周建新 董 超

(國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061)

增強(qiáng)型多叉樹遞歸法在計算遙信中的應(yīng)用

周建新 董 超

(國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061)

分析了當(dāng)前變電站采用的全遙信計算法的優(yōu)缺點，提出了增強(qiáng)型多叉樹遞歸法，將其變化應(yīng)用到實際計算中，計算的同時時刻檢測失步，保證數(shù)據(jù)和現(xiàn)場運(yùn)行情況的完全一致，并將具體算法和具體變量用C語言實現(xiàn)。

增強(qiáng)型多叉樹遞歸法；計算遙信；變量

0 引言

在變電站自動化系統(tǒng)中，遙信是一個最基本、最重要的信息元素。遠(yuǎn)動設(shè)備通過該信息的實時展現(xiàn)，將變電站的運(yùn)行狀態(tài)及時反映到變電站當(dāng)?shù)睾笈_和調(diào)度自動化運(yùn)行主站。隨著大量智能化變電站的投運(yùn)，變電站內(nèi)各種智能應(yīng)用急劇增加，如事故總合并、程序化控制和智能告警等，這些應(yīng)用均需要用到遙信合并功能，即或遙信；又比如對于很多高壓分相開關(guān)，其位置的合并上送就是與遙信功能。

1 背景

一些傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)常用全遙信計算法來進(jìn)行遙信的與或非計算。這種計算方法簡單，便于編程和理解，但其缺陷也是很明顯的：一是其產(chǎn)生的計算遙信的SOE時標(biāo)只能采用計算時的系統(tǒng)時標(biāo)，不能判斷究竟是哪個信號觸發(fā)了該計算遙信，不利于后期的事故分析和排查；二是鑒于系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率有限，對于一些保護(hù)上送的瞬動信號，在一個全遙信掃描周期內(nèi)，該信號變位又復(fù)歸了，這樣系統(tǒng)將不能檢索到該遙信變化，從而丟失計算遙信，影響調(diào)度的事故告警和判斷。

這樣的計算方法已不適合現(xiàn)在變電站的運(yùn)行需求，本文介紹的多叉樹遞歸法，就是使用參與運(yùn)算的源遙信的COS和SOE分別產(chǎn)生計算結(jié)果遙信的COS和SOE，其中SOE的時標(biāo)使用符合條件的源遙信的SOE時標(biāo)，同時為糾正小概率信號丟失事件而導(dǎo)致的信號不同步問題，采用全遙信增補(bǔ)的增強(qiáng)型算法，這樣既保證了時標(biāo)的一致性和事件計算的及時性，也自動填補(bǔ)了各系統(tǒng)可能存在的漏洞。

2 多叉樹邏輯算法實現(xiàn)

2.1 算法實現(xiàn)

可假設(shè)結(jié)果遙信為根節(jié)點，其子節(jié)點為一個個相互獨(dú)立的源遙信，記為一個數(shù)據(jù)集R={R1，R2，R3，…，Rn}，其中n∈(1，N)，Rn可為其他計算遙信的結(jié)果遙信的根節(jié)點，其源遙信數(shù)據(jù)集為Rn={r1，r2，r3，…，rk}，其中k∈(1，K)。節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)邏輯就是需要計算的各種運(yùn)算邏輯。

具體到特定系統(tǒng)，我們必須根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，對系統(tǒng)每個節(jié)點的每個遙信分別進(jìn)行標(biāo)識，確定其是否是參與計算的子節(jié)點。即對系統(tǒng)的每個信號都根據(jù)計算遙信參數(shù)表進(jìn)行參數(shù)標(biāo)識，記為andYxMark、notYxMark、orYxMark。也就是在后面的計算中，通過分別檢索這3個標(biāo)識來確定當(dāng)前遙信是否參與遙信計算。為便于迅速查找源信號狀態(tài)來判斷當(dāng)前計算遙信是否存在失步狀態(tài)，也就是判斷當(dāng)前結(jié)果遙信狀態(tài)是否和源遙信狀態(tài)保持邏輯一致，并在失步時能及時補(bǔ)全信號，還要增設(shè)源遙信的COS和SOE狀態(tài)記錄變量：CosState、SoeState。針對每個結(jié)果遙信也必須設(shè)定如下變量：結(jié)果遙信的COS狀態(tài)tYxCosState，結(jié)果遙信的SOE狀態(tài)tYxSoeState，結(jié)果遙信的全數(shù)據(jù)狀態(tài)tYxState。

2.2 變量初始化

在系統(tǒng)初始化時，必須對計算遙信的各個原始變量進(jìn)行初始化。由于系統(tǒng)采集全各個信號的狀態(tài)需要一定的時間，故需根據(jù)各自系統(tǒng)的特性，預(yù)留一定的空余時間，來躲避可能的中間態(tài)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，再進(jìn)行計算遙信的變量初始化，否則就會出現(xiàn)多余的中間態(tài)過程。在初始化時，首先要將每個源遙信的CosState和SoeState根據(jù)實際的遙信狀態(tài)進(jìn)行賦初值，然后根據(jù)各自的計算邏輯計算每個結(jié)果遙信的初值。在對結(jié)果遙信賦值的同時，也必須對結(jié)果遙信的tYxCosState、tYxSoeState這兩個變量賦相同的初值。

