WO2021056793A1 - 一种输电线路分布式故障诊断系统及方法 - Google Patents

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饶丹
周华良
宋斌
李友军
李临风
张恒
吴通华
王军
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国电南瑞科技股份有限公司
国电南瑞南京控制系统有限公司
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    • H04L63/0209—Architectural arrangements, e.g. perimeter networks or demilitarized zones

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of power grid operation and maintenance, and specifically relates to a distributed fault diagnosis system and method for a transmission line.
  • Overhead transmission lines have many points, long lines, wide areas, and complex network structures. They are distributed in the wild with harsh environments, causing great difficulties in the inspection of equipment. During actual operation, they often suffer from natural disasters (lightning strikes, heavy rains, Extreme weather such as heavy snow, strong wind, bird damage and other factors) and external damage (various building construction, traffic accidents, man-made theft, etc.), causing line grounding short-circuit tripping, or even line breaking, causing line paralysis and causing a large area
  • the power outages in China will have a certain impact on the stable, safe, economical, efficient and high-quality operation of China’s power grids.
  • the distributed fault diagnosis system has a complex network structure, multiple hops and long links.
  • a centralized front-end network architecture is designed to isolate internal and external networks and to externalize some functions.
  • This paper proposes a distributed fault diagnosis system for transmission lines based on a micro-service architecture. It uses MQTT message bus, docker and distributed cluster technology to overcome the limitations and shortcomings of the traditional architecture and realize the loosely coupled interaction between the service and the system.
  • the distance application is dynamically loaded in the way of APP, so that the modules of each manufacturer can realize plug-and-play through the form of fault location micro-service, which shortens the time for terminals of different manufacturers to access the system and improves the efficiency of operation and maintenance.
  • the central station and the edge agent realize the protocol conversion and interconnection between the perception network and the communication network, and different types of perception networks through the MQTT Internet of Things protocol and the network connection equipment deployed in the perception layer of the Internet of Things.
  • the present invention proposes a distributed fault diagnosis system and method for transmission lines, which solves the seamless access of fault location terminals (ie fault location micro service units) of various manufacturers, and realizes fault location terminals of various manufacturers It can be dynamically loaded in the way of APP to achieve plug-and-play of fault location terminals of various manufacturers through fault location micro-services, which improves the efficiency of debugging, operation and maintenance and system stability.
  • fault location terminals ie fault location micro service units
  • the present invention provides a transmission line distributed fault diagnosis system, including a monitoring terminal, a front-end server, and a central station server.
  • the central station server includes a communication microservice unit, a core microservice unit, and a fault location microservice. Service unit
  • the front-end server receives the data message sent by the monitoring terminal and stores it in the database
  • the communication microservice unit reads data messages from the database and composes files
  • the core microservice unit receives the interaction message sent by the communication microservice unit, finds out the corresponding fault location microservice unit based on the ID information in the interaction message, and obtains the information from the communication microservice unit
  • the file is sent to the fault location micro service unit;
  • the fault location micro service unit completes fault diagnosis based on the received file.
  • the fault location micro service unit further returns a processing result to the core micro service unit;
  • the core microservice unit stores the processing result, and sends a service message response containing monitoring data to the communication microservice;
  • the communication microservice unit responds based on the received service message to form a response message of the monitoring data message, and stores the response message in the database;
  • the front-end server retrieves the response message from the database and sends it to the monitoring terminal.
  • an aggregation unit and an edge agent unit are connected in sequence between the monitoring terminal and the front-end server, wherein the aggregation unit is also connected to the monitoring terminal, and the edge agent unit is also connected to the front-end server.
  • the server is connected.
  • an isolation device is provided between the fault diagnosis unit and the front-end server.
  • the communication microservice unit, the core microservice unit and the fault location microservice unit all exist in the form of a container, and interact with each other through the MQTT communication protocol.
  • the transmission line distributed fault diagnosis system further includes a WEB micro service unit;
  • the WEB microservice unit obtains operation command information according to user operations, and sends it to the core microservice unit;
  • the core microservice unit generates a first service interaction message based on the received operation command information, and forwards the first service interaction message to the communication microservice unit;
  • the communication microservice unit converts the received first service interaction message into a bitwise ideographic first device communication message, and stores it in a database;
  • the front-end server reads the first device communication message from the database, and sends the first device communication message to the corresponding monitoring terminal;
  • the monitoring terminal responds to the received communication message of the first device, and sends the communication message of the second device to the front-end server;
  • the front-end server stores the received communication message of the second device in a database
  • the communication microservice unit fetches the second device communication message from the database, converts it into a second service interaction message, and sends it to the core microservice unit;
  • the core microservice unit stores the result of the command processing contained in the second service interaction message, uses a trigger event to notify the WEB microservice unit to update the WEB page, and displays the command processing the result of.
  • the communication micro-service unit, the core micro-service unit, the fault location micro-service unit and the WEB micro-service unit all have a unique uuid for identifying identities; between the core micro-service unit and the WEB micro-service unit
  • the MQTT communication protocol is adopted for interaction.
