多插件嵌入式故障信息系統子站對錄波文件的處理方法

2023-10-08 13:54:14 3

專利名稱：多插件嵌入式故障信息系統子站對錄波文件的處理方法
技術領域：
本發明應用於電力系統電力自動化領域，特別涉及電網繼電保護及故障信息處理系 統(以下簡稱故障信息系統)。
背景技術：
隨著計算機技術、網絡技術的發展和變電站自動化水平的提高，國內很多地區建設 了繼電保護故障信息系統。故障信息系統主要關注繼電保護和故障錄波器的信息，對出 現故障時的各種信號、狀態和錄波數據尤為關注。但因系統的複雜性，經常由於各種原 因出現數據不通暢、不完整、丟失等情況。
在所有的故障信息中，錄波數據無疑是繼電保護專業人員最重視的內容，因為從錄 波數據中可以分析出故障前後的所有狀態信息和採樣值。繼電保護設備和故障錄波器所 產生的錄波數據，其上送給變電站中故障信息系統時所採用的方式是多種多樣的，因所 採用的通信規約的不同而有差異。但數據接口的一致性是大勢所趨，所以近年來國內各 廠家對錄波數據都採用統一形成C0MTRADE格式錄波文件的方式進行處理，這為通信過 程中錄波文件接口的一致性提供了良好的條件。但是，由於錄波文件與其它數據相比是 較大數據塊，需要佔用一定的傳輸時間，在其傳輸的各個環節如果考慮不周全，都可能 出現問題。尤其是在目前故障信息系統子站普遍採用嵌入式系統的情況下，對資源的合 理利用也成為需要考慮的問題之一。
本發明提出了一種在多插件嵌入式故障信息系統子站端獲取錄波數據、形成錄波文 件並在多插件間傳輸管理，最終上送給主站的方法。該方法對錄波數據處理的流程完整 清晰，通過對錄波文件的多級管理，解決了一次集中管理的過濾判斷工作量，可以有效 防止對錄波數據的重複召喚和上送，有利於繼電保護專業人員利用錄波文件進行保護動 作行為分析，提高了系統整體的實用化水平。

發明內容
為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種在多插件嵌入式故障信息 系統子站中對錄波文件進行處理的方法。
本發明採用以下技術方案 多插件嵌入式繼電保護故障信息系統子站對錄波文件的處理方法，該方法可實現在多插件協調工作的情況下對錄波數據進行有效傳輸，保證錄波文件完整及時地傳送到 主站，其特徵在於，所述方法包括以下步驟
(1) 子站的接入插件完成錄波數據的收集和整理形成COMTRADE格式文件，在本接 入插件中對錄波文件及待召喚錄波數據列表和已召喚錄波文件列表進行管理；
(2) 子站的主CPU插件獲取錄波文件，並對錄波數據進行集中管理；
(3) 主CPU插件通知轉出插件錄波文件形成信息，轉出插件根據主站要求向主CPU
申請並獲取錄波文件，傳送給主站。
所述故障信息系統子站(簡稱子站)，是故障信息系統中位於變電站站控級的設備， 用於連接各種繼電保護設備和故障錄波器，通過通信規約與繼電保護設備和故障錄波器 進行通信，獲取各種信息，經過過濾處理後上送給位於各級調度的故障信息系統主站。 對於子站來說，繼電保護設備和故障錄波器是通過通信規約接入的，所以可簡稱為接入 設備。
所述多插件嵌入式子站，是指子站採用嵌入式系統和嵌入式硬體設備，這類設備的
抗幹擾能力明顯優於傳統的工控機型設備。同時，為了能使CPU的負載分散，同時分散 運行風險，在結構上採用多插件多CPU設計。所謂多插件，即子站本身是一個嵌入式裝 置，有一個帶有通信總線的背板，多個具有不同功能的硬體插板都插接在這個背板上， 每個獨立的硬體插板稱為一個插件。每個插件都有一個CPU，能夠獨立運行軟體。多個 插件彼此之間通過背板總線進行通信，實現功能的統一協調。按照運行軟體功能類型的 不同，插件分成接入類、轉出類和主CPU三個主要類型。
接入類插件指運行的軟體完成與變電站內接入設備的通信，對這些設備的信息進行 收集整理的插件。
轉出類插件指運行的軟體完成與故障信息系統主站的通信，把變電站內所有接入的 設備信息上送給主站的插件。
