專利名稱：一種智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及采用所述系統(tǒng)進(jìn)行智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估的方法。
背景技術(shù)：
首先將文中用到的有關(guān)縮略語和關(guān)鍵術(shù)語定義如下GOOSE通用面向變電站事件對象，SV 采樣值，IED 智能電子設(shè)備，VLAN虛擬局域網(wǎng)
APPID 應(yīng)用標(biāo)識，AccessPoint 訪問點PDU 協(xié)議數(shù)據(jù)單元。智能變電站以一次設(shè)備數(shù)字化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化和信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，充分利用了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息共享，支持智能告警、故障信息綜合分析決策、站域保護(hù)和控制等高級應(yīng)用功能，全面提升了變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平，受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。實時、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)成為智能變電站的重要組成部分，是各種二次設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸和信息交互的橋梁。智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)承載著GOOSE報文、SV報文以及時間同步報文的傳輸，SV報文、時間同步報文以及無新的變電站事件發(fā)生條件下的GOOSE報文均屬周期性報文，這決定著通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量在穩(wěn)定狀態(tài)下具有周期性。在一次設(shè)備發(fā)生故障的情況下，一連串的保護(hù)動作、控制信號和設(shè)備狀態(tài)等信息通過GOOSE報文在設(shè)備之間傳遞，造成GOOSE報文流量發(fā)生突變。又由于一次設(shè)備故障是隨機發(fā)生的，這就決定著通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流在非穩(wěn)定狀態(tài)下既具有突發(fā)性又具有隨機性。周期性、突發(fā)性和隨機性這三種特性的耦合使得對于通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的定量計算和分析遇到了重重困難，至今仍沒有廠家或者研究機構(gòu)提出有效的解決方案。由于無法定量準(zhǔn)確地預(yù)見智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)在運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)流量水平，人們只能以估算的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬的選擇首先根據(jù)報文的整體長度的平均水平對GOOSE報文和SV報文的長度進(jìn)行估算。如將GOOSE報文的長度估計為200Byte，將220kV和IlOkV下的SV報文大小估計為170Byte，將IOkV下的SV報文估算為150Byte，然后確定間隔內(nèi)部和間隔之間的信息流流向，對有GOOSE報文的通信關(guān)系，用200ByteX發(fā)包間隔的方式進(jìn)行計算，對有SV報文的通信關(guān)系，根據(jù)具體的電壓等級進(jìn)行流量的估算。采用估算的方式不能夠準(zhǔn)確反映通信網(wǎng)絡(luò)的信息流水平，同時該方法只能計算穩(wěn)定狀態(tài)下的信息流，無法針對不同的故障狀態(tài)計算通信網(wǎng)絡(luò)在不同運行方式下的信息流水平，不利于對通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行有效的評估，無法實現(xiàn)大規(guī)模的運算。估算的方式使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選型存在很大的盲目性。設(shè)計人員往往以犧牲工程實施的經(jīng)濟(jì)性為代價，采用具有較大性能余量的設(shè)備(如設(shè)計更大的帶寬)，以解決網(wǎng)絡(luò)流量與設(shè)備性能之間的矛盾。這種無根據(jù)的設(shè)計方式既不經(jīng)濟(jì)又因為無法準(zhǔn)確的預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的各種運行方式，可能給通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和實時性帶來隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題，就是提供一種智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題，就是提供采用所述系統(tǒng)進(jìn)行智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)彳目息流計算評估的方法。解決第一個技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)，其特征是包括S⑶解析模塊、報文長度計算模塊、穩(wěn)定流量計算模塊、非穩(wěn)定流量計算模塊、計算結(jié)果輸出模塊、SCD解析數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫和故障數(shù)據(jù)庫；