  • the present invention provides a distributed fault diagnosis method for transmission lines, including:
  • the distributed fault diagnosis method for a transmission line further includes:
  • the distributed fault diagnosis method for a transmission line further includes:
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the invention can overcome the limitations and shortcomings of the traditional architecture, solve the seamless adaptation of multi-service application modules, realize the decoupling of system resources and applications, and improve the horizontal scalability of the system. It solves the seamless access of fault location terminals (ie fault location micro service units) of various manufacturers, and realizes that fault location terminals of various manufacturers can be dynamically loaded in the way of APP, so that fault location terminals of various manufacturers can pass fault location micro service units.
  • the form of service realizes plug and play, which improves the efficiency of debugging, operation and maintenance and system stability.
  • the present invention implements protocol conversion and interconnection between perception networks and communication networks, and different types of perception networks through the MQTT Internet of Things protocol and network connection devices deployed at the perception layer of the Internet of Things.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the architecture of a distributed fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a flow chart of microservice interaction provided according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a schematic diagram of MQTT interaction provided according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a schematic diagram of an uplink message flow according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a downlink message flow according to an embodiment of the present invention.
  • an embodiment of the present invention provides a distributed fault diagnosis system for a transmission line, including a monitoring terminal, a front-end server, and a central station server.
  • the central station server includes a communication microservice unit, a core microservice unit, and Fault location micro service unit;
  • the monitoring terminal is deployed on various poles and towers for collecting traveling wave current, fault current traveling wave data, clock data and other data;
  • the front-end server receives the data message (such as the device traveling wave current data message) sent by the monitoring terminal, and stores it in a database, such as an oracle database; in one of the embodiments of the present invention
  • the front-end server is on an external network and receives data from each monitoring terminal;
  • the communication microservice unit reads data messages from the database and composes files; in a specific process of the embodiment of the present invention, the communication microservice unit includes: a message access module, a file generation module, and a protocol conversion Module.
  • the message access module is responsible for the maintenance of the communication link, taking out unprocessed device communication messages from the uplink message table of the oracle database; adding the device communication messages that need to be sent to the device in the downlink message table of the oracle database Text.
  • the file generation module is responsible for composing the traveling wave file fragments of multiple messages into a COMTRADE format file and storing it in the file system
  • the protocol conversion module converts the device communication messages stored bitwise into JSON service interaction messages, which makes the information easier to process, convenient to send on MQTT, and easier for Mongodb storage and WEB interaction, thereby improving the processing efficiency of the core module.
  • the communication microservice unit reads the data message from the database and composes the file, specifically: the communication microservice unit fetches the device traveling wave current data message from the oracle database, starts to store the data fragments in the message, and responds to the result In order to respond to the message with the successful traveling wave current data, the accumulated multiple packets of data will finally form a complete file.
  • the device ID and starting time in the message are read to generate a file name and stored in a fixed directory. If it times out, the result is a failed traveling wave current data response message. And delete the data fragment; if the file is successfully formed, the communication micro-service unit sends a protocol 01 fault location service interaction message to the core micro-service unit to notify the core micro-service unit to process the file;
  • the core microservice unit receives the interaction message sent by the communication microservice unit, finds out the corresponding fault location microservice unit based on the ID information in the interaction message, and obtains the information from the communication microservice unit
  • the file is sent to the fault location micro-service unit; in a specific implementation of the embodiment of the present invention, the core micro-service unit includes: a protocol transceiver and conversion module, a WEB response module, and a database management module; the protocol transceiver And the conversion module and the communication microservice unit are distributed to other modules according to the content of the agreement through the MQTT protocol. If it is a fault location message, it is sent to the fault location service of the corresponding manufacturer according to the device ID.
  • the WEB response module is responsible for responding to the WEB user, returning data or opening a communication process.
  • the database management module is responsible for reading and writing of the Mongodb database.
  • the fault location micro-service unit completes fault diagnosis based on the received file, and returns the processing result to the core micro-service unit; the fault location micro-service unit is provided by each manufacturer and is responsible for the fault location algorithm. Microservice unit interaction;
  • the core microservice unit stores the processing result, and sends a service message response containing monitoring data to the communication microservice;
  • the communication microservice unit responds based on the received service message to form a response message of the monitoring data message, and stores the response message in the database;
  • the front-end server retrieves the response message from the database and sends it to the monitoring terminal.
  • the communication microservice unit, core microservice unit, and fault location microservice unit are all deployed in a cluster in the form of containers, such as a docker container, which provides standard MQTT interaction Interface, interact with each other through the MQTT communication protocol (ie MQTT message queue).
  • MQTT is a client-server message publish/subscribe transmission protocol, which is more reliable and has less overhead than the wide area message bus of the power dispatch data network And it is open and easy to implement.
  • the distributed fault diagnosis system for the transmission line further includes a WEB micro service unit;
  • the WEB microservice unit obtains operation command information according to user operations, and sends it to the core microservice unit;
  • the core microservice unit generates a first service interaction message based on the received operation command information, and forwards the first service interaction message to the communication microservice unit;
  • the communication microservice unit converts the received first service interaction message into a bitwise ideographic first device communication message, and stores it in a database;
  • the front-end server reads the first device communication message from the database, and sends the first device communication message to the corresponding monitoring terminal;
  • the monitoring terminal responds to the received communication message of the first device, and sends the communication message of the second device to the front-end server;
  • the front-end server stores the received communication message of the second device in a database
  • the communication microservice unit fetches the second device communication message from the database, converts it into a second service interaction message, and sends it to the core microservice unit;
  • the core microservice unit stores the result of the command processing contained in the second service interaction message, uses a trigger event to notify the WEB microservice unit to update the WEB page, and displays the command processing For the results, see Figure 5 for details.