主CPU是所有數據存儲和處理的中心。接入類插件和轉出類插件通過主CPU實現數 據共享。
這裡提到的錄波文件，指的是C0MTRADE格式的錄波文件。C0MTRADE (Common Format for Transient Data Exchange)是指電力系統使用的暫態數據交換通用格式，由GB/T _2007/IEC 60255-24:2001規定。此格式規定了錄波文件由幾個文件組成，並對每個文 件的具體內容和結構給出詳細規定。現在已經成為電力系統通用的錄波文件存儲和傳輸 標準格式。
本發明的多插件嵌入式繼電保護故障信息系統子站對錄波文件的處理方法保證在 多插件系統中錄波文件得到有效的傳送管理，使在調度主站端能夠及時獲取完整、正確的錄波文件，利於專業人員對電網擾動、故障進行正確分析，提高繼電保護故障信息管 理系統實用化水平。


下面結合附圖對本發明再作進一步詳細的說明。
圖1是多插件嵌入式故障信息系統子站中對錄波文件的處理流程示意圖。
具體實施例方式
在附圖l中的三個方框，分別代表三個不同插件接入插件、主CPU插件、轉出插 件。在對錄波文件處理的流程中，三者之間進行信息交互。
錄波數據在多插件嵌入式子站中的處理方法主要分成三個步驟。
1、錄波數據的收集和整理形成COMTRADE格式文件，在接入插件對錄波文件及列表進行 管理
錄波數據的收集整理由接入插件完成。
接入插件接入繼電保護設備和故障錄波器的規約可能有很多種，但是對於錄波數據
的處理都具有以下流程
(1) 獲知新錄波數據的產生新錄波數據產生時，子站無論以何種方式與接入設 備進行通信，接入插件都可以通過某種渠道獲知新錄波數據的產生，這個渠道可能是所 接入的設備主動上送、子站通過詢問得到應答報文或者子站直接査詢所接入設備上的列 表文件得知(部分故障錄波器可能採用此方式)等等。這幾種方式雖然機制不同，但都 可以將是否有錄波數據產生、產生的新錄波數據的標識是什麼送到子站，若包括多次錄 波數據則將多次錄波數據的標識列表上送。
(2) 記錄新錄波數據信息接入插件得到新錄波數據產生的信息後，將新錄波數 據的唯一特徵標識(如故障序號、裝置代碼、故障時間等的一個或多個組合，依據通信 規約的特點而定)記錄到一個駐留在本插件內存的錄波數據列表中。此列表中的錄波數 據都是尚未召喚的，因此此列表稱為待召喚錄波數據列表。除了待召喚錄波數據列表外， 接入插件中還需保存一個已召喚錄波文件列表，用於記錄己經成功召喚過的錄波文件。 這是由於有些接入設備並不僅僅上送未召喚過的新錄波信息，而是將最新的若干次錄波 的信息一起送給子站(無論是否召喚過)，所以為防止重複召喚，在將新錄波數據信息 記錄到待召喚錄波數據列表之前，必須對新錄波數據的信息進行過濾。過濾的方法是將 本次上送的錄波數據信息逐條與兩個列表中原有信息進行對比，這兩個列表一個就是剛 剛提到的待召喚錄波數據列表，另一個是已召喚錄波文件列表。如果上送的新錄波數據 信息中，某一條與這兩個列表中的任意一個重複，則認為這條信息不是新信息，不再重複記入待召喚錄波數據列表。
(3) 自動召喚接入插件按照工作流程，自動啟動對待召喚錄波數據列表中的錄 波數據的依次召喚，並且對召喚上來的錄波數據進行規範化整理，寫成標準的COMTRADE 文件。由於錄波數據召喚的優先級要低於其它突發數據，因此在建立錄波數據召喚流程 的時候，必須在空閒時間進行召喚，並且其過程中必須支持其它數據的插入。
(4) 刷新錄波文件列表生成新的COMTRADE文件後，接入插件刷新本地的己召喚 錄波文件列表，將新文件列入。為了避免掉電丟失己經召喚過的錄波文件信息，已召喚 錄波文件列表除了在內存中駐留外，還必須以文件形式保存。此文件在每次召喚錄波文 件成功後刷新，以保持與內存同步。而且，軟體啟動後的初始化過程中，也必須將此文 件讀入內存，形成最初的內存中的己召喚錄波文件列表。
2、主CPU插件獲取錄波文件，並對錄波數據進行集中管理 錄波數據的集中管理主要由主CPU插件完成。
