基于GOOSE输入端映射机制的二次回路闭环监测系统

1.一种基于GOOSE输入端映射机制的二次回路闭环监测系统，其特征在于，包括：网络通信模块、模型解析模块、图形生成模块、实时比对模块和数据存储模块，其中：数据存储模块分别与图形生成模块、实时比对模块以及网络通信模块相连并实现数据存储交互；网络通信模块通过MMS网与后台系统和IED装置相连并接收来自后台系统的SCD文件和IED装置标准图模板，同时网络通信模块通过GOOSE网与IED装置相连并接收GOOSE报文，此外网络通信模块分别向模型解析模块输出SCD文件，向实时比对模块输出分别从GOOSE报文和MMS REPORT报文中提取到的GOOSE输入虚端子值和GOOSE输入虚端子映射值并接收来自实时比对模块的异常告警信号后通过MMS网上传至后台系统；模型解析模块根据来自网络通信模块的SCD文件进行解析，并分别将得到IED装置虚端子/虚回路的静态模型输出至图形生成模块、将GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义输出至实时比对模块；图形生成模块根据数据存储模块中预存的IED装置标准图模板以及模型解析模块中的IED装置虚端子/虚回路静态模型，通过模板匹配技术对IED装置标准图模板进行匹配并生成IED装置二次回路图后输出至数据存储模块用于可视化展示；实时比对模块通过参数匹配比对并将比对异常告警信号送至数据存储模块；
所述的参数匹配比对是指：实时比对模块采用参数匹配方式分别比对：1）来自模型解析模块的GOOSE报文特征值以及来自模型解析模块的SCD文件中有关GOOSE报文定义的特征值的一致性，2）从GOOSE报文以及MMS REPORT报文中分别提取得到的GOOSE输出虚端子值和GOOSE输入虚端子映射值的一致性；并将比对异常告警信号送至数据存储模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的MMS网与IED装置相连并接收来自IED装置的MMS REPORT报文，该MMS REPORT报文包含IED二次回路图以及异常告警信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的实现数据存储交互是指：数据存储模块接收并保存来自网络通信模块的SCD文件以及IED装置标准图模板并发送IED装置标准图模板至图形生成模块、接收并保存来自实时比对模块的异常告警信号并发送至网络通信模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的网络通信模块包括：MMS网通信单元、GOOSE网通信单元和网络数据处理单元，其中：MMS网通信单元分别从后台系统中获取变电站SCD文件及IED装置标准图模板，从IED装置获取GOOSE输入端子映射对应MMS模型对象所形成的MMS Report报文，并输出至网络数据处理单元；网络数据处理单元将SCD文件送入模型解析模块，将IED装置标准图模板送至数据存储模块，将MMS的MMS Report报文送至实时比对模块；GOOSE网通信单元通过GOOSE网络通信口从IED装置中获取GOOSE报文并输出至网络数据处理单元，网络数据处理单元将GOOSE报文输出至实时比对模块。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的模型解析模块包括：解析数据处理单元和模型解析单元，其中：解析数据处理单元接收SCD文件送入模型解析单元，模型解析单元采取SCL标签搜索技术，解析SCD文件得到IED装置虚端子/虚回路的静态模型、GOOSE报文的参考特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，由解析数据处理单元分别输出至图形生成模块及实时比对模块。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的图形生成模块包括：图形数据处理单元和模板匹配单元，其中：图形数据处理单元接收模型解析模块传输的静态模型及数据存储模块传输的IED装置标准图模板，模板匹配单元将静态模型与IED装置标准图模板进行匹配，形成IED装置二次回路图，并输出数据存储模块。