  • the communication microservice unit, the core microservice unit, the fault location microservice unit, and the WEB microservice unit all have a unique uuid for identification; the core microservice unit
  • the MQTT communication protocol is used for interaction between the service unit and the WEB microservice unit.
  • nodes there are two types of nodes: interactive nodes and fault location nodes.
  • the interaction node is used for the interaction between the communication microservice unit and the core microservice unit, and transmits service interaction messages.
  • two nodes are used for both uplink and downlink, and the MQTT message event mechanism is used to process messages, which is highly efficient.
  • the message quality QoS used by the interactive node is initially set to 1, to prevent message loss.
  • Communication/Request node a message sent by the communication microservice unit to the core microservice unit. Including service messages and working status messages for sending monitoring data.
  • Communication/Ack node the response message sent by the core microservice unit.
  • Core/Request node The message sent by the core microservice unit to the communication microservice unit is mainly a control data message.
  • Core/Ack node the response message sent by the communication microservice unit.
  • Each fault location service has its own 4 nodes:
  • the platform data sent by the core service to the fault location service mainly current traveling wave message data.
  • the core service sends data read and write requests to the APP.
  • APP responds to data read and write requests to core services.
  • the distributed fault diagnosis system for the transmission line in the embodiment of the present invention adopts a microservice architecture.
  • the idea is to split huge monolithic applications and separate services based on service functions or domains, that is, split into communication microservices.
  • Each service unit has an independent load balancer, a proprietary execution environment, and an independent database.
  • decentralized management and microservice componentization it can be easily replaced, upgraded, constructed, modified and expanded.
  • This architecture can well solve the needs of various manufacturers for fault location terminal access and personalized web service display.
  • the services of each manufacturer are packaged and released in the form of docker mirroring, which does not depend on the resources and environment of the host machine, and communicates with the host machine platform through the message bus. This loosely coupled access method is consistent with the Internet of Things APP publishing method.
  • a convergence unit and an edge agent unit that are sequentially connected are arranged between the monitoring terminal and the front-end server;
  • the convergence unit is also connected to a monitoring terminal, so that multiple monitoring terminals can be converged to the convergence unit;
  • the edge proxy unit is also connected to the front-end server to realize protocol conversion and interconnection.
  • An isolation device is provided between the fault diagnosis unit and the front-end server, which mainly realizes the physical isolation of the monitoring terminal and the business system (that is, the communication microservice unit, the core microservice unit, and the fault location microservice unit) to prevent illegal links Access through the intranet.
  • the embodiment of the present invention provides a distributed fault diagnosis method for a transmission line, which specifically includes the following steps:
  • the monitoring terminal sends device communication messages (such as fault current messages, traveling wave current messages, heartbeat messages, basic information messages, working conditions messages, device failure information messages, and command responses to uplink messages);
  • device communication messages such as fault current messages, traveling wave current messages, heartbeat messages, basic information messages, working conditions messages, device failure information messages, and command responses to uplink messages
  • the front-end server After the front-end server receives the device communication message according to the bit ideogram, it stores the device communication message in the uplink message table and the wave file table of the oracle database, and marks the entry as unprocessed for the communication microservice unit take out;
  • the communication microservice unit reads the unprocessed device communication messages from the uplink message table and the wave file table of the oracle database;
  • the communication micro-service unit generates a JSON format service interaction message from the device communication message according to the position, and stores the service interaction message in its own buffer queue;
  • the communication microservice unit distinguishes whether the service interaction message is a fault current message. If it is a fault current message, it is stored as a waveform file, and the message and waveform path are sent through the MQTT message queue to notify the fault location microservice unit to process; if If it is other messages, the service interaction message is sent to the core microservice unit for processing.
  • the fault location micro service unit enters the distance calculation calculation according to the waveform file generated by the sent fault current message, and generates the distance measurement result after the calculation.
  • the fault location micro service unit sends the distance measurement calculation result to the core micro service unit in a traveling wave ranging message in JSON format, and the core micro service unit stores the distance measurement result.
  • the core microservice unit processes other message information (heartbeat messages, basic information messages, working conditions messages, device failure information messages, and command responses to uplink messages), stores processing results, and updates database information according to message content .
  • the front-end server automatically generates a reply to the device communication message, and sends it to the corresponding monitoring terminal to complete the message processing, see Figure 4 for details.
  • the distributed fault diagnosis method for a transmission line further includes:
  • the WEB service page of the WEB microservice unit obtains operation command information according to user operations (such as device reset, read parameters, set parameters, call device logs, read self-check information, etc.), and establish a new session with the background;
  • user operations such as device reset, read parameters, set parameters, call device logs, read self-check information, etc.
  • the core micro service unit generates a service interaction message in JSON format according to the command issued by the user, and forwards it to the communication micro service unit using the MQTT message queue;
  • the communication micro-service unit receives service interaction messages through the MQTT message queue, records the message delivery time and user ID, and determines whether the issued command has timed out;
  • the communication microservice unit converts the service interaction message in the JSON text format into a bitwise device communication message, and stores it in the cache queue;
  • the communication micro-service unit stores the device communication messages in the cache queue into the downlink message table of the oracle database, and marks them as unprocessed for the front-end server to take out;
  • the front-end server fetches the message from the downlink message table of the oracle database, marks it as processed, and sends the message to the corresponding device.
