CN113839812B - 一种自组网网络拓扑结构搭建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自组网网络拓扑结构搭建方法，涉及拓扑结构搭建技术领域。本发明包括：通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备；提取每一异常配电设备对应的异常运行参数；对异常运行参数进行聚类划分，获取故障数据样本；获取搭建所述网络拓扑所需的配电设备并根据故障数据样本和从所述配电设备列表中确定的配电设备搭建所述网络拓扑；根据GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建。通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备，针对异常配电设备进行基于GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建，解决了现有的网络拓扑结构搭建缺乏电网拓扑搭建的动态性的问题，能够根据异常设备的变动，实时进行拓扑重建。
Description
技术领域
本发明属于拓扑结构搭建技术领域，特别是涉及一种自组网网络拓扑结构搭建方法。
背景技术
网络拓扑结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局。网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做“拓扑结构”，通俗地讲就是这些网络设备是如何连接在一起的。常见的网络拓扑结构主要有：总线型结构、环形结构、星形结构、树形结构和网状结构等。
中国专利（CN110071824A）公开了一种配电网络拓扑自动构建和可视化方法，利用配电智能终端的局部拓扑信息构建出完整的拓扑网络，并且通过图形化组件提供基于网络拓扑结构的配电监测，只需要将智能终端的上游终端设备编号和下游终端设备编号统一录入智能终端，待智能终端上电后由智能终端自动将其局部拓扑信息远程导入平台服务器。平台服务器将各个智能终端提供的局部拓扑信息以有向图的形式转化为完整的配电网络拓扑信息，最后通过图形化组件将完整的配电网络拓扑信息转化为可视化拓扑网络图，使得配电管理用户可通过可视化网络拓扑图对配电系统进行运行状态监测；中国专利（CN107370147A）公开了一种基于AMI数据分析的配电网拓扑修正方法，该基于AMI数据分析的配电网拓扑修正方法具有如下优势：通过建立连接同一个变压器的电能表之间的相关系数矩阵有效地识别不属于本台区的电能表；并对拓扑连接关系错误的电能表进行修正。中国专利（CN112350848A）公开一种可视化动态蜜网自定义拓扑部署方法，通过可视化自定义绘制蜜网拓扑的搭建方式，减少搭建蜜网的复杂程度，提高搭建效率，方便维护，解决当前蜜网系统单个蜜罐逐个部署、蜜罐模板的选择类型单一，蜜罐服务应用和漏洞利用组合简单的问题。以及，通过可视化蜜网拓扑，使复杂蜜网拓扑更为直观，从全局上帮助安全人员实时掌握整体蜜网监控状况，减轻当前蜜网系统分析视图局限，攻击数据事件多难以分析的困扰。此外，通过动态的蜜网拓扑，可动态改变原本蜜网拓扑结构，实现更加复杂、多样化的攻击蜜网利用环境，提高蜜网真实程度。
又如中国专利（CN111581757A）公开了一种电网拓扑构建和拓扑分析方法及计算机可读存储介质，提高电网拓扑分析的搜索性能；中国专利（CN103646355A）公开了一种电网拓扑关系快速构建与分析方法，注重设备间的连接关系，更加关注电网拓扑的表示，以及电网的拓扑应用分析。等等诸如此类，均是为了实现电网拓扑的可视化、可搜索性等等，而缺乏电网拓扑搭建的动态性，现提供一种自组网网络拓扑结构搭建方法，解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自组网网络拓扑结构搭建方法，通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备，针对异常配电设备进行基于GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建，解决了现有的网络拓扑结构搭建缺乏电网拓扑搭建的动态性的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种自组网网络拓扑结构搭建方法，在电力应用与管理系统中，网络结构的描述和拓扑分析具有重要的地位,，甚至是很多业务应用的基石，早期的网络拓扑分析都是基于特定的数据结构，其普遍存在的缺点是效率低和扩展性差, 当网络中新增了某个设备或者某个电气元件具备新的拓扑特性时不能很好地自动适应，可能需要进行大量的修改，从系统的角度看稳定性和复用性都较弱，不能很好地适应未来电力信息系统智能化发展的趋势。而本发明提供的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，可以很好的实现与电力信息进行集成，实时更新拓扑网络，包括以下步骤：
