CN121710552B - 一种变电站二次回路的数据采集与关联方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站二次回路的数据采集与关联方法及系统，属于变电站技术领域，通过建立结构拓扑图并为节点生成数据标签，采用事件驱动机制捕获状态变化时刻的数据切片。基于理论连接关系建立校验任务，提取节点的多维度响应特征，构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型，通过计算综合校验指数量化节点连接的置信度。当发现连接失信时，系统自动扫描全网节点建立临时校验任务，定位并校正为真实连接节点，完成拓扑更新。得到静态标签无法跟踪物理连接变化、被动诊断无法主动预防、发现问题后无法自动修复的技术难题。

Description

一种变电站二次回路的数据采集与关联方法及系统

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，具体涉及一种变电站二次回路的数据采集与关联方法及系统。

背景技术

变电站二次回路是对一次设备进行控制、保护、测量和监视的低压回路，用于确保电力系统安全稳定运行。为实现对变电站二次回路复杂连接关系的数字化、可视化管理，提升运维工作的效率与安全性，目前行业内常采用的技术是解析SCD（配置描述，Substation-Configuration-Description）文件，提取其中定义的设备、端子及其连接关系，从而构建理论拓扑模型。随后，基于此模型为回路中的各个节点生成包含其身份和连接信息的智能标签，如二维码，并将这些标签粘贴于现场物理设备上，以此作为运维人员日常巡检、检修和故障排查的数字化指引。相关技术中，例如授权公告号为CN-109241065B的中国专利文件公开了一种智能变电站电缆运行信息识别系统及其识别方法，其公开了在电缆上设置含有智能变电站二次回路图、虚端子图、物理网络地址以及运维日志的二维码，解决智能变电站电缆运维时不便完整了解通信电缆传输的业务信息的技术问题；实现电缆详细信息和运检记录的监控。

但在变电站的长期运行与维护过程中，由于设备改造、日常检修或临时跳线等操作，二次回路的物理连接会频繁发生变更。由于现有技术构建的是一个静态模型，存在理论模型无法与物理现实同步更新的问题。这导致运维人员日常工作中依赖的智能标签信息逐渐变得过时、甚至错误，不仅影响故障排查和检修工作的效率，更可能因信息错误引发误操作，构成重大的安全隐患。

发明内容

鉴于上述存在的问题，本发明提供一种变电站二次回路的数据采集与关联方法及系统。

因此，本发明解决的技术问题：第一，静态标签无法动态校验的问题。现有技术构建的是一次性静态模型，缺乏对节点连接真实性的持续校验能力，无法及时发现物理连接的变更，导致标签信息与实际连接长期不一致。第二，被动诊断无法主动预防的问题。现有技术只能在故障发生后通过人工排查发现连接异常，无法在运行过程中主动识别和预警潜在的连接错误。第三，发现问题后无法自动修复的问题。即使通过某些手段发现了连接异常，现有技术也无法自动搜索和定位对应的连接节点，只能依赖人工现场核查和手动修正，自动化水平低，效率不高且容易出错。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其包括，

建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，为各节点生成包含输入输出语义、理论时延窗口及局部连接信息的数据标签，建立事件驱动的切片采集机制，当监测到节点状态发生变化时，以变化时刻为基准截取时间窗口，获取包含多节点动态响应数据的事件切片；

根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合约束条件的多维物理约束模型，约束条件包括时间维度约束、电气逻辑维度约束和信号质量维度约束；

基于节点响应特性与所述多维物理约束模型，计算校验任务的综合校验指数，并根据中心节点所有校验任务的校验指数分布，获取该中心节点连接的置信度；

当置信度指示连接失信时，通过将中心节点与全网其他节点建立临时校验任务并计算校验指数，自动定位并校正为对应的连接节点，完成拓扑的自适应更新。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述建立事件驱动的切片采集机制包括，部署数据采集系统对全站节点进行时间同步；建立事件触发规则，当系统监测到节点的状态变化、数值跳变任一情况时触发数据采集，以触发时刻为中心向前向后各截取预设时间窗口，获取时间段内所有节点的数据，构成一个事件切片。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务包括，以事件切片中触发事件的节点为中心节点，获取该中心节点在结构拓扑图中的直接下游节点；中心节点与每个直接下游节点形成一个校验任务。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述并提取校验任务中节点的多维度响应特征包括，获取校验任务对应的直接下游节点在事件触发后的响应数据；提取多维度响应特征，所述响应特征至少包括：响应数据的变化速率特征、线性拟合质量特征、幅值变化方向特征、频域能量分布特征、以及响应稳定期的波动特征。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述时间维度约束包括，获取校验任务对应的直接下游节点的实际响应时间；

基于节点标签中的理论时延窗口，采用高斯函数建立时间约束门，对实际响应时间与理论时延窗口的偏离程度进行量化评估，当响应时间落在理论窗口内时给予高分，落在窗口外时进行惩罚。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述电气逻辑维度约束的包括，基于节点标签中的输入输出语义，预测节点响应的预期变化方向和变化趋势；