  • the monitoring terminal After receiving the message, the monitoring terminal responds to message commands (reset, reply to parameters, set parameters, reply to device log files, reply to self-check information, etc.);
  • the monitoring terminal sends a device communication message as a reply, and the reply includes whether the operation is successful or not;
  • the front-end server receives the communication message replies from the monitoring terminal and stores it in the uplink message table of the oracle database, and marks it as unprocessed for identification by the communication microservice.
  • the communication microservice unit takes out the unprocessed device communication message entry from the uplink message table of the oracle database, and marks the message as processed;
  • the communication microservice unit After the communication microservice unit converts the device communication message into a service interaction message, it is sent to the core microservice through the MQTT message queue. If the communication message from the device is not received for a long time, the communication microservice will generate the operation result as a timeout The service exchanges messages and uses the MQTT message queue to automatically deliver them.
  • the core microservice unit reads the service interaction message information, stores the result of the downstream command processing, and triggers an event to notify the WEB page to update the display.
  • the WEB micro-service unit displays the result of the downlink command on the human-computer interaction interface.

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Abstract

一种输电线路分布式故障诊断系统及方法，分布式故障诊断系统包括监测终端、前置服务器和中心站服务器。中心站服务器包括通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元；前置服务器接收由监测终端发送的数据报文，并存储至数据库；通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元获得的文件发送至该故障测距微服务单元；故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断。能够实现大大缩短不同厂家故障测距终端接入系统的时间，提高了运行维护效率。

Description

一种输电线路分布式故障诊断系统及方法 技术领域
本发明属于电网运维技术领域，具体涉及一种输电线路分布式故障诊断系统及方法。
背景技术
架空输电线路点多、线长、面广、网络结构复杂，分布在环境恶劣的野外，对设备的巡检造成很大的困难，实际运行过程中，又经常会遭受自然灾害(雷击、暴雨、大雪、大风等极端恶劣天气以及鸟害等因素)和外力破坏(各种建筑施工、交通事故、人为盗窃等原因)，引起线路接地短路跳闸，甚至线路被击断，引起线路瘫痪，造成大面积的停电，给我国电网稳定、安全、经济、高效、优质运行带来一定的影响。
近年来，无线自主网结合汇聚节点接入互联网的网络技术引用，使得输电线路的监测、故障定位技术都得到了发展。分布式行波在输电线路故障定位中的优异表现，使分布式行波得到快速发展，输电线路故障诊断监测终端厂家众多，诊断定位功能模块上移到中心站，中心站需要具备横向扩展能力，简化应用部署，并支持原始报文无间断海量大数据存储并分析的要求，传统的架构采用单体应用架构，复杂的单体应用本身就是持续部署的障碍，不同模块存在资源冲突时，单体应用很难协调和扩展，对其可靠性和稳定性带来较大的影响。所以对系统的智能化、平台化和安全等方面也提出了更高的要求。
分布式故障诊断系统网络结构复杂，多跳且链路长，根据安全体系要求，设计了集中式前置，隔离内外网且将部分功能外置的整体网络架构，在这种架构的基础上，本文提出基于微服务架构的输电线路分布式故障诊断系统，采用MQTT消息总线、docker和分布式集群技术，克服了传统架构的限制和缺点，实现服务与系统之间的松耦合交互，各厂家测距应用以APP的方式动态加载，达到各厂家模块通过故障测距微服务形式实现即插即用，缩短了不同厂家终端接入系统时间，提高了运行维护效率。中心站与边缘代理通过MQTT物联网协议，通过部署于物联网感知层的网络连接设备，实现感知网络与通信网络、不同类型感知网络之间的协议转换和互联。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种输电线路分布式故障诊断系统及方法，解决了各厂家的故障测距终端(即故障测距微服务单元)的无缝接入，实现各厂家故障测距终端可以APP的方式动态加载，达到各厂家故障测距终端通过故障测距微服务形式实现即插即用，提高调试运维效率和系统稳定性。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种输电线路分布式故障诊断系统，包括监测终端、前置服务器和中心站服务器，所述中心站服务器包括通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元；