所述的SCD解析模塊對外接收SCD報文及外接SCD解析子數(shù)據(jù)庫、輸出至外接有數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫的報文長度計算模塊，穩(wěn)定流量計算模塊和非穩(wěn)定流量計算模塊各自接收報文長度計算模塊的輸出、輸出則匯集到計算結(jié)果輸出模塊處，非穩(wěn)定流量計算模塊還同時接收穩(wěn)定流量計算模塊的輸出及外接故障數(shù)據(jù)庫。所述的穩(wěn)定流量計算模塊計算在一次系統(tǒng)無故障且沒有新的變電站事件發(fā)生情況下的通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀態(tài)，非穩(wěn)定流量計算模塊計算一次系統(tǒng)發(fā)生故障或者有新的變電站事件發(fā)生的情況下的通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀態(tài)。本發(fā)明的原理定量分析的基礎(chǔ)為變電站的配置文件(S⑶文件)，通過對S⑶文件的解析，獲取每一路報文的訂閱關(guān)系以及該路報文所調(diào)用的數(shù)據(jù)集，SCD文件的解析應(yīng)借助解析數(shù)據(jù)庫中的信息，為解析提供依據(jù)。解析完成后，可根據(jù)解析的結(jié)果進(jìn)行報文長度的計算以及穩(wěn)定流量計算和非穩(wěn)定流量計算，兩種情況下的流量可以分別計算，但是在本方案中非穩(wěn)定流量計算是以穩(wěn)定流量計算為基礎(chǔ)的，是在穩(wěn)定流量計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障數(shù)據(jù)庫中記錄的故障對不同故障組合下的穩(wěn)定流量計算結(jié)果進(jìn)行修正，每一次修正的結(jié)果共同組成非穩(wěn)定流量計算的計算結(jié)果，并通過信息流定量計算結(jié)果輸出模塊輸出給使用者。解決第二個技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估方法，包括以下步驟SI將S⑶文件輸入到智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)的S⑶解析模塊中，SCD解析模塊調(diào)用解析數(shù)據(jù)庫，對SCD文件進(jìn)行解析；S2首先解析S⑶文件的Communication部分和IED部分,根據(jù)解析的結(jié)果獲取網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備之間的訂閱關(guān)系；S3然后解析IED內(nèi)部的數(shù)據(jù)集部分，為報文長度的計算形成基礎(chǔ)；S4報文長度計算模塊依據(jù)數(shù)據(jù)集的解析結(jié)果調(diào)用數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)公式(I)計算每一路報文的長度；S5根據(jù)公式(2),利用報文長度的計算結(jié)果和一部分Communication的解析結(jié)果對穩(wěn)態(tài)情況下的信息流量進(jìn)行計算；S6判斷是否需要進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)情況下信息流的分析，如果不需要，則通過結(jié)果輸出模塊，將計算結(jié)果輸出給運行人員，然后結(jié)束本流程；如果需要則進(jìn)行下一步驟；S7判斷應(yīng)用人員設(shè)置了何種故障，根據(jù)具體的故障情況，調(diào)用故障數(shù)據(jù)庫非穩(wěn)定情況下的信息流量數(shù)據(jù)，通過結(jié)果輸出模塊，將計算結(jié)果輸出給運行人員，然后結(jié)束本流程。有益效果本發(fā)明的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)和方法，針對于穩(wěn)定狀態(tài)下的信息流計算和非穩(wěn)定狀態(tài)下的信息流計算，不僅可以計算給定方案和運行方式、故障條件下的信息流分布，可定量準(zhǔn)確地預(yù)見智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)在運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)流量水平，能在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的過程中，為設(shè)計人員提供設(shè)計依據(jù)，能夠為設(shè)計人員和運行人員提供足夠的預(yù)見性，并提供一種很好的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估工具評價不同方案，為設(shè)備選型和方案選擇提供依據(jù)。在提出方法的基礎(chǔ)之上還提供了實現(xiàn)的工具，方便日后形成信息流的計算軟件，便于工程中對信息流的分析，有效提高通信網(wǎng)絡(luò)從設(shè)計階段到運維階段的可靠性和實時性，并提高通信網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)過程中的經(jīng)濟(jì)性。