建立逻辑约束门，通过比较实际响应特征与预期响应特征的一致性，量化响应的逻辑符合度。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述信号质量维度约束包括，建立质量约束门，综合评估响应数据的线性拟合优度、频域能量分布的规律性以及响应后的稳定程度；

通过质量约束门筛选线性拟合优度高、频域能量分布集中的响应信号。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述计算校验任务的综合校验指数，包括，将节点响应的变化速率，与时间约束门、逻辑约束门、质量约束门的评估结果进行乘法组合，得到校验任务的综合校验指数；

通过乘法关系确保只有同时满足时间合理、逻辑正确、质量可靠的连接才能获得高校验指数。

作为本发明所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的一种优选方案，其中：所述自动定位并校正为对应的连接节点，包括，将中心节点与结构拓扑图中的非直接下游节点建立临时校验任务，计算各临时校验任务的综合校验指数；

根据临时校验任务的校验指数分布，识别校验指数优于理论连接的节点，将其确定为中心节点的校正后下游节点，并更新节点的数据标签。

本发明提供了一种变电站二次回路的数据采集与关联系统。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种变电站二次回路的数据采集与关联系统，包括：构建模块，建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，为各节点生成包含输入输出语义、理论时延窗口及局部连接信息的数据标签，建立事件驱动的切片采集机制，当监测到节点状态发生变化时，以变化时刻为基准截取时间窗口，获取包含多节点动态响应数据的事件切片；

提取模块，根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型；

计算模块，基于节点响应特性与所述多维物理约束模型，计算校验任务的综合校验指数，并根据中心节点所有校验任务的校验指数分布，获取该中心节点连接的置信度；

更新模块，当置信度指示连接失信时，通过将中心节点与全网其他节点建立临时校验任务并计算校验指数，自动定位并校正为对应的连接节点，完成拓扑的自适应更新。

本发明的有益效果：本发明通过事件驱动的切片采集机制，监测节点状态变化的关键时刻，减少海量稳态数据的无效处理；通过构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型，得到对节点连接真实性的多角度校验，使得能准确区分真实的物理因果连接与噪声引起的伪相关，通过计算综合校验指数并量化节点连接的置信度，得到对连接状态的持续动态监测，从根本上解决静态标签无法跟踪物理连接变化的问题；当发现连接失信时，能够自动搜索全网节点并定位真实连接点，完成拓扑的自适应更新，减少因“图实不符”导致的误操作和安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的总体流程图。

图2为本发明一个实施例提供的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的计算机设备图。

图3为本发明一个实施例提供的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的节点的局部拓扑图的示意图。

具体实施方式

为使本发明能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

实施例1，参照图1～图3，为本发明一个实施例，该实施例提供了一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，包括：

S100：建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，为各节点生成包含输入输出语义、理论时延窗口及局部连接信息的数据标签，建立事件驱动的切片采集机制，当监测到节点状态发生变化时，以变化时刻为基准截取时间窗口，获取包含多节点动态响应数据的事件切片。

S200：根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型。

S300：基于节点响应特性与物理约束模型，计算校验任务的综合校验指数，并根据中心节点所有校验任务的校验指数分布，获取该中心节点连接的置信度。

S400：当置信度指示连接失信时，通过将中心节点与全网其他节点建立临时校验任务并计算校验指数，自动定位并校正为对应的连接节点，完成拓扑的自适应更新。

应说明的是，变电站二次回路在实际运行中由于设备改造、检修维护、临时跳线等操作频繁发生，物理连接关系持续演变静态标签无法动态校验的问题。现有技术构建的是一次性静态模型，缺乏对节点连接真实性的持续校验能力，无法及时发现物理连接的变更，导致标签信息与实际连接长期不一致。被动诊断无法主动预防的问题。现有技术只能在故障发生后通过人工排查发现连接异常，无法在运行过程中主动识别和预警潜在的连接错误。发现问题后无法自动修复的问题。即使通过某些手段发现了连接异常，现有技术也无法自动搜索和定位对应的连接节点，只能依赖人工现场核查和手动修正，自动化水平低，效率不高且容易出错。

针对上述问题，通过S100-S400的步骤，S100通过建立结构拓扑图和数据标签，并采用事件驱动机制捕获关键数据变化时刻，得到高效的数据采集，减少对海量无效数据的处理。S200基于结构拓扑图为理论连接建立校验任务，提取多维度响应特征，并构建融合时间、逻辑、质量三个维度的物理约束模型，通过三维约束的严格“与”关系，能够区分真实物理连接与系统扰动引起的伪相关。S300通过计算综合校验指数和置信度，得到对连接真实性的量化评估。S400在发现连接失信后，自动搜索全网节点并定位真实连接，完成拓扑的自适应更新，得到从被动诊断到主动修复的过程。