所述前置服务器接收由监测终端发送的数据报文，并存储至数据库；
所述通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；
所述核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元中获取到的文件发送至该故障测距微服务单元；
所述故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断。
可选地，所述故障测距微服务单元还返回处理结果至所述核心微服务单元；
所述核心微服务单元存储该处理结果，并发送包含监测数据的服务报文应答至通信微服务；
所述通信微服务单元基于接收到的服务报文应答组成监测数据报文的应答报文，存入数据库中；
所述前置服务器从数据库中取出应答报文，发送给监测终端。
可选地，所述监测终端和前置服务器之间设有顺次相连的汇聚单元和边缘代理单元，其中，所述汇聚单元还与监测终端相连，所述边缘代理单元还与所述前置服务器相连。
可选地，所述故障诊断单元与前置服务器之间设有隔离装置。
可选地，所述通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元均以容器的方式存在，相互之间通过MQTT通信协议进行交互。
可选地，所述输电线路分布式故障诊断系统还包括WEB微服务单元；
所述WEB微服务单元根据用户操作获取操作命令信息，并发送至核心微服务单元；
所述核心微服务单元基于接收到的操作命令信息，生成第一服务交互报文，并将所述第一服务交互报文转发至通信微服务单元；
所述通信微服务单元将接收到的第一服务交互报文转换成按位表意的第一装置通信报文，并存储在数据库中；
所述前置服务器从数据库中读取第一装置通信报文，并发送该第一装置通信报文至对应的监测终端；
所述监测终端对接收到的第一装置通信报文进行响应，并发送第二装置通信报文至前置服务器；
所述前置服务器将接收到的第二装置通信报文存入数据库；
所述通信微服务单元从数据库中取出第二装置通信报文，并转换成第二服务交互报文后发送至核心微服务单元；
所述核心微服务单元基于接收到的第二服务交互报文，存储第二服务交互报文中包含的命令处理的结果，利用触发事件通知WEB微服务单元进行WEB页面更新，显示所述命令处理的结果。
可选地，所述通信微服务单元、核心微服务单元、故障测距微服务单元和WEB微服务单元均具有唯一的uuid用于标识身份；所述核心微服务单元与WEB微服务单元之间采用MQTT通信协议进行交互。
第二方面，本发明提供了一种输电线路分布式故障诊断方法，包括：
利用前置服务器接收由监测终端发送的数据报文，并存储至数据库；
利用通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；
利用核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元中获取到的文件发送至该故障测距微服务单元；
利用故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断。
可选地，所述的一种输电线路分布式故障诊断方法，还包括：
利用故障测距微服务单元返回处理结果至所述核心微服务单元；
利用核心微服务单元存储该处理结果，并发送包含监测数据的服务报文应答至通信微服务；
利用通信微服务单元基于接收到的服务报文应答组成监测数据报文的应答报文，存入数据库中；
利用前置服务器从数据库中取出应答报文，发送给监测终端。
可选地，所述的一种输电线路分布式故障诊断方法，还包括：
利用WEB微服务单元根据用户操作获取操作命令信息，并发送至核心微服务单元；
利用核心微服务单元基于接收到的操作命令信息，生成第一服务交互报文，并将所述第一服务交互报文转发至通信微服务单元；
利用通信微服务单元将接收到的第一服务交互报文转换成按位表意的第一装置通信报文，并存储在数据库中；
利用前置服务器从数据库中读取第一装置通信报文，并发送该第一装置通信报文至对应的监测终端；
利用监测终端对接收到的第一装置通信报文进行响应，并发送第二装置通信报文至前 置服务器；
利用前置服务器将接收到的第二装置通信报文存入数据库；
利用通信微服务单元从数据库中取出第二装置通信报文，并转换成第二服务交互报文后发送至核心微服务单元；
利用核心微服务单元基于接收到的第二服务交互报文，存储第二服务交互报文中包含的命令处理的结果，利用触发事件通知WEB微服务单元进行WEB页面更新，显示所述命令处理的结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明能够克服传统架构的限制和缺点，解决了多业务应用模块的无缝适配，实现了系统资源与应用的解耦，提高了系统的横向可扩展性。解决了各厂家的故障测距终端(即故障测距微服务单元)的无缝接入，实现各厂家故障测距终端可以APP的方式动态加载，达到各厂家故障测距终端通过故障测距微服务形式实现即插即用，提高调试运维效率和系统稳定性。
进一步地，本发明通过MQTT物联网协议，通过部署于物联网感知层的网络连接设备，实现感知网络与通信网络、不同类型感知网络之间的协议转换和互联。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是根据本发明实施例提供的分布式故障诊断系统的架构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的微服务交互流程图；
图3是根据本发明实施例提供的MQTT交互示意图；
图4是根据本发明实施例提供的上行报文流程示意图；
图5是根据本发明实施例提供的下行报文流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种输电线路分布式故障诊断系统，包括监测终端、前置服务器和中心站服务器，所述中心站服务器包括通信微服务单元、核心微服务单元和 故障测距微服务单元；
