件序列。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，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。

Claims (5)

1.一种分布式配电柜，其特征在于：它包括多个具备信息交互功能的配电柜，多个配电柜与配电主站系统以及负载均衡器组成局域网或者ZigBee网络，理论上接入互联网也可行，但风险控制成本很高；
其中，配电柜均安装有微电脑、电量采集装置、遥信采集装置、温湿度采集装置和开关出口控制装置。
2.根据权利要求1所述的一种分布式配电柜，其特征在于：电量采集装置、遥信采集、温湿度采集装置分别采集模拟量电压、模拟量电流、开关量状态、温度、湿度，其中开关量状态通过光电隔离转换成数字信息，取得状态信号、变位信息(COS)和事件顺序记录(SOE)；而后通过微电脑计算出数字量电压/电流、功率、频率、功率方向；最后需要向负载均衡器发送故障判断计算任务请求和工况计算任务请求，负载均衡器将任务切割成子任务后下发给空闲的配电柜并对发布任务的配电柜以及接受子任务的配电柜进行对接绑定，各配电柜的微电脑针对各自的子任务进行计算，得出结果后由发布任务的配电柜上传配电主站系统。可以理解的，各个站点的配电柜的硬件配置是可能不同的，其算力可能存在质的区别，而且并不是每个配电柜均处于计算状态，那么通过类似于分布式计算机系统的方式可以将具备算力的配电柜统合，对自身无法实现较大计算任务的配电柜进行分布式支持，在不提高硬件成本的情况下提高了整个系统的反馈速率。
3.根据权利要求1所述的一种分布式配电柜，其特征在于：所述负载均衡器的子任务分配方法为：
根据不同配电柜的微电脑的不同处理能力，给予每个微电脑分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求，例如，配电柜1的权值被设计成1，配电柜2的权值是3，配电柜3的权值是6，那么这三个配电柜分别接受10％、30％和60％的服务请求。该做法的好处在于：保证计算能力较佳的微电脑承担更多的计算任务，避免地性能的微电脑负载过重。
4.一种分布式配电柜的控制系统，它利用分布式配电柜进行配电故障识别，其特征在于：包括以下步骤：
1)配电主站系统定期向各个配电柜采集故障信息并轮询各个配电柜是否在线；
2)如果此时该配电柜在线，则配电柜接受到采集故障信息请求时则向负载均衡器发送故障判断计算任务请求和工况计算任务请求，并在负载均衡器数据库以日志消息的形式记录本次请求和原始数据，得到计算结果后将结果上传给配电主站系统；如果此时该配电柜不在线，则向负载均衡器找寻该配电柜前若干次故障判断计算任务请求和工况计算任务的原始数据；
3)通过故障预测模型对步骤2得到的原始数据进行分析，得出故障类型；
4)跳闸切除相应故障区域，并根据预案对故障配电柜进行处置。
5.根据权利要求4所述的一种分布式配电柜的控制系统，其特征在于：所述故障预测模型为：
步骤S1：基于日志消息对日志事件进行分类和标注；
步骤S1可以通过下述方式来实现：
步骤S1.1：采用正则表达式对日志消息中的变量进行匹配，并采用预设符号对匹配成功的变量进行替换；
步骤S1.2：基于编辑距离对进行变量替换后的日志消息进行分组并标注事件ID，且具有不同事件ID的日志事件为不同类型的日志事件；具体来说，预设符号可以根据需要进行选取，例如*、&等；在具体的实施过程中，日志消息通常包括两种类型的信息，一种是自由格式的文本字符串，用来描述事件的语义信息；另一种是系统事件中的变量或参数，用来表示一些重要的系统属性；本实施方式使用正则表达式对日志消息中的变量(如数字、IP地址、目录等)进行匹配，匹配成功后，使用“*”进行替换；然后使用编辑距离对变量替换后的日志消息进行分组；编辑距离是指两个字串之间，由一个转换成另一个所需的最少的字符编辑操作(插入、删除和替换)次数；本实施方式基于日志消息的单词来计算编辑距离，而不是字符；对于进行变量替换后的日志消息，如果两条日志消息之间的编辑距离小于预定的阈值，则将它们划分在同一组；对于同一组中的日志消息，使用相同的日志事件ID进行标注；其中，为了提高效率，在基于日志消息对日志事件进行分类和标注之后，所述方法
还包括步骤S2：
过滤冗余日志事件；
步骤S2具体包括：基于日志事件之间的时间间隔的阈值进行冗余日志事件的过滤；具体来说，基于事件之间的时间间隔的阈值进行过滤，即当一个事件被报告时，首先寻找距离该事件最近的且未被过滤的(而不是在原始日志中距离其最近的具有相同ID的事件)，具有相同日志事件ID的事件，然后计算它们之间的时间间隔，若时间间隔小于预设的阈值，则删除该事件，否则保留该事件；
步骤S3：通过改进的层次聚类算法从进行分类和标注后的日志事件中，挖掘出与各类预设故障事件相关的频繁事件序列；
步骤S3可以通过下述方式来实现：
步骤S3.1：基于统一时间窗口，生成与预设故障事件相关的日志事件序列集；
步骤S3.2：选取日志事件序列之间的最长公共子序列作为序列之间的相似性度量，利用改进的层次聚类算法，挖掘出频繁事件序列。
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