本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種智能變電站的故障定位方法和裝置。

背景技術(shù)：

在智能變電站中，光纖通信網(wǎng)絡(luò)取代了傳統(tǒng)的二次接線，通過網(wǎng)絡(luò)報文的方式，在二次設(shè)備之間傳送電壓、電流等的測量值，開關(guān)位置、跳閘信號等狀態(tài)量以及SOE、動作事件等信息。

智能變電站二次系統(tǒng)分為過程層、間隔層和站控層，各層內(nèi)部及各層之間采用高速以太網(wǎng)絡(luò)通信。整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)分為：過程層與間隔層之間的過程層通訊網(wǎng)，間隔層與站控層之間的站控層通訊網(wǎng)。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)冗余需要，每一層網(wǎng)絡(luò)均劃分為A/B網(wǎng)，且一般根據(jù)間隔劃分子網(wǎng)，由各級交換機(jī)連接相應(yīng)子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

智能變電站網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了信息共享，減少了二次接線，但也導(dǎo)致如網(wǎng)絡(luò)報文錯誤、網(wǎng)絡(luò)通信中斷、交換機(jī)故障、光功率不足等網(wǎng)絡(luò)故障的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響保護(hù)、測控等類型的二次設(shè)備的安全運行。

因此，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)告警或故障時，應(yīng)及時排查，避免故障范圍的擴(kuò)大，并盡快恢復(fù)至正常運行水平。維護(hù)人員需要判斷數(shù)據(jù)源是否正常，光纖連接是否正常，光功率是否滿足要求，交換機(jī)是否正常運行，接收端口是否正常，網(wǎng)絡(luò)流量是否在合理范圍等，并逐一排查故障。但由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，檢測工具的專業(yè)性，排查工作耗時耗力，往往很難迅速定位故障位置。

目前，智能變電站中配置的網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置，可以有效檢測設(shè)備通信報文是否發(fā)送至分析裝置端口，通訊報文本身格式是否符合規(guī)約要求。但無法監(jiān)測通信報文途徑的節(jié)點，無法實現(xiàn)定位功能。

針對在智能變電站中不能及時對故障進(jìn)行定位的技術(shù)問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種智能變電站的故障定位方法和裝置，以至少解決在智能變電站中不能及時對故障進(jìn)行定位的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種智能變電站的故障定位方法，該方法包括：建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,其中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息；在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備。

進(jìn)一步地，建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D包括：獲取智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立包括智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

進(jìn)一步地，獲取智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系包括：從智能變電站的配置文件中獲取智能變電站中所有二次設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；獲取智能變電站中所有二次設(shè)備與智能變電站中的交換機(jī)之間的端口連接關(guān)系，其中，關(guān)聯(lián)關(guān)系包括網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系和端口連接關(guān)系。

進(jìn)一步地，建立包括智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D包括：在任意兩個二次設(shè)備之間具有連接關(guān)系的情況下，則在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中保存兩個二次設(shè)備之間的標(biāo)識信息之間的映射關(guān)系，其中，標(biāo)識信息包括二次設(shè)備的設(shè)備標(biāo)識、端口號以及物理地址。

進(jìn)一步地，對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測包括：對智能變電站中的服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對智能變電站中的交換機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對智能變電站中的通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對智能變電站中的自動化設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

進(jìn)一步地，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備包括：通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系確定引發(fā)告警信息的故障設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明實施例的另一個方面，提供了一種智能變電站的故障定位裝置，該裝置包括：建立單元，用于建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,其中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；監(jiān)測單元，用于對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息；確定單元，用于在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備。

進(jìn)一步地，建立單元包括：獲取模塊，用于獲取智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立模塊，用于建立包括智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

進(jìn)一步地，獲取模塊包括：第一獲取子模塊，用于從智能變電站的配置文件中獲取智能變電站中所有二次設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；第二獲取子模塊，用于獲取智能變電站中所有二次設(shè)備與智能變電站中的交換機(jī)之間的端口連接關(guān)系，其中，關(guān)聯(lián)關(guān)系包括網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系和端口連接關(guān)系。