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的实时比对模块包括：比对数据处理单元和参数比对单元，其中：比对数据处理单元接收来自模型解析模块GOOSE报文的参考特征值，来自网络通信模块的GOOSE报文、GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象所形成的MMS Report报文；参数比对单元采取参数匹配技术分别比对：1）接收到的GOOSE报文与SCD文件中定义的GOOSE报文的参考特征值，2）从接收到的GOOSE报文中提取的GOOSE输出虚端子值与经GOOSE输入虚端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文中相关值的一致性，并在不一致时生成异常告警信号并分别输出至数据存储模块和网络通信模块。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据存储模块包括：存储数据处理单元和数据存储单元，其中：存储数据处理单元接收SCD文件、IED装置标准图模板、IED装置二次回路图以及实时比对异常告警信号，由数据存储单元保存，并接受网络通信模块的数据调用。
9.一种根据上述任一权利要求所述系统的监测方法，包括以下步骤：
S100、网络通信模块从变电站后台系统获取SCD文件及IED装置标准图形模板，分别送至模型解析模块及数据存储模块；
S200、模型解析模块通过SCL标签搜索技术，将基于SCL语言的保护二次系统描述文件解析成IED装置虚端子/虚回路静态模型、GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，分别将静态模型、GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，分别输出至图形生成模块及实时比对模块；
S300、图形生成模块基于模板匹配技术，将静态模型与IED装置标准图形模板匹配，自动生成IED装置二次回路图，送至数据存储模块，并输出至网络通信模块，经MMS网络通信接口输出至后台系统，支持IED装置二次回路的可视化展示；
S400、网络通信模块经MMS网络获取IED装置GOOSE输入端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文，经GOOSE网络读取IED装置的GOOSE报文，输出至实时比对模块；
S500、实时比对模块从模型解析模块中获取GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，从网络通信模块获取GOOSE报文，及IED装置GOOSE输入虚端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文，采用参数匹配技术，进行一致性比对，并将比对异常告警信号输出至数据存储模块；
S600、数据存储模块保存SCD文件、IED装置标准图形模板、IED装置二次回路图以及比对异常告警信号，并接受网络通信模块的数据调用；
S700、网络通信模块调用数据存储模块的IED装置二次回路图以及比对异常告警信号，经后台系统实现可视化展示。

基于GOOSE输入端映射机制的二次回路闭环监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种电力系统技术领域的在线监测系统，具体是一种基于GOOSE输入端映射机制的二次回路闭环监测系统。
背景技术
[0002] 随着基于IEC61850变电站自动化技术工程应用的推进，变电站二次设备IED的联接方式由光纤通讯替代了传统的电缆连接，功能的关联通过IEC61850所定义的GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)实现，变电站二次系统由SCD(Substation Configuration Description，变电站配置描述)文件涵盖，由此，整个变电站二次系统变成了一个黑匣子，运行、检修人员无法直观地观察到保护等二次设备之间的关联关系，给变电站运行管理带来许多困难，也增加了变电站运行的风险。
[0003] 经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号201310124402.8，公开日
2013-07-03，公开了一种基于保护装置二次回路模型实时在线监测系统，该技术包括：网络通信模块、模型解析模块、图形生成模块、模型存储模块和实时比对模块，模型解析模块分别与图形生成模块和模型存储模块相连并分别输出SCD静态模型和解析后的CID在线模型，实时比对模块与网络通信模块、模型存储模块相连，接收GOOSE实时模型以及验证后的SCD静态模型和解析后的CID在线模型，经比对后输出比对结果至网络通信模块，并上传至后台系统，实现实时在线监控。本发明可及时发现因SCD文件修改、CID配置错误、GOOSE报文所对应的二次回路实时联接障碍等原因造成保护虚端子和二次回路的错误，使得运行、检修人员可以直接获知保护等二次设备之间关联关系的状态。