步骤S001：通过数据获取模块获取每一配电设备的运行参数，并通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备，现阶段随着区域配电网络覆盖面积的增加，配电网络结构更加庞大和复杂，导致了配电网络拓扑构建和管理工作变得十分困难，难以靠人工对频繁变化的配电网络结构进行维护，本发明结合配电设备的运行参数，动态的捕捉并构建网络拓扑；
步骤S002：从步骤S001中提取异常配电设备对应的区域、设备信息，解决了依靠人力手动方式难以描绘和调整配电网络拓扑、难以对网络拓扑中任何一个节点位置和状态的改变进行实时、准确地更新和维护的问题；
步骤S003：提取每一异常配电设备对应的异常运行参数；
步骤S004：对步骤S003中的异常运行参数进行聚类划分，获取故障数据样本，目前，为了适应高压直流的功率传输，中间隔离环节需要多模块串联切换电路输入和多模块并联切换电路输出，一旦存在模块出现故障，或者对模块定期检修，将会影响系统稳定工作。对于冗余切换采取的主要方式是先停机，再旁路切换；这种方式切换时间较长，对其余可以正常工作的模块造成较大的电压冲击，影响输出电压的稳定性，而本发明构建一种基于出现过故障的配电设备搭建拓扑结构，实现对易损配电设备的特殊监控，及时止损；
步骤S005：搭建用于接收、存储和转发故障数据样本的样本接入单元；
步骤S006：搭建样本分析处理单元，样本分析处理单元用于接收和处理故障数据样本；
步骤S007：从步骤S006中的故障数据样本中获取搭建所述网络拓扑所需的配电设备并根据故障数据样本和从所述配电设备列表中确定的配电设备搭建所述网络拓扑；
步骤S008：根据GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建，传统的电网拓扑分析研究主要集中在拓扑分析算法与拓扑分析应用上，由于没有与GIS技术相结合，电网拓扑分析结果显示不直观，交互性差，极大地制约了电网拓扑应用的发展。本发明中采用GIS技术相结合，为电网拓扑分析指明了新的研究方向，且有效的避免了由于基于通用GIS其它电网信息系统兼容性较差，不能很好的与其它电力信息系统进行集成的问题，兼容配电设备的运行参数与区域特性。
进一步地，所述步骤S001中异常配电设备的获取方法为：
步骤Y01：任选一配电设备，调取其对应的各项运行参数，对数据依次进行去重、去噪和去不完整数据操作，保证数据分析处理的准确性；
步骤Y02：针对步骤Y01中的各项运行参数，获取每一运行参数的历史参数、当前参数以及参数变动的频率F；
步骤Y03：若参数变动的频率≧X1时，则将对应配电设备标记为异常配电设备，其中，X1为预设值。
进一步地，所述参数变动的频率为：每一运行参数大于或小于其对应的额定运行参数的频率F，其中，额定运行参数为数值范围；具体计算公式为：
；
其中：
L1为近T1天内、运行参数在一天内的均值大于或小于额定运行参数的次数；
L2为当天T2个时段中、运行参数在每一时段内的均值大于或小于额定运行参数的次数；
L3为近T3分钟内、实际运行参数大于或小于额定运行参数的次数。
进一步地，所述步骤S002中的区域为预先划分的受控区域，所述受控区域划分的方式为：
F001：通过输入模块输入区域划分阈值，区域划分阈值为每一区域的预规划配电设备个数g；
F002：获取受控区域内所有配电设备的个数G；
F003：获取受控区域的地理位置，所述地理位置为对应区域的地理边界信息；
F004：对区域划分阈值附加噪音值Y1，再结合受控区域内所有配电设备的个数及受控区域的地理位置按照配电设备个数平均的方式进行划分区域，噪音值1＜Y1≦1.5。
进一步地，所述F004中结合受控区域内所有配电设备的个数及受控区域的地理位置划分区域的具体方式为：
步骤F1：计算，若Z≧5，则每个区域内的实际划配电设备个数S=g*Y1，即将受控区域划分按每个区域内g*Y1个配电设备划分；若Z＜5，则每个区域内的实际划配电设备个数S=g+1，即将受控区域划分按每个区域内g+1个配电设备划分；
步骤F2：从地理边界处开始划分，任选距离地理边界处最近的某一配电设备，作为第一节点设备，取与第一节点设备距离最近的S个配电设备所在的位置作为边界划分为第一区域；