圖I為通信網(wǎng)絡(luò)信息流定量計算方案構(gòu)架圖；圖2為S⑶文件的具體構(gòu)成圖；圖3為SQ)文件中Communication的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖；圖4為通過SCD解析得出本發(fā)明的方法需要的信息樹形結(jié)構(gòu)圖；圖5為S⑶對IED訂閱報文的描述圖；圖6為IED設(shè)備間的虛擬連線圖；圖7為GOOSE報文和SV報文的結(jié)構(gòu)圖；圖8為S⑶文件中對數(shù)據(jù)集的定義圖；圖9為非穩(wěn)定狀態(tài)下GOOSE報文的發(fā)送間隔圖；圖10本發(fā)明的方法流程圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)實施例，包括SCD解析模塊、報文長度計算、穩(wěn)定流量計算、非穩(wěn)定流量計算、計算結(jié)果輸出模塊、SCD解析數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫和故障數(shù)據(jù)庫。SCD解析模塊對外接收SCD報文及外接SCD解析子數(shù)據(jù)庫、輸出至外接有數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫的報文長度計算模塊，穩(wěn)定流量計算模塊和非穩(wěn)定流量計算模塊各自接收報文長度計算模塊的輸出、輸出則都到計算結(jié)果輸出模塊處，非穩(wěn)定流量計算模塊還同時接收穩(wěn)定流量計算模塊的輸出及外接故障數(shù)據(jù)庫。穩(wěn)定流量計算模塊計算在一次系統(tǒng)無故障且沒有新的變電站事件發(fā)生情況下的通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀態(tài)，非穩(wěn)定流量計算模塊計算一次系統(tǒng)發(fā)生故障或者有新的變電站事件發(fā)生的情況下的通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀態(tài)。本發(fā)明的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估方法，包括以下步驟SI將S⑶文件輸入到智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)的S⑶解析模塊中，SCD解析模塊調(diào)用解析數(shù)據(jù)庫，對SCD文件進(jìn)行解析；
S2首先解析S⑶文件的Communication部分和IED部分,根據(jù)解析的結(jié)果獲取網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備之間的訂閱關(guān)系；S3然后解析IED內(nèi)部的數(shù)據(jù)集部分，為報文長度的計算形成基礎(chǔ)；S4報文長度計算模塊依據(jù)數(shù)據(jù)集的解析結(jié)果調(diào)用數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)公式
(I)計算每一路報文的長度；S5根據(jù)公式(2),利用報文長度的計算結(jié)果和一部分Communication的解析結(jié)果對穩(wěn)態(tài)情況下的信息流量進(jìn)行計算；S6判斷是否需要進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)情況下信息流的分析，如果不需要，則通過結(jié)果輸出模塊，將計算結(jié)果輸出給運行人員，然后結(jié)束本流程；如果需要則進(jìn)行下一步驟；
·
S7判斷應(yīng)用人員設(shè)置了何種故障，根據(jù)具體的故障情況，調(diào)用故障數(shù)據(jù)庫非穩(wěn)定情況下的信息流量數(shù)據(jù)，通過結(jié)果輸出模塊，將計算結(jié)果輸出給運行人員，然后結(jié)束本流程。下面對每一個模塊實現(xiàn)的原理進(jìn)行介紹。I) SCD解析模塊本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)流進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)在于對SCD文件的解析，SCD文件是IEC61850定義的用于智能變電站配置的文件，涵蓋了描述智能變電站全部智能電子設(shè)備(IED)、通信配置和變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等段落內(nèi)容。通過SCD文件的解析能夠了解到整座變電站的智能電子設(shè)備(IED)配置情況以及它們之間的報文訂閱關(guān)系。S⑶文件的具體構(gòu)成如圖2所示。對于S⑶文件的解析主要針對于兩個部分，如圖2所示，一個是Communication部分，一個是IED部分。對Communication部分的解析能夠獲得IED發(fā)送報文的情況。對IED部分的解析，能夠獲得IED接收報文的情況,與對Communication部分的解析結(jié)果相結(jié)合可獲得全網(wǎng)絡(luò)IED設(shè)備之間信息訂閱關(guān)系；同時對IED部分的解析，也能夠獲得報文的各條組成元素，為報文長度計算模塊提供計算的基礎(chǔ)。所以解析SCD文件的目的為形成IED之間的訂閱關(guān)系以及獲取各路報文的組成元素。A.訂閱關(guān)系的形成Communicat ion的具體結(jié)構(gòu)如圖3所不。如圖3所示,S⑶文件在Communication中描述了全站的通信行為和通信連接。一個子網(wǎng)中包含多個ConnectedAP (通信訪問點)，通信訪問點代表了一個接入點，可以發(fā)送/接收0個或多個G00SE/SV報文。該接入點由apname (access point name)和iedname共同描述并唯一標(biāo)識，一個IED可以包含多個Access Point。Address中包含了報文發(fā)往的目的地址，該報文所屬的VLAN，優(yōu)先級以及APPID，APPID唯一標(biāo)識一路報文。S⑶文件同時對每臺智能電子設(shè)備(IED)都進(jìn)行了描述，包括IED的名稱，IED所具備的端口(AccessPoint)以及每個AccessPoint所涉及的各路G00SE報文或者SV報文。對S⑶文件的解析可以得出如圖4所示的信息樹形。通過該樹形結(jié)構(gòu)可以形成一個以APPID為主鍵構(gòu)成的IED發(fā)送報文表,如表I所