但该技术无法实现GOOSE虚端子输入与MMS模型对象的映射，因此不能进行实时运行时虚回路通信准确判断。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于GOOSE输入端映射机制的二次回路闭环监测系统，能够有效控制变电站运行风险，为智能变电站可靠运行提供坚实的基础。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：网络通信模块、模型解析模块、图形生成模块、实时比对模块和数据存储模块，其中：数据存储模块分别与图形生成模块、实时比对模块以及网络通信模块相连并实现数据存储交互；网络通信模块通过MMS网与后台系统和IED装置相连并接收来自后台系统的SCD文件和IED装置标准图模板，同时网络通信模块通过GOOSE网与IED装置相连并接收GOOSE报文，此外网络通信模块分别向模型解析模块输出SCD文件，向实时比对模块输出分别从GOOSE报文和MMS REPORT报文中提取到的GOOSE输入虚端子值和GOOSE输入虚端子映射值并接收来自实时比对模块的异常告警信号后通过MMS网上传至后台系统；模型解析模块根据来自网络通信模块的SCD文件进行解析，并分别将得到IED装置虚端子/虚回路的静态模型输出至图形生成模块、将GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义输出至实时比对模块；图形生成模块根据数据存储模块中预存的IED装置标准图模板以及模型解析模块中的IED装置虚端子/虚回路静态模型，通过模板匹配技术对IED装置标准图模板进行匹配并生成IED装置二次回路图后输出至数据存储模块用于可视化展示；实时比对模块通过参数匹配比对并将比对异常告警信号送至数据存储模块。
[0006] 所述的参数匹配比对是指：实时比对模块采用参数匹配方式分别比对：1)来自模型解析模块的GOOSE报文特征值以及来自模型解析模块的SCD文件中有关GOOSE报文定义的特征值的一致性，2)从GOOSE报文以及MMS REPORT报文中分别提取得到的GOOSE输出虚端子值和GOOSE输入虚端子映射值的一致性；并将比对异常告警信号送至数据存储模块。
[0007] 所述的MMS网与IED装置相连并接收来自IED装置的MMS REPORT报文。
[0008] 所述的实现数据存储交互是指：数据存储模块接收并保存来自网络通信模块的SCD文件以及IED装置标准图模板并发送IED装置标准图模板至图形生成模块、接收并保存来自实时比对模块的异常告警信号并发送至网络通信模块。
[0009] 所述的实时比对模块包括：比对数据处理单元和参数比对单元，其中：比对数据处理单元接收来自模型解析模块的GOOSE报文的参考特征值，来自网络通信模块的GOOSE报文、GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象所形成的MMS Report报文；参数比对单元采取参数匹配技术分别比对：1)接收到的GOOSE报文与SCD文件中定义的GOOSE报文的参考特征值，2)从接收到的GOOSE报文中提取的GOOSE输出虚端子值与经GOOSE输入虚端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文中相关值的一致性，并在不一致时生成异常告警信号并分别输出至数据存储模块和网络通信模块。
[0010] 技术效果
[0011] 与现有技术相比，本发明可通过GOOSE报文异常及时发现二次回路异常状况(包括IED中虚端子回路连线的错配)；GOOSE控制块、数据集、goID等关键内容定义的异常情况。实现基于GOOSE输入端映射机制的二次回路闭环监测，为智能变电站安全运行提供可靠技术保障。
附图说明
[0012] 图1为本发明结构示意图。
[0013] 图2为实施例流程示意图。
具体实施方式
[0014] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0015] 实施例1