在本发明实施例中的输电线路分布式故障诊断系统的具体应用过程中，所述监测终端部署在各处杆塔上，用于采集的行波电流、故障电流行波数据、时钟数据等数据；
如图2-4所示，所述前置服务器接收由监测终端发送的数据报文(比如装置行波电流数据报文)，并存储至数据库，比如oracle数据库；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述前置服务器处于外网，接收各监测终端的数据；
所述通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；在本发明实施例的一种具体过程中，所述通信微服务单元包括：报文存取模块、文件生成模块和协议转换模块。所述报文存取模块负责通信链路的维护，从oracle数据库的上行报文表中取出未处理的装置通信报文；往oracle数据库的下行报文表中加入需要发送给装置的装置通信报文。根据处理结果，更新oracle报文记录，将重要报文的处理记录，存储在mongodb数据库中；所述文件生成模块负责将多个报文的行波文件片段，组成COMTRADE格式文件，存储到文件系统；所述协议转换模块将按位存储的装置通信报文，转换成JSON服务交互报文，使信息易于处理，方便在MQTT上发送，更易于Mongodb存储和WEB交互，从而提高核心模块处理效率。所述通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件，具体为：通信微服务单元从oracle数据库里取出装置行波电流数据报文，开始存储报文内的数据片段，并回复结果为成功的行波电流数据应答报文，累积多包数据最终组成完整文件，读取报文内的装置ID和起点时间生成文件名，存储到固定目录下。如果超时，则发送结果为失败的行波电流数据应答报文。并删除数据片段；如果成功组成文件，通信微服务单元发送协议01故障测距服务交互报文至核心微服务单元，通知核心微服务单元处理文件；
所述核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元中获取到的文件发送至该故障测距微服务单元；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述核心微服务单元包括：协议收发以及转换模块、WEB响应模块和数据库管理模块；所述协议收发以及转换模块与通信微服务单元通过MQTT协议、根据协议内容分发到其他模块。如果是故障测距报文，根据装置ID，发送给对应厂商的故障测距服务。所述WEB响应模块负责对WEB用户的响应，返回数据或者开启通信流程。所述数据库管理模块负责Mongodb数据库的读写。
所述故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断，返回处理结果至所述核心微服务单元；所述故障测距微服务单元由各个厂家提供，负责故障测距算法，只与核心微服务单元交互；
所述核心微服务单元存储该处理结果，并发送包含监测数据的服务报文应答至通信微 服务；
所述通信微服务单元基于接收到的服务报文应答组成监测数据报文的应答报文，存入数据库中；
所述前置服务器从数据库中取出应答报文，发送给监测终端。
在本发明实施例中一种具体实施方式中，所述通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元均以容器的方式部署在集群中，比如docker容器，提供标准的MQTT交互接口，相互之间通过MQTT通信协议(即MQTT消息队列)进行交互，MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，比电力调度数据网的广域消息总线更可靠，开销更小且开放易实现。
进一步地，所述输电线路分布式故障诊断系统还包括WEB微服务单元；
所述WEB微服务单元根据用户操作获取操作命令信息，并发送至核心微服务单元；
所述核心微服务单元基于接收到的操作命令信息，生成第一服务交互报文，并将所述第一服务交互报文转发至通信微服务单元；
所述通信微服务单元将接收到的第一服务交互报文转换成按位表意的第一装置通信报文，并存储在数据库中；
所述前置服务器从数据库中读取第一装置通信报文，并发送该第一装置通信报文至对应的监测终端；
所述监测终端对接收到的第一装置通信报文进行响应，并发送第二装置通信报文至前置服务器；
所述前置服务器将接收到的第二装置通信报文存入数据库；
所述通信微服务单元从数据库中取出第二装置通信报文，并转换成第二服务交互报文后发送至核心微服务单元；
所述核心微服务单元基于接收到的第二服务交互报文，存储第二服务交互报文中包含的命令处理的结果，利用触发事件通知WEB微服务单元进行WEB页面更新，显示所述命令处理的结果，具体参见图5。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述通信微服务单元、核心微服务单元、故障测距微服务单元和WEB微服务单元均具有唯一的uuid用于标识身份；所述核心微服务单元与WEB微服务单元之间采用MQTT通信协议进行交互。
本发明实施例中一共存在交互节点和故障测距节点两类节点。所述交互节点用于通信微服务单元和核心微服务单元的交互，传输服务交互报文。为了支持双工，上行和下行都采用了两个节点，利用MQTT消息事件机制来处理报文，效率高。交互节点采用的报文质 量QoS初定为1，防止报文丢失。
Communication/Request节点：通信微服务单元发送至核心微服务单元的消息。包括发送监控数据的服务报文和工作状态报文。
Communication/Ack节点：核心微服务单元发送的回应消息。
Core/Request节点：核心微服务单元向通信微服务单元发送的消息，主要是控制数据报文。
Core/Ack节点：通信微服务单元发送的回应消息。
节点名 发布者 订阅者 用途
Communication/Request 通信微服务 核心微服务 上行报文
Communication/Request 核心微服务 通信微服务 上行报文应答
Core/Request 核心微服务 通信微服务 下行报文
Core/Ack 通信微服务 核心微服务 下行报文应答
由于厂家提供的故障测距服务数量不定，所以为每个故障测距服务提供了properties文件，分配了一个唯一的uuid用于标示身份。故障测距节点类型的所有节点采用的质量码初定为2，防止报文丢失和重复，每个故障测距服务都有属于自己的4个节点：
/Input/{uuid}：核心服务向故障测距服务发送的平台数据，主要是电流行波报文数据。
/Output/{uuid}：故障测距服务向核心服务发送的数据，主要是电流行波测试结果报文。
