基于链路多态的IEC61850通信系统失效率计算方法技术方案

基于通信链路多种状态计算IEC61850通信系统失效率的方法，创新点在于形成通信系统故障状态空间和提出通信系统状态序列类的概念。所述方法包括步骤：A计算单条通信链路的最大允许连续数据集丢失数量；B定义单条通信链路的状态，计算通信链路的状态数量；C计算通信系统故障状态空间数量

Calculation method of failure rate of IEC61850 communication system based on link polymorphism

The method of calculating the failure rate of IEC61850 communication system based on multiple states of communication links is based on the formation of communication system fault state space and the concept of communication system state sequence class. The method includes steps: A calculates the number of maximum permissible continuous data sets of a single communication link, B defines the state of a single communication link, calculates the number of communication links, and C calculates the number of faults in the communication system.

【技术实现步骤摘要】
基于链路多态的IEC61850通信系统失效率计算方法
本专利技术涉及电力系统通信及系统可靠性计算
，特别是涉及IEC61850通信系统领域的可靠性计算方法，属IEC61850通信系统可靠性领域。
技术介绍
为了适应智能变电站的建设，智能电子设备在变电站得到大规模应用。智能化一次设备可以实现状态信息的数字化采集和网络传输，从而建立基于IEC61850的统一通信系统和通信平台。IEC61850通信系统的状态监测是变电站中智能一次设备的核心组成部分，IEC61850的通信系统是一个分布式实时系统，其功能需要多个IED通过交换信息共同协作，并在规定时间内完成功能。对IEC61850信息系统可靠性的计算，涉及到信息系统在规定时间内是否顺利完成特定功能，其计算和评估方法在当前阶段研究较少。IEC61850信息系统可靠性，是指对特定功能在规定时间内完成的可能性的考察。针对此思想，有研究者提出了基于离散时间马尔科夫链的可靠性评估方法。此类方法的基本思想如下：（1）以IED为顶点或通信链路为基本单元构成通信系统，根据失效的基本单元不同，列举出所有的通信系统状态（包括正常和故障状态）；（2）根据各基本单元的失效率经验数据，可计算出各通信系统状态之间的概率转移矩阵；（3）再以概率转移矩阵为基础，计算出在规定的时间内仍处于正常状态的概率，即可得到通信系统在规定时间内的可用性。由上可知，此类方法计算结果的合理性，取决于各基本单元失效率的确定是否合理。在已提出的方法中，相关的失效率数据一般取自于二次设备厂商的维护数据。这样的失效率数据选取方法，对于通信链路失效率的确定可能存在一定问题。因为维护数据所给出的失效率，对应的都是不可修复故障。而实际上，通信链路在传输两逻辑节点间的数据集时，发生的故障是多种多样的。既有不可修复的故障，也有随机发生的零散数据集丢失（协议、缓存等原因）。而当后者发生时，IEC61850通信系统仍有可能在规定时间完成特定功能（当零散数据集丢失情况不严重时）。因此，通信链路的故障情况应该是多样的。在形成通信系统故障状态空间时，应充分考虑这一因素。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利在基于离散时间马尔科夫链的可靠性计算方法的基础上，提出了一种充分考虑通信链路各种故障状态的IEC61850通信系统失效率计算方法。本专利技术定义了通信链路的各种状态，在链路状态的基础上构成通信系统的状态空间，通过构成通信系统的各链路的状态空间结构，即可形成通信系统状态变化的转移概率矩阵；其次，本专利技术提出了通信系统状态序列类的概念，将庞大的状态转换数量分为较少的几类，每一类状态序列对应一个通信系统有效的序列集合，可更简化的计算在规定时间内的通信系统失效率，使得本专利技术涉及的方法对于状态空间较大的情景仍能够有很好的通用性。由于本技术方案的改进主要体现在对通信链路失效率的确定，因而在计算系统的失效率时，为计算简便，认为各IED不发生硬件失效。为实现此目的，本专利采用的技术方案如下。基于通信链路多种状态计算IEC61850通信系统失效率的方法，所述方法包括步骤：（A）计算单条通信链路的最大允许连续丢包数量n；（B）定义单条通信链路的状态，计算通信链路可能存在的状态数量；（C）计算出通信系统故障状态空间的状态数量r，并规定通信系统各条链路都正常的状态记为G(1)，其余的状态分别记为G(2)~G(r)，并将状态G(1)~G(r)一一对应于具体链路状态；（D）根据通信链路状态之间的转移概率为pj计算通信系统状态一步转移概率矩阵P(1)；（E）根据通信系统所有可能的状态序列中，首次出现系统传送有效的时刻特征对通信系统状态进行分类；（F）按照首中概率计算方法，计算各状态序列类的概率；（G）计算在规定时间内通信系统的失效率。在所述的步骤B中，关于信息链路状态的定义如下：将事件“某固定时刻通信链路i将要发生连续j个时间间隔（包含当前时刻）的传送故障”记为状态Li(j)该通信链路i在某一时刻可能存在的状态数量为m+1个，其中m为自该时刻至规定时间结束剩余的采样次数（1≤m≤n+1），故事件“通信链路i在当前时刻正常”的状态应记为Li(0)步骤E中对状态序列分为若干个状态序列类，其步骤包括：E1、定义初始时刻（0时刻）系统为正常，然后按照发送数据的时间顺序形成通信系统的状态，每一个按照时间顺序排列的固定顺序称之为一个“状态序列”。每一序列均拥有n+2个状态，其中第一个（0时刻的）状态为G(1)。故通信系统拥有rn+1个状态序列。E2、对rn+1个状态序列进行分类，为使通信系统有效，故要求在所有序列类中，出现至少一个正常状态G(1)的即为系统有效，故按照在0时刻后首次出现状态G(1)状态的顺序，对所有含状态G(1)的状态序列进行分类，可分为n+1个状态序列。而对于不包含G(1)的状态序列，由于该状态序列对应于系统无效，不在状态序列类的分类之中。E3、对每一状态序列类，将其中的G(1)状态表示为1，确定为非G(1)的状态1表示为0，其余不确定的状态用“*”表示。在以上规则基础上，将通信链路发生故障时的数据集丢失的时间长度，作为区分通信链路各类故障的依据，各类故障都有一定的发生概率。以此为基础，形成通信系统的全部故障状态空间，并计算各状态之间的一步转移概率矩阵。在计算规定时间内通信系统的失效率时，假设只要有一个时刻各条链路均处于正常状态，就认为通信系统没有失效。基于以上链路通信可用的实际情况，定义了状态序列类的概念，并将其用于通信系统在规定时间内的失效率计算中。附图说明图1为本专利技术实施方式中基于通信链路多种状态计算IEC61850通信系统失效率的流程图。图2为本专利技术中一个单条链路的可能状态示意图。图3为本专利技术中一个包含3条链路的通信系统示意图，且该图中每条通信链路的可能状态均如图2所示。图4为对应于图3通信系统在某一时刻形成的状态空间。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细说明。以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体步骤和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。然而，应该理解，本专利技术不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。同时应该理解，如在此所用的术语“链路”表示一条单独的通信传送渠道，“通信系统”表示多条链路通过一定方式连接成的一个通信单元。“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解（例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等）。另外，在本专利技术中计算通信系统可靠性的步骤中，涉及到针对首中概率的求取。下面给出首中概率的基本概念和计算方法，以便对应后续内容的说明。假设已知齐次有限马尔科夫链的一步转概阵P，状态i经过n(n>2)步首次到状态j的概率为称为状态i到j的n步首中概率。特别地，当i=j时，称为状态i的n步首返概率。上式中，r为P的阶数，为k到m的不经过j的n-2步转移概率。写成矩阵形式为行矩阵Ri为P中状态i对应的行去掉pij，列矩阵Cj为P中状态j对应的列去掉pij，为其他状态间不经过j的n-2步转移概率矩阵。在一步转移概率矩阵P中，去掉状态j所对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于通信链路多种状态计算IEC61850通信系统失效率的方法，所述方法步骤包括：（A）计算单条通信链路的最大允许连续丢包数量