步骤F3：再任选一个距离第一区域边界最近的且不属于第一划分区域中的某一配电设备，作为第二节点设备，取与第二节点设备距离最近的S个配电设备所在的位置作为边界划分为第二区域；
步骤F4：按照上述原理，进行区域划分，直至所有区域划分完成；
若剩余的节点设备，采用与其距离最近的S个配电设备进行区域划分时，与已有区域出现交叉，则将造成交叉的设备移出此次划分的区域，避免区域交叉；
若存在多个与节点设备相同距离的配电设备，择从中随机选则配电设备进行区域划分。
进一步地，所述聚类划分的规则为：
步骤一：获取每一异常运行参数对应的单位；
步骤二：根据配电设备的维修记录，获取每一异常运行参数导致的原因，并将原因进行分类；
步骤三：将监控时间内发生故障的配电设备的维修日志数据标记为配电设备故障数据样本，将没有发生故障的配电设备的运行日志数据标记为配电设备正常数据样本；
步骤四：对配电设备故障数据样本采用基于密度的含噪声应用空间聚类算法进行聚类，去除聚类簇之外的噪音样本，保留聚成簇的故障数据样本。
进一步地，所述设备信息包括配电设备名称、配电设备类型、配电设备图标、配电设备ID、配电设备连线和配电设备端口号。
进一步地，还包括预采集模块，所述预采集模块用于采集使用未超过X天的配电设备的运行参数信息，其中X为预设值。
进一步地，所述预采集模块通过读取待查配电设备的实时运行参数信息，并记录每个配电设备的名称及其对应的运行参数信息采样值，形成运行参数信息excel表格备用。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备，针对异常配电设备进行基于GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建，解决了现有的网络拓扑结构搭建缺乏电网拓扑搭建的动态性的问题，能够根据异常设备的变动，实时进行拓扑重建。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“采集”、“上”、“下”、“上传”、“内”、“四周”、“侧”、“端”、“底”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明为一种自组网网络拓扑结构搭建方法，包括以下步骤：
步骤S001：通过数据获取模块获取每一配电设备的运行参数，并通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备；
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述步骤S001中异常配电设备的获取方法为：
步骤Y01：任选一配电设备，调取其对应的各项运行参数，对数据依次进行去重、去噪和去不完整数据操作，保证数据分析处理的准确性，现阶段随着区域配电网络覆盖面积的增加，配电网络结构更加庞大和复杂，导致了配电网络拓扑构建和管理工作变得十分困难，难以靠人工对频繁变化的配电网络结构进行维护，本发明结合配电设备的运行参数，动态的捕捉并构建网络拓扑；
步骤Y02：针对步骤Y01中的各项运行参数，获取每一运行参数的历史参数、当前参数以及参数变动的频率F；
步骤Y03：若参数变动的频率≧X1时，则将对应配电设备标记为异常配电设备，其中，X1为预设值；
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述参数变动的频率为：每一运行参数大于或小于其对应的额定运行参数的频率F，其中，额定运行参数为数值范围；具体计算公式为：
；
其中：
L1为近T1天内、运行参数在一天内的均值大于或小于额定运行参数的次数；
L2为当天T2个时段中、运行参数在每一时段内的均值大于或小于额定运行参数的次数；
L3为近T3分钟内、实际运行参数大于或小于额定运行参数的次数。
步骤S002：从步骤S001中提取异常配电设备对应的区域、设备信息；
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述步骤S002中的区域为预先划分的受控区域，所述受控区域划分的方式为：
F001：通过输入模块输入区域划分阈值，区域划分阈值为每一区域的预规划配电设备个数g；
F002：获取受控区域内所有配电设备的个数G；
F003：获取受控区域的地理位置，所述地理位置为对应区域的地理边界信息；