实施例2，为本发明的一个实施例。

在本实施方式中，步骤S100中建立事件驱动的切片采集机制，包括以下步骤A1-A2：

A1：部署数据采集系统对全站节点进行时间同步；

具体的，建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，生成各节点的标签，标签至少包含节点的输入/输出语义、理论时延窗口、局部拓扑图。

需要说明的是，SCD文件是依据DL/T243-2012定义的标准化文件，用于描述变电站内IED（智能电子设备，IntelligentElectronicDevice）的实例配置、通信参数、设备间通信关系以及变电站一次系统结构，由系统集成厂商编写并保证全站唯一性。

需要说明的是，标签需要承载足够的信息以支持后续校验，校验的目的在于检查标签是否正确，节点所接位置是否正确，而判断位置需要结合节点相连接的前后节点，因此将节点信息和节点的局部位置作为存入节点标签的信息。

具体的，基于SCD文件抽取节点，和节点间的边。节点包含变电站所有二次设备例如保护装置、测控装置、智能终端、交换机等，边是将存在报文发送/接收关系、端口对应关系等关系的节点进行连接所得。将存在边的节点进行连接，边的方向指向数据接收节点，若边连接的两节点互相传输数据则边的方向指向两个节点，所有节点连接后形成的网络即为变电站二次回路的结构拓扑图。

获取各节点的节点信息，节点信息包含输入/输出语义。获取各节点的局部拓扑图，将节点信息和局部拓扑图存入节点的标签，标签还有节点的理论时延窗口，理论时延窗口是根据拓扑路径和设备手册，预估的信号从上游节点到达本节点的理论时间窗口，记为，其中，为窗口中心值，为窗口宽度。将标签编码为二维码，并打印粘贴在现场对应的物理设备和线缆上，完成初步部署。如图3为节点的局部拓扑图的示意图。

至此，建立了变电站二次回路的结构拓扑图，以及生成了各节点的标签。

A2：部署数据采集系统对全站节点进行时间同步，建立事件触发规则，当系统监测到节点的状态变化、数值跳变任一情况时触发数据采集，以触发时刻为中心向前向后各截取预设时间窗口，获取时间段内所有节点的数据，构成一个事件切片。

具体的，在变电站内部署数据采集系统；建立事件驱动触发机制，数据采集系统以事件驱动模式运行，当数据采集系统监测到节点状态变化、数值跳变，则以状态变化、数值跳变时刻作为基准，向前截取时间窗口，向后截取时间窗口，获取时间段内所有节点的数据，将构成的数据集记为变电站的一个事件切片。

在本实施方式中，步骤S200中根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型，包括以下步骤B1-B2：

B1：为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务包括，以事件切片中触发事件的节点为中心节点，获取该中心节点在结构拓扑图中的直接下游节点；中心节点与每个直接下游节点形成一个校验任务。

具体的，基于变电站二次回路的实时数据的状态变化，采集变电站的事件切片；根据事件切片中节点的结构拓扑图，获取事件切片的校验任务；建立校验任务的校验特征向量。

需要说明的是，变电站的数据传输以及状态变化具有严格的因果关系，例如电源关闭会造成电路数据变化，电源关闭为因，电路数据变化为果，任意节点与上下游节点的连接中，传输的数据具有一定特点，例如恒压，因此当恒压变化，可以推测电路中存在导致恒压变化的因，对因进行分析，能够判断标签是否还准确。因此，本发明通过因果分析思想，对变电站实时运转过程的各节点的数据变化和标签进行同步校验。

需要进一步说明的是，在变电站稳态运行下，大量节点形成海量数据，而在这些数据中能够直接用于因果校验的有效信息较为稀疏，因为数据不变表示没有果，进而没有因，因此首先需要对有效信息进行提取，也就是有数据明显变化的数据段，例如保护继电器发出一个动作指令后，断路器接收到指令并执行动作的那个短暂的、动态变化的时间段，避免大量无效校验行为造成资源浪费。

具体的，在变电站内部署一套数据采集系统，该系统通过精准时间协议对全站所有二次设备进行精准对时；建立事件驱动触发机制，数据采集系统以事件驱动模式运行，当数据采集系统监测到节点状态变化、数值跳变，则以状态变化、数值跳变时刻作为基准，向前截取时间窗口，向后截取时间窗口，获取时间段内所有节点的数据，将构成的数据集记为一个事件切片。

需要说明的是，精准时间协议是用于分布式网络中实现高精度时间同步的现有标准，例如IEEE1588，具体为通过主时钟向全网络广播同步报文，各从时钟设备通过与主时钟交换一系列时间戳报文，能够精确计算出线路延迟和自身时钟的偏差，并进行动态调整，从而实现亚毫秒级的同步精度。时间同步的精度优于1毫秒。网络延迟下的数据完整性保证机制是，首先是强调“所有事件的时间戳必须在数据产生的源头，即最前端的采集单元处被打上，而非在数据传输到中心服务器后”，然后是在中心处理服务器侧，建立一个基于事件时间戳的排序缓冲队列，所有从不同采集点上传的数据包，进入队列后不按到达顺序处理，而是按其携带的源端时间戳进行重新排序，这样可以消除网络传输路径不同、延迟抖动造成的数据包乱序问题，保证严格按照事件发生的真实时序进行处理。