進(jìn)一步地，建立模塊還用于在任意兩個二次設(shè)備之間具有連接關(guān)系的情況下，則在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中保存兩個二次設(shè)備之間的標(biāo)識信息之間的映射關(guān)系，其中，標(biāo)識信息包括二次設(shè)備的設(shè)備標(biāo)識、端口號以及物理地址。

在本發(fā)明實施例中，通過建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,其中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息；在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備，通過根據(jù)所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系對引發(fā)的告警信息進(jìn)行分析確定故障設(shè)備，從而解決了在智能變電站中不能及時對故障進(jìn)行定位的技術(shù)問題,實現(xiàn)了快速對故障進(jìn)行定位的技術(shù)效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能變電站的故障定位方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于執(zhí)行智能變電站的故障定位方法的系統(tǒng)的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的鏈路存儲的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能變電站的故障定位裝置的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

首先，在對本發(fā)明實施例進(jìn)行描述的過程中出現(xiàn)的部分名詞或術(shù)語適用于如下解釋：

GOOSE(Generic Object-Oriented Substation Event)：是一種面向通用對象的變電站事件。主要用于實現(xiàn)在多個智能電子設(shè)備(IED)之間的信息傳遞，包括傳輸跳合閘、聯(lián)閉鎖等多種信號(命令)，具有高傳輸成功概率。

SV(Sampled Value)：即采樣值，它基于發(fā)布/訂閱機(jī)制，交換采樣數(shù)據(jù)集中的采樣值的相關(guān)模型對象和服務(wù)，以及這些模型對象和服務(wù)到ISO/IEC 8802-3幀之間的映射。

SCD介紹：

智能變電站配置文件(SCD文件)中包含了站內(nèi)所有智能電子設(shè)備的通信參數(shù)等信息，通過對SCD文件的解析，可以得到二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系以及設(shè)備間傳遞的信息。

在SCD文件的communication部分中，描述了站控層mms網(wǎng)絡(luò)、過程層goose網(wǎng)絡(luò)以及過程層sv網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的二次設(shè)備的通信參數(shù)，SCD中每個網(wǎng)絡(luò)均按照電壓等級區(qū)分各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過解析該字段，可得到每一級網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)設(shè)備的接入點ConnectedAP及其通信地址，設(shè)備站控層接口的IP地址或過程層接口的MAC地址、APPID和VLAN信息。

在SCD文件的IED部分中，描述了站內(nèi)所有參與通信的智能設(shè)備，如保護(hù)裝置、測控裝置、合并單元、智能終端等。在IED的server字段下有網(wǎng)絡(luò)訪問點，如站控層網(wǎng)絡(luò)訪問點S1、過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)訪問點G1、過程層SV訪問點M1。在S1訪問點下各邏輯設(shè)備的LLNO中，定義了裝置向監(jiān)控或調(diào)度系統(tǒng)等客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)集。在G1訪問點下各邏輯設(shè)備的LLN0中，定義了裝置對外發(fā)布的GOOSE數(shù)據(jù)集(若有)；在M1訪問點下各邏輯設(shè)備的LLN0中，定義了裝置對外發(fā)布的SV數(shù)據(jù)集(若有)。

智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)說明：

智能變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，智能化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口僅接口和通信模型發(fā)生了變化，但過程層卻由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。

智能化變電站的體系結(jié)構(gòu)與通訊網(wǎng)絡(luò)的說明：

IEC61850將智能變電站分為過程層、間隔層和站控層，各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)可以分為：站控層和間隔層之間的站控層通訊網(wǎng)、以及間隔層和過程層之間的過程層通訊網(wǎng)。

站控層通信全面采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控后臺、遠(yuǎn)動通信管理機(jī)和保護(hù)信息子站均可直接接入IEC61850裝置。同時提供了完備的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6規(guī)范的SCL文件，可在不同廠家的工程工具之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互。