【技术特征摘要】
1.基于通信链路多种状态计算IEC61850通信系统失效率的方法，所述方法步骤包括：（A）计算单条通信链路的最大允许连续丢包数量n；（B）定义单条通信链路的状态，计算通信链路可能存在的状态数量；（C）计算出通信系统故障状态空间的状态数量r，并规定通信系统各条链路都正常的状态记为G(1)，其余的状态分别记为G(2)~G(r)，并将状态G(1)~G(r)一一对应于具体链路状态；（D）根据通信链路状态之间的转移概率为pj计算通信系统状态一步转移概率矩阵P(1)；（E）根据通信系统所有可能的状态序列中，首次出现系统传送有效的时刻特征对通信系统状态进行分类；（F）按照首中概率计算方法，计算各状态序列类的概率；计算在规定时间内通信系统的失效率。2.根据权利要求1中所述的基于通信链路多种状态计算IEC61850通信系统失效率的方法，其特征在于，所述步骤B中，对单条通信链路的状态的定义，本专利对通信链路状态的定义为“某固定时刻通信链路i将要发生连续j个时间间隔（包含当前时刻）的传送故障”为状态，由于通信链路在规定时间内的最大传送次数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹昉，陆俊，刘柱，韦磊，蔡悦，刘畅，王子豪，李欣宁，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网信息通信产业集团有限公司，国网江苏省电力公司南京供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11