需要说明的是，建立事件驱动触发机制，示例性的，针对不同数据类型的变化检测方法，对于模拟量，定义一个固定长度的时间窗口例如100ms，实时计算窗口内数据的标准差，当标准差超过触发阈值时，判定为数值发生显著跳变；对于数字量或状态量，由于机械触点或信号干扰，状态量可能在短时间内快速来回跳变。可设置“确认延时”如5ms，当检测到状态变化后，系统等待该延时，并再次确认状态是否保持在新状态，只有确认后，才认为是一次有效的事件触发，从而滤除抖动噪声。示例性的，触发阈值设定方法，可以是采集设备正常运行一小时的数据，计算出该时段内模拟量信号的平均值和标准差，然后将触发阈值动态设定为，该触发阈值可以定期更新，以适应设备老化或环境变化。另外，为避免噪声干扰，可以对关键时间设置关联确认规则，例如只有当“A断路器跳闸”和“A回路电流骤降至零”两个事件在短时间窗口如2ms内，同时被检测到时，才确认为一次真实的断路器跳闸事件。

需要说明的是，、为预设值，由实施人员根据理论时间窗口以及实际实施情况设置。

先根据变电站二次回路中信号传播的物理特性，确定的取值范围；由于事件触发时刻本身可能存在毫秒级的检测延迟，且上游节点的状态变化可能在触发检测前已经开始，因此，需要向前追溯足够的时间以捕获完整的因果链条，例如，对于保护回路，可设置为50-100ms；对于测控回路，可设置为100-200ms。在实际部署时，实施人员可以根据不同电压等级和设备类型动态调整和的数值；对于关键保护回路，建议采用较短的时间窗口以提高响应速度；对于非关键监控回路，可以适当延长时间窗口。

至此，获取变电站的事件切片。

需要说明的是，结构拓扑图提供最直接的因果路径的预测，当一个上游事件发生后，应重点关注其理论下游节点的响应。因此，本步骤根据结构拓扑图创建校验任务，然后基于下游节点的数据的变化情况，建立校验任务节点的校验特征向量。

需要进一步说明的是，真实的信号响应过程并非理想的阶跃，而是带有噪声、振荡和延迟的动态过程。为提取出稳定、可靠的响应特征，需要对原始数据进行特征提取，一个完整的数据响应过程，其信息蕴含在时域的线性趋势、频域的振荡特性、以及非平稳的突变细节等多个维度上，因此，本发明结合节点数据的多维度特征，建立校验任务节点的校验特征向量。

优选的，根据事件切片中节点的结构拓扑图，获取事件切片的校验任务；建立校验任务的校验特征向量，校验特征向量从多维度描述节点的数据变化情况，包括：

以事件切片中触发事件的节点为中心节点，获取中心节点在结构拓扑图的直接下游节点，中心节点和每个直接下游节点形成一个校验任务，例如图3中A为中心节点，则、、、为该事件切片的四个校验任务。

建立校验任务的校验特征向量，包括：获取中心节点的直接下游节点的在后，预设时间窗口内的数据，记为直接下游节点的参考数据；

将任意校验任务记为，建立的校验特征向量：

其中，为校验特征向量；为表示的第1个校验特征；表示的第i个校验特征，表示校验特征总数。

校验特征至少包含：对对应的中心节点的直接下游节点的参考数据进行线性拟合得到的直线斜率、拟合优度、幅值方向；对参考数据进行小波包分解，计算其能量在不同频带的分布熵，记为直接下游节点的小波能力熵；计算参考数据的下一预设时间窗口内的数据的标准差，记为直接下游节点的稳定期标准差。该值量化直接下游节点响应过程结束后的信号平稳程度，一个理想的响应最终应回归稳定。需要说明的是，线性拟合、小波包分解、分布熵的计算为现有技术，在此不作赘述。另外，由于不同校验特征的重要性不同，并且存在相关性以及冗余的可能，因此可以从历史数据中提取多个校验特征进行主成分分析，提取贡献率最高的多个主成分作为新的特征向量，这样不仅可以降维，还能消除相关性干扰。

至此，获取事件切片的校验任务，以及校验任务的校验特征向量。

B2：并提取校验任务中节点的多维度响应特征包括，获取校验任务对应的直接下游节点在事件触发后的响应数据；提取多维度响应特征，响应特征至少包括：响应数据的变化速率特征、线性拟合质量特征、幅值变化方向特征、频域能量分布特征、以及响应稳定期的波动特征。

