基于DES理论的智能配电网终端通讯异常自动探测方法

摘要

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种对智能配电网终端设备通讯系统故障的自动探测和归纳方法。该方法使用DES理论，根据正常通讯过程，设计通讯事件集合E、系统状态集合X，建立正常流程中的状态转移函数f和当前状态可发生事件集合Γ。将通讯过程中未知的行为作为探测目标，增加未回应报文后的强制归位事件η以及未知报文事件γ，并在行为集合与状态集合间建立连接，在专家的交互操作行为辅助下，进一步探明错误的性质，形成完整的专家数据库，并能自动生成检测报表和错误细节报表（系统结构见摘要附图）。通过本发明方法，可以对比不同厂商的设备行为，得到的专家系统可以在各电业局开展智能配电网建设时，避免对专业技术人员的依赖，通过简单的培训，即可完成全部工作。

说明书

技术领域

本发明属于网络通信技术在智能配电网的应用领域，涉及智能配电网建设和维护过程中，IEC-60870通信标准测试的测试方法与手段。 

背景技术

智能化配电网是智能电网的重要部分，以一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，综合利用多种通信方式，通过与相关应用系统的信息集成，实现对配电系统的全面监测与控制。 

通信系统是建设智能化配电自动化系统的基础。配电自动化要借助可靠的通信手段，将控制中心的控制命令下发到各执行机构或远方终端，同时将各远方监控单元所采集的各种信息上传至控制中心，以实现智能化配电网的各种功能（即实现对终端单元的监测与控制）。

随着智能配电网建设的进程，各终端设备生产厂家开始将在输电网一级使用的远动通信规约（IEC 60870-5-101/104）向配电网扩展，尝试在配电网一级完成对变压器、开关等设备状态的监控。

104通信规约在输电和配电上的使用对比情况如下表所示：

输电远动系统通常是由国家投资建设。由于输电网电压等级高，站点少， 所以电网公司通常将远动设备及管理软件都交给一家电气设备厂商来负责。输电网的站点少，所以出现故障的概率小，所以需要更换设备的情况就少。

配电自动化系统拥有众多的配变、用户变、箱变、开闭所、配电变压器、柱上开关、分段开关、并联补偿电容器、用户电能表和重要负荷等电气设备，站点一般会有成百上千甚至上万个之多，地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣，要对这些设备进行实时监测控制就需要安装大量的RTU、FTU 、DTU、TTU等终端设备。

从上述描述可知，智能配电网终端设备多，投资建设和管理方更希望采用多个厂家的配电终端设备，通过引入了竞争，避免了垄断，有利于设备的维护；当需要更换终端设备时，同样可以进行竞标来选择性价比高的厂家的终端设备，从而降低了设备维护、维修、更新的成本。

IEC 60870-5-101/104的应用从输电网向配电网一级的拓展是近几年随着智能配电网建设的不断推进而出现的。为保证在互换设备后，整个系统通信仍具有可靠性、准确性，在招标和日后维护中，必须得确保每个终端设备的通信报文准确无误、功能完备、系统参数可查看等，完全遵循104通信规约。目前存在两个方面的突出问题：

1.由于市场容量的扩大，不断有企业进入该领域，对通讯规约的理解程度以及消化能力不同，导致现有产品存在通讯上的缺陷；

2.在各地方电业局建设过程中，主管单位明显缺少熟悉相关规约的专业技术人员，短时间内难以承担对各厂商终端的检测任务。

在整个过程中，建设投资方需要确定通信规约的可选配置，并提供给参与竞标的企业，然后对企业的设备进行测试。由于存在上述两个方面的问题，往往延缓了工作速度。

发明内容

为提高工作效率，本发明根据在智能配电网建设工作中总结的经 验，根据人工智能系统开发技术的基本要求，引入离散事件系统（DES）理论，对整个测试过程进行拆解分析，结合软件开发技术，设计出一套适用于IEC60870-5-101/104通讯协议在智能配电网应用时的智能化自动测试系统。 

系统可根据投资建设方或运行维护方的需求设定测试内容与条目，启动DES设定的流程，根据不同的响应事件，模拟测试专家的人工操作的全部过程，自动填写测试报告，并给出测试结论。具体步骤为：

1)分析正常通讯过程的流程（图1），形成事件集合E={e1,e2,…, en}；

2)根据交互过程，形成语句库L={ l1,l2,…, lm}，位列于该集合中的交互过程为系统正常通讯过程。一个完全正确的测试过程l应位于其克林闭包L*中；

3)分析出IEC60870-5-104通讯协议中正常的通讯状态X={x1,x2,…, xk}；

4)根据正常交互过程，确定转移函数F；

5)以上过程构成一个DES系统G = (X, E, f, Γ, x0,Xm)，其中Γ:X→2E，例如正常通讯状态下，Γ(Xstoped)={U格式报文} 。

6)完成正常通讯分析后，在事件集合E中增加未回应报文后的强制归位事件η以及未知报文事件γ；

7)在本系统中扩展Γ，每一个状态下的可发生事件为所有事件集合，例如在停止状态下，发其它报文看子站是否能应答；

8)设置未知报文事件/异常状态探测关联管理机制: a) 检测到在E中没有的事件后，对未知事件进行特征记录，形成新事件eγ1，并关联到异常状态并提交专家交互界面，在专家给出意见后，可进行状态扩充；b) 如有错误的事件回应，可以探知此时的语句l不属于克林闭包L*，记录到异常状态管理中；

9)自动检测过程完成后，对此次检测的过程l在克林闭包L*进行分析，根据分析结果自动生成检测报表和错误细节报表。

本发明的技术效果在于：随着试点工程的结束，智能配电网的建设即将在 国内大面积铺开，计算机通讯原本就是各电业局的辅助专业配置，对IEC60870-5-104通讯协议有深入了解的技术人员更是稀缺。因此迫切需要有辅助系统能够帮助完成工程建设。同时本发明引入DES系统完成了IEC60870-5-104通讯协议的通讯异常探知，对IEC60870-5-103、IEC61850等通讯协议的同类工作具有推广应用价值。

附图说明

图1 为本发明所依据的60870-5-104正常通讯过程的流程图。