F004：对区域划分阈值附加噪音值Y1，再结合受控区域内所有配电设备的个数及受控区域的地理位置按照配电设备个数平均的方式进行划分区域，噪音值1＜Y1≦1.5，本发明通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备，针对异常配电设备进行基于GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建；
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述F004中结合受控区域内所有配电设备的个数及受控区域的地理位置划分区域的具体方式为：
步骤F1：计算，若Z≧5，则每个区域内的实际划配电设备个数S=g*Y1，即将受控区域划分按每个区域内g*Y1个配电设备划分；若Z＜5，则每个区域内的实际划配电设备个数S=g+1，即将受控区域划分按每个区域内g+1个配电设备划分；
步骤F2：从地理边界处开始划分，任选距离地理边界处最近的某一配电设备，作为第一节点设备，取与第一节点设备距离最近的S个配电设备所在的位置作为边界划分为第一区域；
步骤F3：再任一个距离第一区域边界最近的且不属于第一划分区域中的某一配电设备，作为第二节点设备，取与第二节点设备距离最近的S个配电设备所在的位置作为边界划分为第二区域；
步骤F4：按照上述原理，进行区域划分，直至所有区域划分完成，本发明解决了现有的网络拓扑结构搭建缺乏电网拓扑搭建的动态性的问题，能够根据异常设备的变动，实时进行拓扑重建；
若剩余的节点设备，采用与其距离最近的S个配电设备进行区域划分时，与已有区域出现交叉，则将造成交叉的设备移出此次划分的区域，避免区域交叉；
若存在多个与节点设备相同距离的配电设备，择从中随机选则配电设备进行区域划分。
步骤S003：提取每一异常配电设备对应的异常运行参数；
步骤S004：对步骤S003中的异常运行参数进行聚类划分，获取故障数据样本；作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述聚类划分的规则为：
步骤一：获取每一异常运行参数对应的单位，如V、A等；
步骤二：根据配电设备的维修记录，获取每一异常运行参数导致的原因，并将原因进行分类，如短路、断路、过热等；
步骤三：将监控时间内发生故障的配电设备的维修日志数据标记为配电设备故障数据样本，将没有发生故障的配电设备的运行日志数据标记为配电设备正常数据样本；
步骤四：对配电设备故障数据样本采用基于密度的含噪声应用空间聚类算法进行聚类，去除聚类簇之外的噪音样本，保留聚成簇的故障数据样本；
步骤S005：搭建用于接收、存储和转发故障数据样本的样本接入单元；
步骤S006：搭建样本分析处理单元，样本分析处理单元用于接收和处理故障数据样本；
步骤S007：从步骤S006中的故障数据样本中获取搭建所述网络拓扑所需的配电设备并根据故障数据样本和从所述配电设备列表中确定的配电设备搭建所述网络拓扑；
步骤S008：根据GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建，配电网是一种和地理信息密切相关的网络，线路的走向以及配电设备和用户的分布具有地理特征，生产管理中的实际操作（如线路改造、停电检修等）也依赖于长度、范围、距离、相对位置等地理因素，本发明采用基于地理信息系统（GIS）的配电网拓扑搭建，实现地理信息系统与运行参数的结合。
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述设备信息包括配电设备名称、配电设备类型、配电设备图标、配电设备ID、配电设备连线和配电设备端口号。
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，还包括预采集模块，所述预采集模块用于采集使用未超过X天的配电设备的运行参数信息，其中X为预设值。
作为本发明提供的一个实施方式，优选的，所述预采集模块通过读取待查配电设备的实时运行参数信息，并记录每个配电设备的名称及其对应的运行参数信息采样值，形成运行参数信息excel表格备用。
一种自组网网络拓扑结构搭建方法，通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备，针对异常配电设备进行基于GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建，解决了现有的网络拓扑结构搭建缺乏电网拓扑搭建的动态性的问题，能够根据异常设备的变动，实时进行拓扑重建。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S001：通过数据获取模块获取每一配电设备的运行参数，并通过数据分析处理模块对各运行参数进行分析处理，获取异常配电设备；