具体的，基于校验任务的节点的响应时间范围，采用高斯函数，建立时间约束门；根据校验任务的节点的校验特征向量符合电气逻辑的程度，建立逻辑约束门；根据节点数据的稳定性，建立质量约束门；以节点的数据变化速度为基础，结合时间约束门、逻辑约束门、质量约束门，获取校验任务的校验指数。

需要说明的是，一个真实的因果连接，其响应特征必须同时满足时间合理性、逻辑正确性、信号优质性等多重物理约束，因此本发明建立由多维约束门通过乘法组合的逻辑过滤器，乘法意味着这三个约束维度是“与”的关系，任何一个维度不满足条件，都会导致最终的总约束门关闭，从而能够准确校验。

需要说明的是，首先是时间合理性，检验响应时延是否落在合理的响应时间范围内，不能仅通过0、1二值进行区分，因为存在测量误差，好的模型应对落在响应时间范围中心附近的响应给予高分，对落在响应时间范围边缘的响应给予较低但非零的分数，而对落在响应时间范围之外的响应给予急剧的惩罚，高斯函数的形态完美地契合这种惩罚机制，因此本发明基于校验任务节点的数据变化和响应时间范围，采用高斯函数，建立时间约束门。

B3：构建融合时间维度约束、电气逻辑维度约束和信号质量维度约束的多维物理约束模型，其中多维物理约束模型中的时间维度约束的步骤包括，获取校验任务对应的直接下游节点的实际响应时间；

基于节点标签中的理论时延窗口，采用高斯函数建立时间约束门，对实际响应时间与理论时延窗口的偏离程度进行量化评估，当响应时间落在理论窗口内时给予高分，落在窗口外时进行惩罚。

具体的，基于校验任务的节点的响应时间范围，采用高斯函数，建立时间约束门，包括：

获取对应直接下游节点在时间段内的极值对应的时间，记为对应直接下游节点的响应时间；

时间约束门满足表达式：

；

式中，表示的时间约束门；表示对应直接下游节点的响应时间；表示对应直接下游节点的理论时间窗口的窗口中心值，为对应直接下游节点的理论时间窗口的窗口宽度；表示预设时延容忍度参数；表示自然指数函数。

式中，表示实际时延超出理论时间窗口的一半宽的距离，如果时延在理论时间窗口内，该值为负；是对惩罚函数的数值范围进行控制，只有当实际时延落在理论时间窗口之外时，惩罚项才为正数，否则为0；控制了时延惩罚的剧烈程度，当设置较小值如1ms时，时间约束门对时延偏差的容忍度较低，只要稍微超出理论时间窗口，就会给予严厉的惩罚，这适用于对时序要求极高的保护回路，当设置较大值如3ms时，时间约束门对时延偏差的容忍度较高，认为即使超出了理论时间窗口，也仍然有一定程度的可信度，适用于对时序要求较为宽松的监控或信号回路。

需要说明的是，还需要检验节点响应的数据方向、强度等是否符合电气逻辑。例如，一个跳闸信号应该导致电流下降，即响应斜率应为负。

B4：构建融合时间维度约束、电气逻辑维度约束和信号质量维度约束的多维物理约束模型，其中多维物理约束模型中的电气逻辑维度约束的步骤包括，基于节点标签中的输入输出语义，预测节点响应的预期变化方向和变化趋势；

建立逻辑约束门，通过比较实际响应特征与预期响应特征的一致性，量化响应的逻辑符合度。

具体的，根据校验任务的节点的校验特征向量符合电气逻辑的程度，建立逻辑约束门，包括：

基于对应直接下游节点的标签的输入/输出语义，获取对应直接下游节点的参考数据的预测斜率、预测幅值方向；需要说明的是，例如保护装置的逻辑节点的跳闸出口的状态量从0变为1。

逻辑约束门满足表达式：

；

式中，表示的逻辑约束门；、表示对应直接下游节点的参考数据进行线性拟合得到的直线斜率、幅值方向；、表示对应直接下游节点的参考数据的预测斜率、预测幅值方向；表示归一化函数。

式中，表示当直线斜率方向与预测一致时，该值为正，不一致时为负，表示当幅值方向与预测一致时，该值为正，不一致时为负；将斜率方向、幅值方向进行结合，与预测情况均一致，则该值越大，从而的逻辑约束门的数值越接近1。

需要说明的是，数据本身的质量也极为重要，由真实物理连接引发的响应，其波形应该是相对干净且稳定的，反之，由噪声或干扰引起的伪响应，通常线性度差、非平稳性强、后期不稳定。因此，本发明根据节点数据的稳定性，建立质量约束门。

B5：构建融合时间维度约束、电气逻辑维度约束和信号质量维度约束的多维物理约束模型，其中多维物理约束模型中的信号质量维度约束的步骤包括，建立质量约束门，综合评估响应数据的线性拟合优度、频域能量分布的规律性以及响应后的稳定程度；