間隔層通訊網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)上同時實現(xiàn)跨間隔的橫向聯(lián)鎖功能。110kV及以下電壓等級的變電站自動化系統(tǒng)可采用單以太網(wǎng)，110kV以上電壓等級的變電站自動化系統(tǒng)需采用雙以太網(wǎng)。

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種智能變電站的故障定位方法的方法實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能變電站的故障定位方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S101，建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

步驟S102，對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息。

步驟S103，在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備。

通過上述實施例，通過建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,其中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息；在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備，通過根據(jù)所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系對引發(fā)的告警信息進(jìn)行分析確定故障設(shè)備，從而解決了在智能變電站中不能及時對故障進(jìn)行定位的技術(shù)問題,實現(xiàn)了快速對故障進(jìn)行定位的技術(shù)效果。

利用本申請?zhí)峁┑姆椒?在智能變電站網(wǎng)絡(luò)運行異常或出現(xiàn)故障時，獲取故障時刻斷面的數(shù)據(jù)，通過相關(guān)分析，確定故障原因，定位故障位置，幫助維護(hù)人員排查故障。從而達(dá)到以下效果:通過智能變電站的SCD配置文件、交換機(jī)vlan配置、交換機(jī)端口與設(shè)備間的連接關(guān)系，生成變電站全站網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對于變電站重要事件，如遙控操作，可在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上顯示事件報文的傳輸路徑；當(dāng)通訊鏈路中斷、報文異常、網(wǎng)絡(luò)堵塞等異常狀況時，能夠分析故障原因，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上定位故障位置。

在上述實施例中，建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D包括：獲取智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立包括智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

可選地，獲取智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系包括：從智能變電站的配置文件中獲取智能變電站中所有二次設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；獲取智能變電站中所有二次設(shè)備與智能變電站中的交換機(jī)之間的端口連接關(guān)系，其中，關(guān)聯(lián)關(guān)系包括網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系和端口連接關(guān)系。

在一個可選的實施例中，建立包括智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D包括：在任意兩個二次設(shè)備之間具有連接關(guān)系的情況下，則在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中保存兩個二次設(shè)備之間的標(biāo)識信息之間的映射關(guān)系，其中，標(biāo)識信息包括二次設(shè)備的設(shè)備標(biāo)識、端口號以及物理地址。

在另一個可選的實施例中，對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測包括：對智能變電站中的服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對智能變電站中的交換機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對智能變電站中的通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對智能變電站中的自動化設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

可選地，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備包括：通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系確定引發(fā)告警信息的故障設(shè)備。

本申請的智能變電站網(wǎng)絡(luò)故障定位方法可基于如圖2所示硬件及網(wǎng)絡(luò)連接方式實現(xiàn)。其中，監(jiān)測裝置實現(xiàn)對交換機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、遠(yuǎn)動系統(tǒng)服務(wù)器等設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，采集站內(nèi)保護(hù)、測控等裝置等通信設(shè)備的報文，按照各類變電站事件對報文進(jìn)行分類，同時結(jié)合配置文件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)事件回溯方法實現(xiàn)故障定位功能。

1變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?/p>

要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的定位，首先要建立完整、準(zhǔn)確的變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成對應(yīng)的計算機(jī)可識別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成故障分析的基礎(chǔ)。

1.1SCD中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

智能變電站的配置文件(SCD文件)中包含了站內(nèi)所有智能電子設(shè)備的通信參數(shù)等信息，通過對SCD文件的解析，可以得到二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系以及設(shè)備間傳遞的信息。

在SCD文件的communication部分中，描述了站控層mms網(wǎng)絡(luò)、過程層goose網(wǎng)絡(luò)以及過程層SV網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的二次設(shè)備的通信參數(shù)，較為完善的SCD中每個網(wǎng)絡(luò)均按照電壓等級區(qū)分各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過解析該字段，可得到每一級網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)設(shè)備的接入點ConnectedAP及其通信地址，設(shè)備站控層接口的IP地址或過程層接口的MAC地址、APPID和VLAN信息。