由主CPU對錄波文件進行集中管理，可以使所有接入插件和轉出插件進行數據共享
成為可能。對於多插件結構的子站來說，這種功能設置尤其重要。為了達到有效管理錄
波文件的目的，在主CPU中有兩個列表文件， 一個是待召喚錄波文件列表， 一個是已召
喚錄波文件列表。這兩個文件在初始化時被讀入內存，並在運行過程中隨時刷新，以保 持與內存數據同步。其中，待召喚錄波文件列表中，每一條信息都至少包括文件名、待
召喚標誌和文件是否己獲取標誌。待召喚標誌為o，則表示該文件需要召喚，為l表示 不需要召喚。文件已獲取標誌為o表示文件未成功召喚完成，為l表示文件已經成功召
喚完成。
主CPU對錄波數據進行集中管理的流程為(1)接入插件將錄波文件生成信息通知 主CPU插件在某個接入插件形成新的錄波文件並刷新了已召喚錄波文件列表後，接入
插件會主動發消息通知主CPU插件，通知信息中帶有新錄波文件的名稱。主CPU插件得
到此信息，就知道有新錄波文件產生並且在接入插件上等待召喚。
(2)主CPU刷新本地錄波文件列表，並置待召喚標誌主CPU插件從接入插件發 來的新錄波文件消息中摘取錄波文件名後，首先進行過濾。過濾的依據是和存放在主CPU
插件內存中的待召喚錄波文件列表和己召喚錄波文件列表中保存的文件名一一對比。如 果該文件在待召喚錄波文件列表中己經存在，則認為是重複上送，不進行記錄，若進一 步判斷文件在已召喚錄波文件列表中已經存在，則認為文件已經召喚過，還要發消息告 訴接入插件此為重複信息應刪除。如果該文件與待召喚錄波文件列表和已召喚錄波文件 列表中已經記錄的各項均不相同，則將文件名記入待召喚錄波文件列表，並且將列表中 該條信息的狀態置為待召喚，並將文件是否獲取標誌置為未獲取。(3)主CPU根據本地錄波文件列表中的狀態，在空閒時自動召喚錄波文件主CPU 運行空閒的時候，通過待召喚錄波文件列表中每條信息的不同狀態來控制召喚。對待召 喚錄波文件列表進行搜索，發現某條錄波文件記錄為待召喚狀態，即自動啟動召喚，從 接入插件將其召喚到主CPU插件。召喚成功後，將待召喚錄波文件歹ll表中對應信息更改 為已召喚，置文件狀態為已獲取，並且發消息通知接入插件錄波文件己經召喚完畢，接 入插件會及時刪除錄波文件以釋放存儲空間。由於主CPU插件是數據處理核心，若對某 錄波文件多次召喚失敗，必須能及時進行其它處理，所以對多次召喚失敗的情況，將待 召喚狀態更改為己召喚狀態，但文件是否獲取標誌仍為未獲取，以便後續處理。
3、主CPU插件通知轉出插件錄波文件形成信息，轉出插件根據主站要求向主CPU申請 並獲取錄波文件，傳送給主站
錄波數據向主站的傳送主要由轉出插件完成。
轉出插件上一般不保存錄波文件，而是根據需要從主CPU插件獲取特定的錄波文件，
上送主站完成後就刪除，以避免錄波文件多處保存造成不一致，並且浪費存儲空間。 轉出插件對主站傳送錄波數據的流程為
(1) 主CPU插件將新錄波文件生成信息通知轉出插件在主CPU插件從接入插件
召喚錄波文件成功並刷新了已召喚錄波文件列表後，主CPU插件會主動發消息通知各個
轉出插件，通知信息中帶有新錄波文件的名稱。轉出插件得到此信息，就知道有新錄波
文件產生並且已經在主CPU插件上集中管理了，如果某轉出插件需要此錄波文件，就可
以進行下列步驟。
(2) 轉出插件將錄波文件信息上送主站轉出插件從主CPU插件獲知錄波文件信
息後， 一般都需要按照主子站規約報文格式，上送錄波簡報報文給主站，主站就可以及 時獲得錄波文件相關信息。根據主站的不同情況，可能會人工或者自動對錄波文件進行 召喚。
(3) 轉出插件接到主站的召喚命令後，向主CPU插件申請並獲取錄波文件轉出 插件得到主站召喚錄波文件的命令後，由於本插件上並沒有錄波文件，所以必須首先從 主CPU插件上獲取錄波文件。轉出插件發消息向主CPU申請發送錄波文件，主CPU插件 根據消息內容搜索本地保存的錄波文件。找到後，將錄波文件發送給轉出插件。在主CPU
搜索的過程中，對於搜索不到所召喚錄波文件的情況，可能有兩種不同處理方法， 一種