/Jn o表IIED發(fā)送報文表
權(quán)利要求
1.一種智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)，其特征是包括SCD解析模塊、報文長度計算模塊、穩(wěn)定流量計算模塊、非穩(wěn)定流量計算模塊、計算結(jié)果輸出模塊、SCD解析數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫和故障數(shù)據(jù)庫； 所述的SCD解析模塊對外接收SCD報文及外接SCD解析子數(shù)據(jù)庫、輸出至外接有數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫的報文長度計算模塊，穩(wěn)定流量計算模塊和非穩(wěn)定流量計算模塊各自接收報文長度計算模塊的輸出、輸出則匯集到計算結(jié)果輸出模塊處，非穩(wěn)定流量計算模塊還同時接收穩(wěn)定流量計算模塊的輸出及外接故障數(shù)據(jù)庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)，其特征是所述的穩(wěn)定流量計算模塊計算在一次系統(tǒng)無故障且沒有新的變電站事件發(fā)生情況下的通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀態(tài)，非穩(wěn)定流量計算模塊計算一次系統(tǒng)發(fā)生故障或者有新的變電站事件發(fā)生的情況下的通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀態(tài)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的計算評估系統(tǒng)的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估方法，包括以下步驟 SI將SCD文件輸入到智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)的SCD解析模塊中，SCD解析模塊調(diào)用解析數(shù)據(jù)庫，對SCD文件進(jìn)行解析； S2首先解析SCD文件的Communication部分和IED部分,根據(jù)解析的結(jié)果獲取網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備之間的訂閱關(guān)系； S3然后解析IED內(nèi)部的數(shù)據(jù)集部分，為報文長度的計算形成基礎(chǔ)； S4報文長度計算模塊依據(jù)數(shù)據(jù)集的解析結(jié)果調(diào)用數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)公式(I)計算每一路報文的長度； S5根據(jù)公式(2)，利用報文長度的計算結(jié)果和一部分Communication的解析結(jié)果對穩(wěn)態(tài)情況下的信息流量進(jìn)行計算； S6判斷是否需要進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)情況下信息流的分析，如果不需要，則通過結(jié)果輸出模塊，將計算結(jié)果輸出給運行人員，然后結(jié)束本流程；如果需要則進(jìn)行下一步驟； S7判斷應(yīng)用人員設(shè)置了何種故障，根據(jù)具體的故障情況，調(diào)用故障數(shù)據(jù)庫非穩(wěn)定情況下的信息流量數(shù)據(jù)，通過結(jié)果輸出模塊，將計算結(jié)果輸出給運行人員，然后結(jié)束本流程。
全文摘要
本發(fā)明為智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估系統(tǒng)包括SCD解析、報文長度計算、穩(wěn)定流量計算、非穩(wěn)定流量計算、計算結(jié)果輸出等模塊、SCD解析、數(shù)據(jù)類型和故障數(shù)據(jù)庫；SCD解析模塊對外接收SCD報文及外接SCD解析子數(shù)據(jù)庫、輸出至外接有數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)庫的報文長度計算模塊，穩(wěn)定流量計算模塊和非穩(wěn)定流量計算模塊各自接收報文長度計算模塊的輸出、輸出則匯集到計算結(jié)果輸出模塊處，非穩(wěn)定流量計算模塊還同時接收穩(wěn)定流量計算模塊的輸出及外接故障數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明還涉及所述系統(tǒng)進(jìn)行智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)信息流計算評估的方法。本發(fā)明能在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的過程中，為設(shè)計人員提供設(shè)計依據(jù)，能夠為設(shè)計人員和運行人員提供足夠的預(yù)見性。
文檔編號H04L12/26GK102801580SQ20121023478
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者張弛, 黃明輝, 陳志光, 曾耿暉, 蔡澤祥, 張延旭, 王海柱, 李曉華 申請人:廣東省電力調(diào)度中心