在SCD文件的IED部分中，描述了站內(nèi)所有參與通信的智能設(shè)備，如保護(hù)裝置、測控裝置、合并單元、智能終端等。在IED的server字段下有網(wǎng)絡(luò)訪問點，如站控層網(wǎng)絡(luò)訪問點S1、過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)訪問點G1、過程層SV訪問點M1。在S1訪問點下各邏輯設(shè)備的LLNO中，定義了裝置向監(jiān)控或調(diào)度系統(tǒng)等客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)集。在G1訪問點下各邏輯設(shè)備的LLN0中，定義了裝置對外發(fā)布的GOOSE數(shù)據(jù)集(若有)；在M1訪問點下各邏輯設(shè)備的LLN0中，定義了裝置對外發(fā)布的SV數(shù)據(jù)集(若有)。

通過解析各IED部分，可得到裝置對外發(fā)布的數(shù)據(jù)集及數(shù)據(jù)集中的每一路信號。

IED需要訂閱的外部信號，由訪問點G1或M1下各邏輯設(shè)備的LLN0中Inputs字段定義，包括輸入該設(shè)備的SV/GOOSE連線，每一個連線包含了該邏輯設(shè)備內(nèi)部輸入虛端子信號和外部裝置的輸出信號信息，虛端子與每個外部輸出信號為一一對應(yīng)關(guān)系。

由此可知，只要解析上述內(nèi)容，即可獲得變電站各級網(wǎng)絡(luò)，每級網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含哪些設(shè)備，設(shè)備對外發(fā)布什么信息，設(shè)備間的連接關(guān)系及信息訂閱關(guān)系。

1.2從交換機(jī)獲取連接關(guān)系

SCD中定義了二次設(shè)備之間的信息流，對于通過交換機(jī)連接的兩個設(shè)備，需要知道各自與交換機(jī)哪個端口連接，才能構(gòu)建完整的通信拓?fù)?。但在SCD模型中并未對交換機(jī)建模，交換機(jī)端口與設(shè)備的連接關(guān)系是在設(shè)計圖紙中給出的，程序無法直接識別。

交換機(jī)都具備MAC地址學(xué)習(xí)能力，在交換機(jī)內(nèi)部維護(hù)一張MAC地址表，當(dāng)交換機(jī)接收到任一數(shù)據(jù)幀時，它首先會記錄該數(shù)據(jù)幀的源端口和源MAC地址的映射，如果在MAC地址表中已經(jīng)存在該映射項，則更新映射的生存期，如果沒有則在MAC地址表中保存該映射項。

當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，交換機(jī)根據(jù)如表1所示的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表(MAC ADDRESS TABLE)中存在對應(yīng)的映射規(guī)則向相應(yīng)的端口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。如根據(jù)Mac A確定對應(yīng)的端口為Port1。

表1

關(guān)于組播報文的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制：

在智能變電站中，采樣值sv和快速報文goose都是采用組播方式傳輸?shù)?，設(shè)備之間的信息交互采用“發(fā)布-訂閱”機(jī)制。與上述MAC地址學(xué)習(xí)類似，交換機(jī)同樣維護(hù)一張二層組播轉(zhuǎn)發(fā)表，記錄各個端口所對應(yīng)的子網(wǎng)上都有哪些組成員。不同的是，組播轉(zhuǎn)發(fā)表是根據(jù)目的地址來維護(hù)的，因為源地址中并不包含組播信息。

組播轉(zhuǎn)發(fā)表中包括VLAN的編號，組播組地址，路由器端口(相當(dāng)于上游端口)，組播組成員端口(相當(dāng)于下游端口)。當(dāng)交換機(jī)接收到組播報文時，依據(jù)報文所屬VLAN和報文的目的地址(即組播組地址)查找是否存在匹配的轉(zhuǎn)發(fā)表項。如果存在，則將報文發(fā)送到所有組播組成員端口。如果不存在，則丟棄該報文或?qū)笪脑赩LAN內(nèi)廣播。