通过质量约束门筛选线性拟合优度高、频域能量分布集中的响应信号。

具体的，根据节点数据的稳定性，建立质量约束门满足表达式：

；

式中，表示的质量约束门；表示对应直接下游节点的参考数据进行线性拟合得到的拟合优度；表示对应直接下游节点的小波能力熵；表示对应直接下游节点的稳定期标准差；表示自然指数函数。

式中，拟合优度越大，则线性度越高，因此质量分基础越高；同时，越大、越大，表示信号越混乱、突变越多，且响应结束后信号仍在剧烈波动，因此的质量越低。

需要说明的是，将时间约束门、逻辑约束门、质量约束门进行组合，能够得到描述校验任务合理性的校验分数，另外，考虑到强因果连接所引发的响应，例如保护主出口直接驱动断路器跳闸，其变化速率通常是极快的，而一个弱关联或间接影响，其响应速率则会慢得多，例如遥信量的变化通过后台逻辑间接触发另一个量的微调。因此，响应的变化速率是衡量因果关系强弱的最核心、最直观的量化指标，因此本发明在响应速度的基础上结合时间约束门、逻辑约束门、质量约束门，得到校验任务的校验指数。

需要说明的是，考虑到变电站中设备类型繁多、回路特性各异、运行工况多变，为保证本发明方法在不同场景下的普适性和高精度，时间、逻辑、质量约束门中的各项关键参数如时延容忍度、预测斜率、预测幅值方向等并非固定不变的，而是通过自适应调整机制进行动态学习和优化的，具体包括：对于参数的初始化，可以是在设备投运初期，系统进入一个短时学习模式，通过多次已知的、由人工执行的正确操作如手动分合闸，快速采集事件切片数据并计算出特征，从而为该节点的约束门参数赋一个可靠的初始值；对于根据历史数据的参数学习与在线优化，系统可以定期，例如每周，将过去一周所有经过人工确认的正确事件数据作为一个批次，进行离线统计分析，对整个二次回路网络中所有节点的约束门参数进行一次全局优化和校准，以修正长期累积的偏差；对于多场景参数配置策略，由于同一设备在正常运行、年度检修、带电测试等不同工况下的行为特征可能存在显著差异，可以为同一节点建立多套参数集，并通过接收来自SCADA系统的运行模式标志，或通过内部逻辑，例如检测到‘“接地刀闸”合上’来动态切换到与当前工况匹配的参数集，从而实现更高精度的场景化校验。

在本实施方式中，步骤S300中计算校验任务的综合校验指数，包括以下步骤C1-C2：

C1：将节点响应的变化速率，与时间约束门、逻辑约束门、质量约束门的评估结果进行乘法组合，得到校验任务的综合校验指数。

具体的，将对应直接下游节点的参考数据进行线性拟合得到的直线斜率的绝对值，与的时间约束门、的逻辑约束门、的质量约束门相乘，记为的校验指数。

以节点的数据变化速度为基础，结合时间约束门、逻辑约束门、质量约束门，获取校验任务的校验指数，包括：

任意校验任务的校验指数满足表达式：

；

式中，表示的校验指数；表示对应直接下游节点的参考数据进行线性拟合得到的直线斜率；表示的时间约束门；表示的逻辑约束门；表示的质量约束门；表示绝对值函数。

至此，获取各校验任务的校验指数。

C2：通过乘法关系确保只有同时满足时间合理、逻辑正确、质量可靠的连接才能获得高校验指数。

具体的，根据事件切片的各校验任务的校验指数的整体数值，获取事件切片的中心节点的置信度；基于置信度范围，完成对节点的标签的校正，包括：将中心节点与每一个非直接下游节点形成临时校验任务，计算各临时校验任务的校验指数，基于临时校验任务的校验指数的数值范围，获取中心节点的校正后下游节点。

具体的，获取事件切片的所有校验任务的校验指数的均值，并进行正相关归一化，得到事件切片的中心节点的置信度，设置第一阈值，当置信度大于第一阈值，将事件切片的中心节点的标签记为可信标签，当置信度小于等于第一阈值，将事件切片的中心节点的标签记为失信标签。需要说明的是，第一阈值为预设值，由实施人员根据实际实施情况设置，例如第一阈值可设为0.5。

需要说明的是，当一个中心节点的标签被判定为失信标签时，最可能的原因是其出口连接发生了变更，即它不再连接到理论上的下游节点，而是连接到了其他未知的节点。因此，校正的关键在于在结构拓扑图中，找出中心节点的校正后下游节点。

优选的，对中心节点的标签进行校正，包括：

将中心节点与每一个非直接下游节点形成临时校验任务，计算各临时校验任务的校验指数，基于临时校验任务的校验指数的数值范围，获取中心节点的校正后下游节点。

需要说明的是，基于临时校验任务的校验指数的数值范围，获取中心节点的校正后下游节点，例如，对所有临时校验任务的校验指数进行k-means聚类，得到两个临时校验任务簇类，校验指数最大的临时校验任务簇类中的临时校验任务对应的节点记为中心节点的校正后下游节点。也可以设置第二阈值，将校验指数大于第二阈值的临时校验任务记为中心节点的校正后下游节点。