是，直接向轉出插件回復無所召喚的文件；另一種是，通過接入插件直接向接入設備召 喚所需要的錄波。其中第一種情況比較常用，而第二種情況需要接入設備的支持。
(4) 轉出插件按照主站和子站之間的規約格式將錄波文件打包上送主站轉出插 件將錄波文件召喚到本插件後，將錄波文件讀入內存，按照主子站規約報文格式分幀傳送給主站。在傳送過程中，要處理斷點續傳、突發數據插入等。全部傳送完畢後，刪除 本地錄波文件，以釋放存儲空間。
接入插件維持和接入設備(繼電保護或者故障錄波器等)的通信，當獲知有新錄波 數據時，將新錄波數據信息記入待召喚錄波數據列表，然後按照通信規約的規定啟動錄 波數據召喚流程。這個流程的完成時間與通信方式、通信介質、錄波數據量大小都有關 系。 一般來說，非平衡式上送數據較快，平衡式上送數據相對較慢；乙太網通信上送數 據較快，串口通信上送數據較慢；繼電保護設備錄波數據量小，上送數據較快，故障錄 波器錄波數據量大，上送數據較慢。當錄波數據全部接收完畢，接入插件將其轉換為標 準COMTRADE格式文件，存儲到本插件，並將錄波文件記錄到己召喚錄波文件列表中。
接入插件將有錄波文件生成的信息發送消息通知主CPU插件。
主CPU插件收到有新錄波文件的消息，首先將文件記入待召喚錄波文件列表，並將 狀態初始化為未召喚、文件未獲取。按照程序流程啟動自動召喚後，主CPU插件與接入 插件之間進行數據交互，獲取錄波文件。主CPU從接入插件完全獲取錄波文件後，更新 待召喚錄波文件列表中對應文件的狀態為已召喚、文件已獲取，並將此錄波文件記入已 召喚錄波文件列表。同時，發消息通知接入插件，接入插件刪除本地的錄波文件，釋放 存儲空間。
主CPU插件發錄波文件通知消息給轉出插件。轉出插件得到新錄波文件消息後，實 時上送給主站。如果主站下發了召喚命令，轉出插件就向主CPU插件申請獲取錄波文件， 主CPU插件與轉出插件之間進行數據交互，傳送錄波文件。錄波文件傳送完畢後，轉出 插件將其按照規約格式進行數據分幀，打包上送給主站。上送完畢後刪除本次存儲的錄 波文件，以釋放磁碟空間，並保證錄波文件數據的唯一性。如果主站因需要再次對同一 錄波文件進行召喚，則再次向主CPU插件請求錄波文件，視同未召喚過的文件，按照同 樣的流程操作。
上述流程為主要流程，也是正常情況下的流程，但在傳輸過程中也會出現一些異常 情況，需做處理，主要有
(1) 接入插件接收錄波數據過程中如果因通信問題出現中斷，按照不同規約，可 能要求從斷點繼續召喚，或者完全重新召喚。無論哪種情況，如果最終出現了不完整錄 波，應有完善的處理，至少應刪除。
(2) 接入插件接收錄波數據完畢後，如果因與主CPU插件通信原因，導致有新錄 波文件的信息未能及時送達主CPU插件，則可能導致該錄波文件無法正常傳輸。針對此 種情況，必須在接入插件設置彌補措施，例如定時查詢是否有滯留在本插件的錄波文件， 如果查到，就再次主動補送給主CPU插件，保證每個錄波都可以從接入插件傳送出去。(3) 主CPU插件對接入插件召喚錄波文件時，如果因通信原因或其它可能的原因 導致召喚失敗，應能夠自動進行重複召喚。但為保證待召喚錄波文件列表中每個錄波文 件都能夠進行召喚，不能永遠停留在召喚一個錄波文件的過程，必須設置最大重複召喚 次數。如果對某個錄波文件的召喚已經達到最大重複召喚次數仍然未成功，則將待召喚 錄波文件列表中該文件的狀態置為已召喚、未獲取到文件。此時就可以進入其它待召喚 錄波文件的召喚流程。當接入插件主動補送該文件信息的時候，如果判斷為此錄波文件 未曾獲取，就更改狀態再次召喚。
(4) 在調試過程中，可能因為調試需要會對接入插件中的錄波文件列表進行刪除 等操作。如果由於類似原因導致接入插件再次召喚了已經召喚過的錄波文件，則在接入 插件送信息給主CPU插件時，主CPU插件會進行對比判斷，如果收到的錄波文件是已經 召過的，則不會從接入插件再次獲取，並且會通知接入插件此文件為重複文件，使接入 插件刪除該文件。