步骤S002：从步骤S001中提取异常配电设备对应的区域、设备信息；
步骤S003：提取每一异常配电设备对应的异常运行参数；
步骤S004：对步骤S003中的异常运行参数进行聚类划分，获取故障数据样本；
步骤S005：搭建用于接收、存储和转发故障数据样本的样本接入单元；
步骤S006：搭建样本分析处理单元，样本分析处理单元用于接收和处理故障数据样本；
步骤S007：从步骤S006中的故障数据样本中获取搭建所述网络拓扑所需的配电设备并根据故障数据样本和从所述配电设备列表中确定的配电设备搭建所述网络拓扑；
步骤S008：根据GIS拓扑关系进行网络拓扑搭建；
所述步骤S001中异常配电设备的获取方法为：
步骤Y01：任选一配电设备，调取其对应的各项运行参数；
步骤Y02：针对步骤Y01中的各项运行参数，获取每一运行参数的历史参数、当前参数以及参数变动的频率F；
步骤Y03：若参数变动的频率≧X1时，则将对应配电设备标记为异常配电设备，其中，X1为预设值；
所述参数变动的频率为：每一运行参数大于或小于其对应的额定运行参数的频率F，具体计算公式为：
；
其中：
L1为近T1天内、运行参数在一天内的均值大于或小于额定运行参数的次数；
L2为当天T2个时段中、运行参数在每一时段内的均值大于或小于额定运行参数的次数；
L3为近T3分钟内、实际运行参数大于或小于额定运行参数的次数。
2.根据权利要求1所述的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，所述步骤S002中的区域为预先划分的受控区域，所述受控区域划分的方式为：
F001：通过输入模块输入区域划分阈值，区域划分阈值为每一区域的预规划配电设备个数g；
F002：获取受控区域内所有配电设备的个数G；
F003：获取受控区域的地理位置，所述地理位置为对应区域的地理边界信息；
F004：对区域划分阈值附加噪音值Y1，再结合受控区域内所有配电设备的个数及受控区域的地理位置按照配电设备个数平均的方式进行划分区域，噪音值1＜Y1≦1.5。
3.根据权利要求2所述的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，所述F004中结合受控区域内所有配电设备的个数及受控区域的地理位置划分区域的具体方式为：
步骤F2：从地理边界处开始划分，任选距离地理边界处最近的某一配电设备，作为第一节点设备，取与第一节点设备距离最近的S个配电设备所在的位置作为边界划分为第一区域；
步骤F3：再任选一个距离第一区域边界最近的且不属于第一划分区域中的某一配电设备，作为第二节点设备，取与第二节点设备距离最近的S个配电设备所在的位置作为边界划分为第二区域；
步骤F4：按照上述原理，进行区域划分，直至所有区域划分完成；
若剩余的节点设备，采用与其距离最近的S个配电设备进行区域划分时，与已有区域出现交叉，则将造成交叉的设备移出此次划分的区域，避免区域交叉；
若存在多个与节点设备相同距离的配电设备，则从中随机选择配电设备进行区域划分。
4.根据权利要求3所述的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，所述聚类划分的规则为：
步骤一：获取每一异常运行参数对应的单位；
步骤二：根据配电设备的维修记录，获取每一异常运行参数导致的原因，并将原因进行分类；
步骤三：将监控时间内发生故障的配电设备的维修日志数据标记为配电设备故障数据样本，将没有发生故障的配电设备的运行日志数据标记为配电设备正常数据样本；
步骤四：对配电设备故障数据样本采用基于密度的含噪声应用空间聚类算法进行聚类，去除聚类簇之外的噪音样本，保留聚成簇的故障数据样本。
5.根据权利要求4所述的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，所述设备信息包括配电设备名称、配电设备类型、配电设备图标、配电设备ID、配电设备连线和配电设备端口号。
6.根据权利要求5所述的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，还包括预采集模块，所述预采集模块用于采集使用未超过X天的配电设备的运行参数信息，其中X为预设值。
7.根据权利要求6所述的一种自组网网络拓扑结构搭建方法，其特征在于，所述预采集模块通过读取待查配电设备的实时运行参数信息，并记录每个配电设备的名称及其对应的运行参数信息采样值，形成运行参数信息excel表格备用。
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