2.3 算法應(yīng)用

在實際運(yùn)行的系統(tǒng)中，只要在系統(tǒng)的COS和SOE入庫函數(shù)中增加一個鉤子函數(shù)，便能將系統(tǒng)的所有COS和SOE拷貝一份到計算邏輯中，同時也能保證產(chǎn)生的結(jié)果遙信再作為源遙信參與其他計算遙信的計算，也就是遞歸調(diào)用。由于SOE和COS的計算邏輯一致，故下面以SOE為例進(jìn)行說明。

2.3.1 與邏輯

在接收到系統(tǒng)的一個SOE時，通過判斷andYxMark中相關(guān)的位置，判斷該遙信是否參與與邏輯計算。取出SOE的狀態(tài)，先賦值源遙信的SoeState態(tài)，再根據(jù)源遙信的狀態(tài)不同，分別計算結(jié)果遙信的狀態(tài)。當(dāng)源遙信的SOE狀態(tài)為0時，再判斷現(xiàn)階段結(jié)果遙信的tYxSoeState態(tài)，如是合位，也就是狀態(tài)為1，則直接產(chǎn)生結(jié)果遙信的0態(tài)SOE，其SOE的時標(biāo)取該源遙信SOE的時標(biāo)并入庫，同時將結(jié)果遙信的tYxSoeState置0，如結(jié)果遙信的tYxSoeState已經(jīng)是0，說明已經(jīng)有其他源遙信狀態(tài)為0的遙信將該結(jié)果遙信置0了，則直接丟棄該源遙信的分位SOE；當(dāng)源遙信的SOE狀態(tài)為1時，再判斷現(xiàn)階段結(jié)果遙信的tYxSoeState態(tài)，如是分位，則檢索對應(yīng)結(jié)果遙信的所有源遙信的SoeState態(tài)，如果其他所有源遙信的SoeState態(tài)都已經(jīng)是合位，則產(chǎn)生結(jié)果遙信的1態(tài)SOE，其SOE的時標(biāo)取該源遙信SOE的時標(biāo)并入庫，同時將結(jié)果遙信的tYxSoeState置1，否則直接丟棄源遙信的合位SOE。

2.3.2 或邏輯

和與邏輯一樣，在接收到系統(tǒng)的一個SOE時，也是根據(jù)源遙信的狀態(tài)不同，分別計算結(jié)果遙信的狀態(tài)。當(dāng)源遙信的SOE狀態(tài)為1時，再判斷現(xiàn)階段結(jié)果遙信的tYxSoeState態(tài)，如是分位，也就是狀態(tài)為0，則直接產(chǎn)生結(jié)果遙信的1態(tài)SOE，其SOE的時標(biāo)取該源遙信SOE的時標(biāo)并入庫，同時將結(jié)果遙信的tYxSoeState置1，如結(jié)果遙信的tYxSoeState已經(jīng)是1，說明已經(jīng)有其他源遙信狀態(tài)為1的遙信將該結(jié)果遙信置1了，則直接丟棄該源遙信的合位SOE；當(dāng)源遙信的SOE狀態(tài)為0時，再判斷現(xiàn)階段結(jié)果遙信的tYxSoeState態(tài)，如是合位，則檢索對應(yīng)結(jié)果遙信的所有源遙信的SoeState態(tài)，如果其他所有源遙信的SoeState態(tài)都已經(jīng)是分位，則產(chǎn)生結(jié)果遙信的0態(tài)SOE，其SOE的時標(biāo)取該源遙信SOE的時標(biāo)并入庫，同時將結(jié)果遙信的tYxSoeState置0，否則直接丟棄源遙信的分位SOE。

2.3.3 非邏輯

非邏輯計算則相對簡單，因其只是一對一的取反而已。在鉤子函數(shù)獲得一個COS或SOE時，只需判斷結(jié)果遙信的tYxCosState或tYxSoeState，如其現(xiàn)在狀態(tài)與該源遙信的狀態(tài)相同，則直接產(chǎn)生結(jié)果遙信的COS或SOE，其時標(biāo)取源遙信的時標(biāo)，狀態(tài)與源遙信的狀態(tài)相反。