(5) 嵌入式設備的磁碟存儲空間是有限的，因此在接入插件和主CPU插件都必須 對存儲的錄波文件進行管理。接入插件不長期保存錄波文件，因此其管理重點為保證在 錄波數據大量集中上送時不會寫滿存儲空間。而主CPU對錄波文件會長期存儲，因此其 管理重點應該是對錄波文件的循環存儲更新。
按照上述流程，並考慮上述異常情況的處理，就可以保證錄波數據從接入設備到主 站的順利傳輸，為分析處理故障提供完整數據，給運行人員的工作帶來極大方便。
權利要求
1、多插件嵌入式繼電保護故障信息系統子站對錄波文件的處理方法，該方法可實現在多插件協調工作的情況下對錄波數據進行有效傳輸，保證錄波文件完整及時地傳送到主站，其特徵在於，所述方法包括以下步驟(1)子站的接入插件完成錄波數據的收集和整理形成COMTRADE格式文件，在本接入插件中對錄波文件及待召喚錄波數據列表和已召喚錄波文件列表進行管理；(2)子站的主CPU插件獲取錄波文件，並對錄波數據進行集中管理；(3)主CPU插件通知轉出插件錄波文件形成信息，轉出插件根據主站要求向主CPU申請並獲取錄波文件，傳送給主站。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中步驟(1)進一步包括① 接入插件獲知新錄波數據的產生；② 記錄新錄波數據信息，與保存的每個接入設備的待召喚錄波數據列表和已召喚 錄波文件列表對比進行過濾，防止對錄波數據的重複記錄；③ 接入插件根據待召喚錄波數據列表，按照與接入設備間的通信規約的規定，自 動召喚錄波數據，並形成C0MTRADE格式錄波文件保存在接入插件； 根據新生成的錄波文件刷新接入插件的己召喚錄波文件列表。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中步驟(2)進一步包括① 接入插件將新錄波文件生成信息通知主CPU插件；② 主CPU刷新本地待召喚錄波文件列表，並置待召喚標誌和文件是否己獲取標誌， 這兩個標誌分別表示列表中的這一個文件是否處於等待召喚狀態和是否已經成功召喚到主CPU插件；③ 主CPU根據本地待召喚錄波文件列表中的狀態，在空閒時自動召喚錄波文件， 召喚上來的錄波文件保存在主CPU插件中，並在錄波文件列表中更新召喚狀態 為已召喚，更新獲取標誌為已獲取。
4、 根據權利要求1所述的方法，其中步驟(3)進一步包括① 主CPU插件將新錄波文件生成信息通知轉出插件；② 轉出插件將錄波文件信息上送主站；③ 轉出插件接到主站的召喚命令後，向主CPU插件申請並獲取錄波文件； 錄波文件傳送到轉出插件後，由轉出插件按照主站和子站之間的規約格式打包 上送主站。
全文摘要
本發明提出的多插件嵌入式繼電保護故障信息系統子站(以下簡稱「嵌入式子站」)對錄波文件的處理方法，應用於電網繼電保護故障信息管理系統，包括以下內容嵌入式子站為多插件結構；各個插件獨立運行接入或者轉出類型通信規約；各個插件通過一個主CPU插件共享數據；各個插件之間通過乙太網進行通信；接入類插件收集錄波數據並整理為標準COMTRADE格式錄波文件，同時對本插件錄波文件及列表進行管理；接入類插件將有錄波文件產生的信息通知主CPU插件；主CPU插件及時從各個接入類插件獲取錄波文件並保存到本插件，並對錄波文件及列表進行管理；主CPU插件負責將有錄波文件產生的信息通知轉出類插件；轉出類插件根據主站需要從主CPU插件獲取錄波文件，並傳送給主站。
文檔編號H02J13/00GK101588086SQ20091008841
公開日2009年11月25日 申請日期2009年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者龍 張, 武芳瑛, 王立鼎, 亮 葛, 娜 趙, 曉 郭 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;北京四方繼保工程技術有限公司