/Request/{uuid}：核心服务向APP发送数据读写请求。
/Response/{uuid}：APP向核心服务响应数据读写请求。
节点名 发布者 订阅者 用途
/Input/{uuid} 核心微服务 故障测距微服务 测距数据
/Output/{uuid} 故障测距微服务 核心微服务 返回计算结果
/Request/{uuid} 核心微服务 故障测距微服务 预留，用于读取参数
/Response/{uuid} 通信微服务 核心微服务 预留，读取参数回复
本发明实施例中的输电线路分布式故障诊断系统采用的是微服务架构，其思路是拆分巨大的单体式应用，基于服务功能或者领域，对服务进行分离，即拆分成通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元。每个服务单元都有独立的负载均衡器、专有的执行环境，以及独立的数据库，通过去中心化管理和微服务组件化，能够轻易的替换、升级、构建、修改和扩展，这种架构体系能够很好的解决各厂家的故障测距终端接入以及个性化web服务展示的需求。各厂家服务以docker镜像方式打包资源发布，不依赖宿主机的资源和环境，与宿主机平台通过消息总线进行通信，这种松耦合的接入方式与物联网APP发布方式一致。
实施例2
本发明实施例与实施例1的区别在于：
所述监测终端和前置服务器之间设有顺次相连的汇聚单元和边缘代理单元；
所述汇聚单元还与监测终端相连，实现多个监测终端汇聚到所述汇聚单元；
所述边缘代理单元还与所述前置服务器相连，实现协议转换和互联。
所述故障诊断单元与前置服务器之间设有隔离装置，主要实现对监测终端和业务系统(即通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元)的物理隔离，防止非法链接穿透内网进行访问。
实施例2
本发明实施例中提供了一种输电线路分布式故障诊断方法，具体包括以下步骤：
利用前置服务器接收由监测终端发送的数据报文，并存储至数据库；
利用通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；
利用核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元中获取到的文件发送至该故障测距微服务单元；
利用故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断，利用故障测距微服务单元返回处理结果至所述核心微服务单元；
利用核心微服务单元存储该处理结果，并发送包含监测数据的服务报文应答至通信微服务；
利用通信微服务单元基于接收到的服务报文应答组成监测数据报文的应答报文，存入数据库中；
利用前置服务器从数据库中取出应答报文，发送给监测终端。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，具体为：
监测终端上送装置通信报文(如故障电流报文、行波电流报文、心跳报文、基本信息报文、工况报文、装置故障信息报文以及上行报文的命令回复)；
前置服务器收到按位表意的装置通信报文后，将所述装置通信报文存储至oracle数据库的上行报文表和波形文件表，并将该条目标记为未处理，供通信微服务单元取出；
通信微服务单元从oracle数据库的上行报文表和波形文件表中读取未处理的装置通信报文；
通信微服务单元将按位表意的装置通信报文生成JSON格式的服务交互报文，并将服务交互报文存储至自身的缓冲队列；
通信微服务单元区分服务交互报文是否故障电流报文，如果是故障电流报文，则存储 成波形文件，并通过MQTT消息队列发送报文和波形路径，通知故障测距微服务单元处理；如果是其他报文，则发送服务交互报文至核心微服务单元处理。
故障测距微服务单元根据上送的故障电流报文产生的波形文件，进入测距计算，经过计算后，生成测距结果。
故障测距微服务单元将测距计算结果以JSON格式的行波测距报文发送至核心微服务单元，核心微服务单元存储测距结果。
核心微服务单元处理其他报文信息(心跳报文、基本信息报文、工况报文、装置故障信息报文以及上行报文的命令回复)，根据报文内容，存储处理结果，更新数据库信息。
前置服务器自动生成装置通信报文的回复，并发送至相应的监测终端，完成报文处理，具体参见图4。
进一步地，所述的一种输电线路分布式故障诊断方法，还包括：
利用WEB微服务单元根据用户操作获取操作命令信息，并发送至核心微服务单元；
利用核心微服务单元基于接收到的操作命令信息，生成第一服务交互报文，并将所述第一服务交互报文转发至通信微服务单元；
利用通信微服务单元将接收到的第一服务交互报文转换成按位表意的第一装置通信报文，并存储在数据库中；
利用前置服务器从数据库中读取第一装置通信报文，并发送该第一装置通信报文至对应的监测终端；
利用监测终端对接收到的第一装置通信报文进行响应，并发送第二装置通信报文至前置服务器；
利用前置服务器将接收到的第二装置通信报文存入数据库；
利用通信微服务单元从数据库中取出第二装置通信报文，并转换成第二服务交互报文后发送至核心微服务单元；
利用核心微服务单元基于接收到的第二服务交互报文，存储第二服务交互报文中包含的命令处理的结果，利用触发事件通知WEB微服务单元进行WEB页面更新，显示所述命令处理的结果。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，具体为：
WEB微服务单元的WEB服务页面根据用户操作(如装置复位、读取参数、设置参数、召唤装置日志、自检信息读取等操作)获取操作命令信息，与后台建立新的会话；
核心微服务单元根据用户下发命令生成JSON格式的服务交互报文，用MQTT消息队列转发至通信微服务单元；
通信微服务单元通过MQTT消息队列收取服务交互报文，记录报文下发时间和用户ID，用于判断下发的命令是否超时；
通信微服务单元将JSON文本格式的服务交互报文转换成按位表意的装置通信报文，并存储在缓存队列中；
通信微服务单元将缓存队列中的装置通信报文存入oracle数据库的下行报文表中，并标记为未处理，供前置服务器取出；
前置服务器将报文从oracle数据库的下行报文表中取出，标记为已处理，并发送该报文至对应的装置。
监测终端收到报文后，对报文命令进行响应(复位、回复参数、设置参数、回复装置日志文件、回复自检信息等)；
监测终端发送装置通信报文作为回复，回复内容包括操作是否成功；
前置服务器收到监测终端回复的通信报文后存入oracle数据库的上行报文表中，并标记为未处理，供通信微服务判别。
通信微服务单元从oracle数据库的上行报文表中取出未处理的装置通信报文条目，并将该报文标记为已处理；