關(guān)于IP報文的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制：

智能變電站站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信是基于TCP的，都是點對點的傳輸，用到的交換機(jī)為三層交換機(jī)。具體的，如測控裝置A通過交換機(jī)與監(jiān)控主機(jī)B進(jìn)行TCP通信，當(dāng)A要往B發(fā)送IP數(shù)據(jù)時，A只知道B的IP地址，不知道B的MAC地址，因此，A廣播一個ARP報文，該報文攜帶A的源MAC地址、源IP地址、目的IP地址、目的MAC地址。B收到該ARP報文，則把自己的MAC地址返回給A。同時，交換機(jī)學(xué)習(xí)到了A和B的IP和MAC地址的映射關(guān)系(ARP表)、MAC地址和端口的映射關(guān)系(MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確轉(zhuǎn)發(fā)。

由上述可知，對于IED和交換機(jī)端口的連接關(guān)系，可以通過交換機(jī)內(nèi)部的ARP表、MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表和組播轉(zhuǎn)發(fā)表得到。

1.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建

智能變電站網(wǎng)絡(luò)層次清晰，但節(jié)點眾多，每一個IED都有不止一個網(wǎng)絡(luò)端口，如保護(hù)設(shè)備，有一個或多個直采直跳(即點對點模式)的sv、goose光口，連接過程層網(wǎng)絡(luò)的goose光口，連接站控層的電口，交換機(jī)之間的級聯(lián)等，轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以識別的形式，就是一個復(fù)雜的有向圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該圖實際上分為三個層次，設(shè)備之間的聯(lián)系，設(shè)備所屬端口之間的聯(lián)系，端口之間的虛擬鏈路的聯(lián)系。為了跟蹤每一路虛擬鏈路的狀態(tài)，并方便信息與鏈路匹配，我們以設(shè)備為中心，分設(shè)備層、端口層、虛擬連接層三個層次，構(gòu)建每一條完整虛連接鏈路。存儲的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3中IED的屬性均可以從SCD文件中獲取，如名稱、裝置類型等。IEDA->IEDB表示兩兩之間有關(guān)聯(lián)的設(shè)備，下一層為IED端口的連接關(guān)系，再下一層為虛擬連接，每兩個端口之間可以有多個虛連接，如線路智能終端發(fā)送的goose報文，有多個設(shè)備訂閱等。

2二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

2.1服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)測

網(wǎng)絡(luò)通信故障最直接的表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)異常或網(wǎng)絡(luò)中斷，但引起故障的原因卻有很多，針對服務(wù)器來說，其硬件故障、應(yīng)用程序故障以及網(wǎng)絡(luò)連接故障均會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)異?；蛑袛啵瑸槎ㄎ还收显?，有必要對服務(wù)器的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

針對服務(wù)器的監(jiān)測點主要有：

(1)硬件監(jiān)測,包括服務(wù)器CPU負(fù)載、內(nèi)存使用率、磁盤使用率、網(wǎng)卡狀態(tài)、主板狀態(tài)等。

(2)應(yīng)用程序監(jiān)控,包括進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程的CPU占用率、內(nèi)存使用率、網(wǎng)絡(luò)占用率、響應(yīng)時間、活動情況等。

(3)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控,包括網(wǎng)絡(luò)連接狀況、網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)報文異常等。