将中心节点的校正后下游节点作为新的标签，完成节点的标签的校正。

至此，完成节点的标签的校验以及校正。

在本实施方式中，步骤S400中自动定位并校正为对应的连接节点，包括以下步骤D1-D2：

D1：将中心节点与结构拓扑图中的非直接下游节点建立临时校验任务，计算各临时校验任务的综合校验指数。

具体的，当中心节点的置信度低于第一阈值，被判定为失信标签时，系统启动自动校正流程；先获取结构拓扑图中除中心节点的直接下游节点之外的所有其他节点，并记为候选节点集合；对于候选节点集合中的每一个节点，将其与中心节点建立临时校验任务。临时校验任务的建立与理论连接的校验任务完全相同，提取该候选节点在事件触发后的响应数据，计算其多维度响应特征向量，包括变化速率特征、线性拟合质量特征、幅值变化方向特征、频域能量分布特征以及响应稳定期的波动特征。

接下来，对每个临时校验任务分别计算其时间约束门、逻辑约束门和质量约束门。时间约束门评估候选节点的实际响应时间与其标签中预设的理论时延窗口的匹配程度；逻辑约束门评估候选节点的响应特征与其输入输出语义的一致性；质量约束门评估候选节点响应信号的稳定性和纯净度。将候选节点的响应变化速率与三个约束门进行乘法组合，得到该临时校验任务的综合校验指数。通过遍历所有候选节点，获得一个包含所有临时校验任务及其对应校验指数的集合。

D2：根据临时校验任务的校验指数分布，识别校验指数优于理论连接的节点，将其确定为中心节点的校正后下游节点，并更新节点的数据标签。

具体的，对所有临时校验任务的校验指数进行统计分析，先计算中心节点与其理论直接下游节点的校验任务的平均校验指数，记为基准指数；然后在所有临时校验任务中，筛选出校验指数高于基准指数的节点。可以采用聚类方法，对所有临时校验任务的校验指数进行k-means聚类，得到高分簇和低分簇。高分簇中校验指数排名前列的节点，即为中心节点最可能的真实下游连接节点。也可以设置第二阈值，将校验指数大于第二阈值且显著优于基准指数的临时校验任务对应的节点，确定为校正后下游节点。第二阈值确定，通过统计中心节点与其理论直接下游节点的所有校验任务的校验指数，计算其均值和标准差，表达式为：

其中，为第二阈值；为均值；为标准差；为敏感度系数，通常取值范围为1.5-3.0。当取较小值如1.5时，系统对潜在真实连接的检测灵敏度较高，适用于连接变更频繁的场景；当取较大值如3.0时，系统对校验结果的要求更为严格，可以降低误判率，适用于对可靠性要求极高的关键回路。

根据历史数据统计，真实物理连接的综合校验指数通常在0.7以上，而弱关联或偶然相关的校验指数通常低于0.4；因此可以直接设定第二阈值为0.6-0.7之间的固定值。例如，在某变电站的实际应用中，通过分析100次已知的连接变更事件，统计得到真实连接的校验指数平均值为0.82，伪关联的校验指数平均值为0.35，据此设定第二阈值为0.65，能够在保证95%以上准确率的同时，将误判率控制在5%以下。

确定校正后下游节点后，自动更新中心节点的数据标签，将其局部拓扑图中的直接下游节点修改为新发现的真实节点，同时在结构拓扑图中更新对应的边连接关系，删除失效的理论连接边，添加新的真实连接边。更新后的标签信息可以重新编码为二维码，提示运维人员进行现场核查和物理标签更换，从而完成从数字模型到物理标签的闭环管理。

综上，通过事件驱动切片采集机制得到数据采集的高精度和高效率；通过部署基于精准时间协议的数据采集系统，得到全站所有二次设备的亚毫秒级时间同步，输出不同节点数据的时间一致性；通过建立针对不同数据类型的事件触发规则，包括模拟量的标准差跳变检测和数字量的确认延时机制，可输出每个事件切片都包含真实有效的因果信息；通过提取包括变化速率、线性拟合质量、幅值方向、频域能量分布和稳定期波动在内的多维度响应特征，向运维人员展示节点响应的动态过程，为多维物理约束模型提供输入信息。

实施例3，参照图2和图3，为本发明一个实施例，该实施例提供了一种变电站二次回路的数据采集与关联系统，包括构建模块，建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，为各节点生成包含输入输出语义、理论时延窗口及局部连接信息的数据标签，建立事件驱动的切片采集机制，当监测到节点状态发生变化时，以变化时刻为基准截取时间窗口，获取包含多节点动态响应数据的事件切片；