通信微服务单元将装置通信报文转换成服务交互报文后，通过MQTT消息队列发送至核心微服务，如果长时间没有收到装置回复的通信报文，通信微服务会生成操作结果为超时的服务交互报文并利用MQTT消息队列自动下发。
核心微服务单元读取服务交互报文信息，存储下行命令处理的结果，触发事件通知WEB页面更新显示。
WEB微服务单元在人机交互界面显示下行命令结果，具体参见图5。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

  1. 一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：包括监测终端、前置服务器和中心站服务器；所述中心站服务器包括通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元；
    所述前置服务器接收由监测终端发送的数据报文，并存储至数据库；
    所述通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；
    所述核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元中获取到的文件发送至该故障测距微服务单元；
    所述故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断。
  2. 根据权利要求1所述的一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：所述故障测距微服务单元返回处理结果至所述核心微服务单元；
    所述核心微服务单元存储该处理结果，并发送包含监测数据的服务报文应答至通信微服务；
    所述通信微服务单元基于接收到的服务报文应答组成监测数据报文的应答报文，存入数据库中；
    所述前置服务器从数据库中取出应答报文，发送给监测终端。
  3. 根据权利要求1所述的一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：所述监测终端和前置服务器之间设有顺次相连的汇聚单元和边缘代理单元，其中，所述汇聚单元还与监测终端相连，所述边缘代理单元还与所述前置服务器相连。
  4. 根据权利要求1所述的一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：所述故障诊断单元与前置服务器之间设有隔离装置。
  5. 根据权利要求1所述的一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：所述通信微服务单元、核心微服务单元和故障测距微服务单元均以容器的方式存在，相互之间通过MQTT通信协议进行交互。
  6. 根据权利要求1所述的一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：所述输电线路分布式故障诊断系统还包括WEB微服务单元；
    所述WEB微服务单元根据用户操作获取操作命令信息，并发送至核心微服务单元；
    所述核心微服务单元基于接收到的操作命令信息，生成第一服务交互报文，并将所述第一服务交互报文转发至通信微服务单元；
    所述通信微服务单元将接收到的第一服务交互报文转换成按位表意的第一装置通信报文，并存储在数据库中；
    所述前置服务器从数据库中读取第一装置通信报文，并发送该第一装置通信报文至对应的监测终端；
    所述监测终端对接收到的第一装置通信报文进行响应，并发送第二装置通信报文至前置服务器；
    所述前置服务器将接收到的第二装置通信报文存入数据库；
    所述通信微服务单元从数据库中取出第二装置通信报文，并转换成第二服务交互报文后发送至核心微服务单元；
    所述核心微服务单元基于接收到的第二服务交互报文，存储第二服务交互报文中包含的命令处理的结果，利用触发事件通知WEB微服务单元进行WEB页面更新，显示所述命令处理的结果。
  7. 根据权利要求6所述的一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于：所述通信微服务单元、核心微服务单元、故障测距微服务单元和WEB微服务单元均具有唯一的uuid用于标识身份；所述核心微服务单元与WEB微服务单元之间采用MQTT通信协议进行交互。
  8. 一种输电线路分布式故障诊断方法，其特征在于，包括：
    利用前置服务器接收由监测终端发送的数据报文，并存储至数据库；
    利用通信微服务单元从数据库中读取数据报文并组成文件；
    利用核心微服务单元接收由通信微服务单元发送的交互报文，基于所述交互报文中的ID信息找出对应的故障测距微服务单元，并将从通信微服务单元中获取到的文件发送至该故障测距微服务单元；
    利用故障测距微服务单元基于接收到的文件完成故障诊断。
  9. 根据权利要求8所述的一种输电线路分布式故障诊断方法，其特征在于，还包括：
    利用故障测距微服务单元返回处理结果至所述核心微服务单元；
    利用核心微服务单元存储该处理结果，并发送包含监测数据的服务报文应答至通信微服务；
    利用通信微服务单元基于接收到的服务报文应答组成监测数据报文的应答报文，存入数据库中；
    利用前置服务器从数据库中取出应答报文，发送给监测终端。
  10. 根据权利要求8所述的一种输电线路分布式故障诊断方法，其特征在于，还包括：
    利用WEB微服务单元根据用户操作获取操作命令信息，并发送至核心微服务单元；
    利用核心微服务单元基于接收到的操作命令信息，生成第一服务交互报文，并将所述 第一服务交互报文转发至通信微服务单元；
    利用通信微服务单元将接收到的第一服务交互报文转换成按位表意的第一装置通信报文，并存储在数据库中；
    利用前置服务器从数据库中读取第一装置通信报文，并发送该第一装置通信报文至对应的监测终端；
    利用监测终端对接收到的第一装置通信报文进行响应，并发送第二装置通信报文至前置服务器；
    利用前置服务器将接收到的第二装置通信报文存入数据库；
    利用通信微服务单元从数据库中取出第二装置通信报文，并转换成第二服务交互报文后发送至核心微服务单元；
    利用核心微服务单元基于接收到的第二服务交互报文，存储第二服务交互报文中包含的命令处理的结果，利用触发事件通知WEB微服务单元进行WEB页面更新，显示所述命令处理的结果。
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