[0016] 如图1所示，本实施例包括：网络通信模块、模型解析模块、图形生成模块、实时比对模块和数据存储模块，其中：数据存储模块分别与图形生成模块、实时比对模块以及网络通信模块相连并实现数据存储交互；网络通信模块通过MMS网与后台系统和IED装置相连并接收来自后台系统的SCD文件和IED装置标准图模板，同时网络通信模块通过GOOSE网与IED装置相连并接收GOOSE报文，此外网络通信模块分别向模型解析模块输出SCD文件，向实时比对模块输出分别从GOOSE报文和MMS REPORT报文中提取到的GOOSE输入虚端子值和GOOSE输入虚端子映射值并接收来自实时比对模块的异常告警信号后通过MMS网上传至后台系统；模型解析模块根据来自网络通信模块的SCD文件进行解析，并分别将得到IED装置虚端子/虚回路的静态模型输出至图形生成模块、将GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义输出至实时比对模块；图形生成模块根据数据存储模块中预存的IED装置标准图模板以及模型解析模块中的IED装置虚端子/虚回路静态模型，通过模板匹配技术对IED装置标准图模板进行匹配并生成IED装置二次回路图后输出至数据存储模块用于可视化展示；实时比对模块通过参数匹配比对并将比对异常告警信号送至数据存储模块。
[0017] 所述的静态模型是指：仅包含IED装置虚回路相关的全部信息所表示的模型，包括GOOSE控制块定义(含Mac地址)、Extref定义、GOOSE控制块中数据集的定义等。
[0018] 所述的映射定义是指：在SCD文件中标签是之中定义的内容。该内容规定了GOOSE输入端子被映射到对应MMS的模型对象的有关内容。
[0019] 所述的GOOSE报文特征值是指：APPID全站唯一；MAC组播地址；gocbRef，GOOSE控制块引用；DatSet数据集引用；goID，GOOSE控制块标识。
[0020] 所述的GOOSE输入端子映射是指：由于无法直接通过MMS服务读取GOOSE输入虚端子的值。在IED内部将GOOSE输入虚端子(SCD中的中的intaddr)映射到间隔层的模型对象，从而能通过间隔层的MMS REPORT报文服务读取到值。也就是说在IED内部将这些虚端子的值与其它对象的值建立起同步变动机制，这样的机制就是映射。
[0021] 所述的参数匹配比对是指：实时比对模块采用参数匹配方式分别比对：1)来自模型解析模块的GOOSE报文特征值以及来自模型解析模块的SCD文件中有关GOOSE报文定义的特征值的一致性，2)从GOOSE报文以及MMS REPORT报文中分别提取得到的GOOSE输出虚端子值和GOOSE输入虚端子映射值的一致性；并将比对异常告警信号送至数据存储模块。
[0022] 所述的MMS网与IED装置相连并接收来自IED装置的MMS REPORT报文。
[0023] 所述的实现数据存储交互是指：数据存储模块接收并保存来自网络通信模块的SCD文件以及IED装置标准图模板并发送IED装置标准图模板至图形生成模块、接收并保存来自实时比对模块的异常告警信号并发送至网络通信模块。
[0024] 所述的网络通信模块包括：MMS网通信单元、GOOSE网通信单元和网络数据处理单元，其中：MMS网通信单元分别从后台系统中获取变电站SCD文件及IED装置标准图模板，从IED装置获取GOOSE输入端子映射对应MMS模型对象所形成的MMS Report报文，并输出至网络数据处理单元；网络数据处理单元将SCD文件送入模型解析模块，将IED装置标准图模板送至数据存储模块，将MMS的MMS Report报文送至实时比对模块；GOOSE网通信单元通过GOOSE网络通信口从IED装置中获取GOOSE报文并输出至网络数据处理单元，网络数据处理单元将GOOSE报文输出至实时比对模块。
[0025] 所述的模型解析模块包括：解析数据处理单元和模型解析单元，其中：解析数据处理单元接收SCD文件送入模型解析单元，模型解析单元采取SCL(Substation Configuration Language，变电站配置语言)标签搜索技术，解析SCD文件得到IED装置虚端子/虚回路的静态模型、GOOSE报文的参考特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，由解析数据处理单元分别输出至图形生成模块及实时比对模块。
[0026] 所述的SCL标签搜索技术是指：依据SCL各种标签在SCD文件中的特定位置，将每一个标签设定为一个状态，根据状态的变化寻找所对应的的模型。所搜索的标签类别，如、，Inputs标签类别：、、/>，GSEcontrol标签类别：
、，LD标签类别：、、/>，LN标签类别：
、、/>，Dataset标签类别：、、/>等。
[0027] 所述的图形生成模块包括：图形数据处理单元和模板匹配单元，其中：图形数据处理单元接收模型解析模块传输的静态模型及数据存储模块传输的IED装置标准图模板，模板匹配单元将静态模型与IED装置标准图模板进行匹配，形成IED装置二次回路图，并输出数据存储模块。
[0028] 所述的模板匹配是指：根据继电保护装置的典型应用，预先确定各种IED装置输入/输出输入的标准图形模板，IED装置虚端子/虚回路静态模型与其匹配，自动生成IED装置二次回路图。