2.3.4 失步判斷

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，以上3種計算邏輯是可以根據(jù)各源遙信的變化來正確產(chǎn)生各結(jié)果遙信的，但具體到變電站實際運(yùn)行中，如果只有這些邏輯計算還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，很可能會出現(xiàn)系統(tǒng)計算邏輯失步的隱患。這是因為電力系統(tǒng)是個十分復(fù)雜的綜合體系，是由若干個子系統(tǒng)融合而來，任何一個環(huán)節(jié)的失誤，都會帶來致命的問題。對于本文的遙信計算邏輯而言，就是有可能會出現(xiàn)源遙信的COS或SOE的丟失，而源遙信的丟失必然會導(dǎo)致結(jié)果遙信的計算錯誤。因此本文提出了這種增強(qiáng)型的多叉樹算法，在實際系統(tǒng)中增加系統(tǒng)全遙信的檢索比對，檢查是否有源遙信的變化數(shù)據(jù)的丟失，及時修正補(bǔ)充計算邏輯，最大限度地確保失步后在保證正確的情況下最短時間內(nèi)恢復(fù)同步計算。雖然與或非的計算邏輯不同，但全數(shù)據(jù)的比對的方法是一致的，本文只以與遙信的同步判斷為例進(jìn)行說明。

判斷是否失步還需要分結(jié)果遙信是否失步和源遙信是否失步。判斷結(jié)果遙信是否失步，先檢索該結(jié)果遙信對應(yīng)的源遙信的全遙信狀態(tài)，只要有一個源遙信的狀態(tài)為0，則該結(jié)果遙信的理論狀態(tài)就應(yīng)該是0，否則就是1，將該狀態(tài)記錄為CalState。然后再獲取該結(jié)果遙信的實際狀態(tài)，記為tYxState，將結(jié)果遙信的CalState、tYxState、tYxCosState、tYxSoeState相互對比，理論上這些都應(yīng)該保持在同一狀態(tài)，否則記為失步標(biāo)識LostStateFlag，同時記下失步時間LostStateTime。判斷失步后，還必須等待一定的時間再采取同步措施。這是為給失步的遙信預(yù)留自動同步的時間，這主要是基于系統(tǒng)中會出現(xiàn)COS或SOE延時入庫的問題，以防我們強(qiáng)制同步后延時的COS或SOE又到達(dá)了，導(dǎo)致計算遙信不準(zhǔn)確或者再失步。在等待同步的時間內(nèi)，必須實時檢測CalState、tYxState、tYxCosState、tYxSoeState這4個標(biāo)識，如同步了，則取消失步標(biāo)識LostStateFlag，中斷該判同步過程。如在規(guī)定時間內(nèi)沒有自動同步，則強(qiáng)制同步，取消失步標(biāo)識，將CalState的狀態(tài)強(qiáng)制同步給tYxState、tYxCosState、tYxSoeState，并更新數(shù)據(jù)庫中結(jié)果遙信的全遙信狀態(tài)。

源遙信失步判斷的方法原理和結(jié)果遙信判斷方法是一致的。先取得源遙信的全遙信狀態(tài)，記為BitState，再和該源遙信的CosState、SoeState對比，只要出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，則記為源遙信失步LostStateFlag，同時記下失步時間。同樣地，在出現(xiàn)源遙信失步的情況下，在強(qiáng)制同步前，也必須有一定的延時，來避免系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)延時導(dǎo)致的異常。在等待同步的時間內(nèi)，如果出現(xiàn)BitState、CosState、SoeState一致的情況，則取消失步標(biāo)識，中斷該判同步過程。如在規(guī)定時間內(nèi)沒有自動同步，則強(qiáng)制同步，將源遙信的全態(tài)BitState賦給CosState和SoeState，同時取消失步標(biāo)識。

3 結(jié)語

這種變化數(shù)據(jù)產(chǎn)生計算遙信的變化數(shù)據(jù)，全數(shù)據(jù)檢索同步的增強(qiáng)型多叉樹遞歸法在系統(tǒng)的計算遙信算法中，相較于一般的全遙信計算法，確保了在沒有變化數(shù)據(jù)丟失的情況下，計算遙信能確保及時準(zhǔn)確地反映到系統(tǒng)中，且SOE的時標(biāo)就是觸發(fā)該計算遙信的源遙信的時標(biāo)，這對于智能告警和各種高級應(yīng)用是至關(guān)重要的。而且就算出現(xiàn)變化數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致系統(tǒng)計算邏輯失步的情況，該方法也能在可容忍時間內(nèi)恢復(fù)同步。該算法本身簡單合理，便于理解和編程實現(xiàn)，對系統(tǒng)的軟硬件需求較低，且也可以在幾乎不改動系統(tǒng)程序架構(gòu)的情況下，順利地移植到任何老系統(tǒng)中。

[1]徐孝凱.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實用教程(C/C++描述)[M].清華大學(xué)出版社，2002

[2](美)埃利斯·霍羅維茨，(美)薩爾塔·薩尼，(美)狄尼斯·梅坦.用C++描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].周維真，張海藩，譯.國防工業(yè)出版社，1997

[3]譚浩強(qiáng)，劉炳文.C++程序設(shè)計教程[M].中國科學(xué)技術(shù)出版社，1996

2014-06-23

周建新(1975—)，男，江蘇泰興人，工程師，研究方向：變電站自動化控制系統(tǒng)通信控制軟件研究開發(fā)。

董超(1986—)，女，江蘇金壇人，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動化研究開發(fā)。