提取模块，根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型；

计算模块，基于节点响应特性与物理约束模型，计算校验任务的综合校验指数，并根据中心节点所有校验任务的校验指数分布，获取该中心节点连接的置信度；

更新模块，当置信度指示连接失信时，通过将中心节点与全网其他节点建立临时校验任务并计算校验指数，自动定位并校正为对应的连接节点，完成拓扑的自适应更新。

本实施例还提供一种电子设备，适用于一种变电站二次回路的数据采集与关联方法的情况，包括：存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法。

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法。

本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的实现一种变电站二次回路的数据采集与关联方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器（ReadOnly，Memory，ROM)、随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM)、闪存（FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于：包括，建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，为各节点生成包含输入输出语义、理论时延窗口及局部连接信息的数据标签，建立事件驱动的切片采集机制，当监测到节点状态发生变化时，以变化时刻为基准截取时间窗口，获取包含多节点动态响应数据的事件切片；

所述建立事件驱动的切片采集机制包括，部署数据采集系统对全站节点进行时间同步；建立事件触发规则，当系统监测到节点的状态变化、数值跳变任一情况时触发数据采集，以触发时刻为中心向前向后各截取预设时间窗口，获取时间段内所有节点的数据，构成一个事件切片；

根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合约束条件的多维物理约束模型，约束条件包括时间维度约束、电气逻辑维度约束和信号质量维度约束；

所述为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务包括，以事件切片中触发事件的节点为中心节点，获取该中心节点在结构拓扑图中的直接下游节点；中心节点与每个直接下游节点形成一个校验任务；

所述提取校验任务中节点的多维度响应特征包括，获取校验任务对应的直接下游节点在事件触发后的响应数据；提取多维度响应特征，所述响应特征至少包括：响应数据的变化速率特征、线性拟合质量特征、幅值变化方向特征、频域能量分布特征、以及响应稳定期的波动特征；

基于节点响应特性与所述多维物理约束模型，计算校验任务的综合校验指数，并根据中心节点所有校验任务的校验指数分布，获取该中心节点连接的置信度；

当置信度指示连接失信时，通过将中心节点与全网其他节点建立临时校验任务并计算校验指数，自动定位并校正为对应的连接节点，完成拓扑的自适应更新。

2.如权利要求1所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于：所述时间维度约束包括，获取校验任务对应的直接下游节点的实际响应时间；

基于节点标签中的理论时延窗口，采用高斯函数建立时间约束门，对实际响应时间与理论时延窗口的偏离程度进行量化评估，当响应时间落在理论窗口内时给予高分，落在窗口外时进行惩罚。

3.如权利要求2所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于：所述电气逻辑维度约束包括，基于节点标签中的输入输出语义，预测节点响应的预期变化方向和变化趋势；

建立逻辑约束门，通过比较实际响应特征与预期响应特征的一致性，量化响应的逻辑符合度。

4.如权利要求3所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于：所述信号质量维度约束包括，建立质量约束门，综合评估响应数据的线性拟合优度、频域能量分布的规律性以及响应后的稳定程度；

通过质量约束门筛选线性拟合优度、频域能量分布集中的响应信号。

5.如权利要求4所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于：所述计算校验任务的综合校验指数，包括，将节点响应的变化速率，与时间约束门、逻辑约束门、质量约束门的评估结果进行乘法组合，得到校验任务的综合校验指数；

通过乘法关系确保只有同时满足时间合理、逻辑正确、质量可靠的连接才能获得高校验指数。

6.如权利要求5所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于：所述自动定位并校正为对应的连接节点，包括，将中心节点与结构拓扑图中的非直接下游节点建立临时校验任务，计算各临时校验任务的综合校验指数；

根据临时校验任务的校验指数分布，识别校验指数优于理论连接的节点，将其确定为中心节点的校正后下游节点，并更新节点的数据标签。

7.一种变电站二次回路的数据采集与关联系统，应用如权利要求1~6任一项所述的一种变电站二次回路的数据采集与关联方法，其特征在于，包括：构建模块，建立用于描述变电站二次回路节点连接关系的结构拓扑图，为各节点生成包含输入输出语义、理论时延窗口及局部连接信息的数据标签，建立事件驱动的切片采集机制，当监测到节点状态发生变化时，以变化时刻为基准截取时间窗口，获取包含多节点动态响应数据的事件切片；

提取模块，根据结构拓扑图中的理论连接关系，为事件切片中的中心节点与其理论下游节点建立校验任务，并提取校验任务中节点的多维度响应特征，针对校验任务，构建融合时间维度、电气逻辑维度和信号质量维度的多维物理约束模型；

计算模块，基于节点响应特性与所述多维物理约束模型，计算校验任务的综合校验指数，并根据中心节点所有校验任务的校验指数分布，获取该中心节点连接的置信度；

更新模块，当置信度指示连接失信时，通过将中心节点与全网其他节点建立临时校验任务并计算校验指数，自动定位并校正为对应的连接节点，完成拓扑的自适应更新。