[0029] 所述的实时比对模块包括：比对数据处理单元和参数比对单元，其中：比对数据处理单元接收来自模型解析模块的GOOSE报文的参考特征值，来自网络通信模块的GOOSE报文、GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象所形成的MMS Report报文；参数比对单元采取参数匹配技术分别比对：1)接收到的GOOSE报文与SCD文件中定义的GOOSE报文的参考特征值，2)从接收到的GOOSE报文中提取的GOOSE输出虚端子值与经GOOSE输入虚端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文中相关值的一致性，并在不一致时生成异常告警信号并分别输出至数据存储模块和网络通信模块。
[0030] 所述的参数匹配是指：将接收到的GOOSE报文中的全站唯一、MAC组播地址、gocbRef，GOOSE控制块引用、DatSet数据集引用、goID GOOSE控制块标识与通过解析SCD文件得到的相应值比较；从接收到的GOOSE报文中提取的输出虚端子值与经GOOSE输入端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文中相关值进行比较。
[0031] 所述的数据存储模块包括：存储数据处理单元和数据存储单元，其中：存储数据处理单元接收SCD文件、IED装置标准图模板、IED装置二次回路图以及实时比对异常告警信号，由数据存储单元保存，并接受网络通信模块的数据调用。
[0032] 如图2所示，本系统通过以下方式进行工作：
[0033] S100、网络通信模块从变电站后台系统获取SCD文件及IED装置标准图形模板，分别送至模型解析模块及数据存储模块；
[0034] S200、模型解析模块通过SCL标签搜索技术，将基于SCL语言的保护二次系统描述文件解析成IED装置虚端子/虚回路静态模型、GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，分别将静态模型、GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，分别输出至图形生成模块及实时比对模块；
[0035] S300、图形生成模块基于模板匹配技术，将静态模型与IED装置标准图形模板匹配，自动生成IED装置二次回路图，送至数据存储模块，并输出至网络通信模块，经MMS网络通信接口输出至后台系统，支持IED装置二次回路的可视化展示；
[0036] S400、网络通信模块经MMS网络获取IED装置GOOSE输入端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文，经GOOSE网络读取IED装置的GOOSE报文，输出至实时比对模块；
[0037] S500、实时比对模块从模型解析模块中获取GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义，从网络通信模块获取GOOSE报文，及IED装置GOOSE输入虚端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文。采用参数匹配技术，进行一致性比对，并将比对异常告警信号输出至数据存储模块。
[0038] S600、数据存储模块保存SCD文件、IED装置标准图形模板、IED装置二次回路图以及比对异常告警信号，并接受网络通信模块的数据调用。
[0039] S700、网络通信模块调用数据存储模块的IED装置二次回路图以及比对异常告警信号，经后台系统实现可视化展示。
[0040] 本方法通过采取SCL标签搜索技术解析SCD文件，形成虚端子/虚回路静态模型、GOOSE报文特征值及GOOSE输入端子映射到对应MMS模型对象的映射定义；采取模板匹配技术，将静态模型与IED装置标准图形模板匹配，自动生成IED装置二次回路图；采取参数匹配技术，比对接收到的GOOSE报文与SCD文件中定义的GOOSE报文的参考特征值；比对从接收到的GOOSE报文中提取的输出虚端子值与GOOSE输入端子映射到对应MMS的模型对象所形成的MMS Report报文中相关值的一致性，并经后台系统进行可视化展示，实现IED装置二次回路的在线闭环监测。
[0041] 本系统通过上述方法能够实时发现IED装置虚端子/虚回路联接的异常状况(包括IED中虚端子回路连线的错配)，形成虚端子输入、输出的闭环监测；GOOSE控制块、数据集、goID等关键内容定义的异常情况，实现智能变电站IED装置二次回路的闭环监测，使智能变电站运行期间运行、检修人员可以直接获得保护等IED装置二次回路的状态，从而有效控制变电站运行风险，为智能变电站可靠运行提供坚实的基础。