變電站內(nèi)監(jiān)控、遠(yuǎn)動等服務(wù)器為重要設(shè)備，由于其安全性要求和運行規(guī)程的限制，不能內(nèi)置監(jiān)測程序來實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測功能?？紤]到站內(nèi)服務(wù)器多為linux類系統(tǒng)，而linux提供了一種內(nèi)核和內(nèi)核模塊用來向進(jìn)程(process)發(fā)送信息的機(jī)制/proc，/proc是位于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，通過訪問/proc文件系統(tǒng)下的相關(guān)記錄，即可獲取系統(tǒng)運行狀態(tài)。如/proc/stat文件包含整個系統(tǒng)信息，/proc/cpuinfo文件包含cpu狀態(tài)信息，/proc/memeinfo包含內(nèi)存狀態(tài)，/proc/net包含網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等等。

Linux同時也提供訪問/proc文件的命令工具如iostat、vmstat、op、df、arp、netstat命令，通過開啟服務(wù)器的SSH/TELNET服務(wù)，就可以通過遠(yuǎn)程訪問終端通過這些命令方式訪問/proc的內(nèi)容，從而獲取我們需要的監(jiān)測結(jié)果。

2.2交換機(jī)狀態(tài)監(jiān)測

交換機(jī)是通信網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，通過監(jiān)測交換機(jī)的運行狀態(tài)，可以追蹤連接至交換機(jī)的二次設(shè)備之間通信的詳細(xì)過程，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障定位。在交換機(jī)的公有管理信息庫MIB中，定義了系統(tǒng)上電時間、電源狀態(tài)、CPU負(fù)荷率、端口的物理地址、端口速率、端口管理狀態(tài)、端口工作狀態(tài)、端口流量、端口接收的字節(jié)數(shù)、接收單播、組播、廣播的數(shù)據(jù)包數(shù)、接收的未知協(xié)議的包數(shù)、接收錯誤包的統(tǒng)計值、丟棄包的統(tǒng)計值、端口發(fā)送的字節(jié)數(shù)、發(fā)送單播/組播/廣播的數(shù)據(jù)包數(shù)、發(fā)送錯誤包的統(tǒng)計值、發(fā)送丟棄包的統(tǒng)計值等等。此外，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，定義了交換機(jī)輸出的數(shù)據(jù)集，其中包括各光口接收功率與發(fā)送功率值，是判斷光纖鏈路通斷的重要依據(jù)。

對于上述監(jiān)測量的獲取，可以通過SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議或者IEC61850-MMS協(xié)議獲取。

2.3通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測

實時采集變電站內(nèi)采樣值報文SV、變電站事件報文GOOSE、SOE報文等，并實時分析報文；實時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的增加和刪除、報文流量、幀速、通信狀態(tài)等。針對報文格式錯誤、序號不連續(xù)、采樣不同步、數(shù)據(jù)屬性變化、品質(zhì)因數(shù)變化、采樣異常、GOOSE變位等典型異常報文，以及流量異常、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、節(jié)點突增、通信超時、通信中斷等網(wǎng)絡(luò)故障時能實時告警，并分層分類存儲。

2.4自動化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

在保護(hù)、測控等裝置的61850模型定義的數(shù)據(jù)集中，包含了故障信號、通信工況這兩個數(shù)據(jù)集。通過獲取裝置的MMS報文并解析，可以獲得裝置所有導(dǎo)致裝置閉鎖無法正常工作的報警信號，以及裝置GOOSE、SV通信鏈路的告警信號，作為網(wǎng)絡(luò)故障定位的判斷依據(jù)。

3故障分析與定位

3.1數(shù)據(jù)存儲

狀態(tài)監(jiān)測裝置通過站內(nèi)中心交換機(jī)鏡像端口實時采集變電站保護(hù)、測控等設(shè)備的報文，通過定期輪詢的方式或者事件觸發(fā)方式采集服務(wù)器、交換機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并按照一定的時限對采集到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

采集裝置對接入的所有報文均以硬件的方式打上微秒級的時間戳，采用實時數(shù)據(jù)庫，按每個設(shè)備開辟存儲空間，以時序為軸線，按報文類型存儲設(shè)備相關(guān)報文。

智能變電站報文類型有：周期性上送的sv采樣值報文；周期上送的goose報文、節(jié)點變位時上送的goose報文；站控層MMS報文類型則包括通訊連接、主動事件上送、遙控操作、總召喚、連接釋放等。采集程序根據(jù)對報文頭的分析，即可得到報文類型，并按照上述存儲規(guī)則進(jìn)行存儲。

對于交換機(jī)和服務(wù)器數(shù)據(jù)，按照時間記錄所有狀態(tài)值。

3.2網(wǎng)絡(luò)告警發(fā)現(xiàn)

智能變電站中告警事件類型多樣，其中網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的告警可通過上述描述的監(jiān)測手段實時獲知。網(wǎng)絡(luò)告警主要包括以下幾類：(1)通訊設(shè)備硬件故障導(dǎo)致的通信中斷?？赏ㄟ^設(shè)備上送的自檢信息或交換機(jī)數(shù)據(jù)獲知；(2)設(shè)備軟件異常。包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件異常，如服務(wù)器程序鎖死，可通過服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)測得知其活動狀態(tài)。(2)報文幀錯誤。通過對網(wǎng)絡(luò)報文的實時分析可得到格式錯誤、丟幀、錯序、亂序等。(3)通信鏈路中斷,可通過裝置上送的通信工況報警、是否能采集到裝置報文、與裝置連接的交換機(jī)端口流量是否正常、端口光功率是否在正常范圍等條件來綜合判斷。

3.3告警信息關(guān)聯(lián)

告警關(guān)聯(lián)可通過剔除不必要和不相關(guān)的信息，減少提交給故障定位模塊的信息，提高信息的語義表達(dá)，幫助找出產(chǎn)生事件的真正問題或條件，快速定位故障。在變電站中，告警關(guān)聯(lián)主要是時間關(guān)聯(lián)與相關(guān)設(shè)備關(guān)聯(lián)。時間關(guān)聯(lián)是針對每一個事件發(fā)生的有效時間范圍(如遙控開始至返回允許的時間段、報文的有效生存期內(nèi)等)，截取該時間范圍內(nèi)站內(nèi)的所有報文，把故障所需分析信息限定在某一時間段內(nèi)。相關(guān)設(shè)備關(guān)聯(lián)在時間關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)上，剔除不相關(guān)的設(shè)備，只關(guān)注信息鏈路上的相關(guān)設(shè)備，如遙控事件，關(guān)聯(lián)設(shè)備只有監(jiān)控系統(tǒng)、測控裝置、操作終端。

3.4網(wǎng)絡(luò)故障定位

基于上文建立的二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立故障信息關(guān)聯(lián)搜索樹，搜索樹描述了整個故障過程所涉及設(shè)備的層級關(guān)系和時間發(fā)生的先后順序，將相關(guān)告警信息和輔助信息根據(jù)設(shè)備從屬關(guān)系，和搜索樹的節(jié)點相關(guān)聯(lián)，將故障定位的過程就轉(zhuǎn)化對搜索樹的操作。通過至上而下分析法，對搜索樹進(jìn)行遍歷，檢查每一個節(jié)點的異常狀態(tài)，找到最佳故障解釋，從而確定故障設(shè)備，并結(jié)合專家知識庫并給出處理建議。比如監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出合開關(guān)的遙控命令，但未正確執(zhí)行，此時就需要對命令經(jīng)由的站控層交換機(jī)、測控裝置、過程層交換機(jī)、智能終端等多個設(shè)備的響應(yīng)情況進(jìn)行分析，找出是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題導(dǎo)致遙控不成功。在搜索樹中，可以以每一個重要事件為分析起點，在整個網(wǎng)絡(luò)鏈路上逐步展示參與該事件的設(shè)備的狀態(tài)和行為，形成動態(tài)的事件-響應(yīng)圖，回溯整個事件發(fā)生的過程，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障定位。

在變電站實際使用環(huán)境中，通過智能變電站SCD配置文件、交換機(jī)vlan配置、交換機(jī)端口映射關(guān)系、arp協(xié)議等建立起各級交換機(jī)之間、交換機(jī)與二次設(shè)備之間的連接關(guān)系，生成變電站全站網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；同時，實時監(jiān)測智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)，如服務(wù)器、交換機(jī)、保護(hù)測控設(shè)備的運行狀態(tài)及通信狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生通訊鏈路中斷、報文異常、網(wǎng)絡(luò)堵塞等異常狀況時，綜合利用實時監(jiān)測信息和斷面數(shù)據(jù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用自上而下的搜索算法，對網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行分析，定位故障位置，并在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上顯示，幫助維護(hù)人員快速定位并處理網(wǎng)絡(luò)故障和缺陷。

在智能變電站全景仿真系統(tǒng)實驗中已經(jīng)經(jīng)過驗證，在主站端執(zhí)行遙控、總召等操作，分別在站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點利用網(wǎng)絡(luò)損傷儀模擬錯誤報文、光衰減器模擬光功率損耗、人工中斷光纖連接等網(wǎng)絡(luò)故障，檢驗本申請的故障定位方法的正確率。

需要說明的是，對于前述的各方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或者同時進(jìn)行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說明書中所描述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。

本發(fā)明實施例還提供了一種智能變電站的故障定位裝置。需要說明的是，本發(fā)明實施例的智能變電站的故障定位裝置可以用于執(zhí)行本發(fā)明實施例所提供的智能變電站的故障定位方法，本發(fā)明實施例的智能變電站的故障定位方法也可以通過本發(fā)明實施例所提供的智能變電站的故障定位裝置來執(zhí)行。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能變電站的故障定位裝置的示意圖。如圖4所示，該裝置可以包括：建立單元41、監(jiān)測單元42以及確定單元43。

建立單元41，用于建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,其中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

監(jiān)測單元42，用于對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息；

確定單元43，用于在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備。

通過上述實施例，建立單元建立對應(yīng)于智能變電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,其中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中包括智能變電站中所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；監(jiān)測單元對智能變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到狀態(tài)信息；確定單元在智能變電站中產(chǎn)生告警信息的情況下,利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和狀態(tài)信息確定智能變電站中引發(fā)告警信息的故障設(shè)備，通過根據(jù)所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系對引發(fā)的告警信息進(jìn)行分析確定故障設(shè)備，從而解決了在智能變電站中不能及時對故障進(jìn)行定位的技術(shù)問題,實現(xiàn)了快速對故障進(jìn)行定位的技術(shù)效果。

在上述實施例中，建立單元包括：獲取模塊，用于獲取智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立模塊，用于建立包括智能變電站的所有二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

可選地，獲取模塊包括：第一獲取子模塊，用于從智能變電站的配置文件中獲取智能變電站中所有二次設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；第二獲取子模塊，用于獲取智能變電站中所有二次設(shè)備與智能變電站中的交換機(jī)之間的端口連接關(guān)系，其中，關(guān)聯(lián)關(guān)系包括網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系和端口連接關(guān)系。

在一個可選的實施例中，建立模塊還用于在任意兩個二次設(shè)備之間具有連接關(guān)系的情況下，則在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中保存兩個二次設(shè)備之間的標(biāo)識信息之間的映射關(guān)系，其中，標(biāo)識信息包括二次設(shè)備的設(shè)備標(biāo)識、端口號以及物理地址。

本實施例中所提供的各個模塊與方法實施例對應(yīng)步驟所提供的使用方法相同、應(yīng)用場景也可以相同。當(dāng)然，需要注意的是，上述模塊涉及的方案可以不限于上述實施例中的內(nèi)容和場景，且上述模塊可以運行在計算機(jī)終端或移動終端，可以通過軟件或硬件實現(xiàn)。

上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

在本發(fā)明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關(guān)描述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的技術(shù)內(nèi)容，可通過其它的方式實現(xiàn)。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可為個人計算機(jī)、服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。