增強(qiáng)型多叉樹(shù)遞歸法在計(jì)算遙信中的應(yīng)用

周建新 董 超

(國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061)

增強(qiáng)型多叉樹(shù)遞歸法在計(jì)算遙信中的應(yīng)用

周建新 董 超

(國(guó)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(jì)算法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了增強(qiáng)型多叉樹(shù)遞歸法，將其變化應(yīng)用到實(shí)際計(jì)算中，計(jì)算的同時(shí)時(shí)刻檢測(cè)失步，保證數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的完全一致，并將具體算法和具體變量用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

增強(qiáng)型多叉樹(shù)遞歸法；計(jì)算遙信；變量

0 引言

在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，遙信是一個(gè)最基本、最重要的信息元素。遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備通過(guò)該信息的實(shí)時(shí)展現(xiàn)，將變電站的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)反映到變電站當(dāng)?shù)睾笈_(tái)和調(diào)度自動(dòng)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(duì)于很多高壓分相開(kāi)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(dòng)化系統(tǒng)常用全遙信計(jì)算法來(lái)進(jìn)行遙信的與或非計(jì)算。這種計(jì)算方法簡(jiǎn)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(jì)算遙信的SOE時(shí)標(biāo)只能采用計(jì)算時(shí)的系統(tǒng)時(shí)標(biāo)，不能判斷究竟是哪個(gè)信號(hào)觸發(fā)了該計(jì)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(duì)于一些保護(hù)上送的瞬動(dòng)信號(hào)，在一個(gè)全遙信掃描周期內(nèi)，該信號(hào)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(jì)算遙信，影響調(diào)度的事故告警和判斷。

這樣的計(jì)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(shù)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(jì)算結(jié)果遙信的COS和SOE，其中SOE的時(shí)標(biāo)使用符合條件的源遙信的SOE時(shí)標(biāo)，同時(shí)為糾正小概率信號(hào)丟失事件而導(dǎo)致的信號(hào)不同步問(wèn)題，采用全遙信增補(bǔ)的增強(qiáng)型算法，這樣既保證了時(shí)標(biāo)的一致性和事件計(jì)算的及時(shí)性，也自動(dòng)填補(bǔ)了各系統(tǒng)可能存在的漏洞。

2 多叉樹(shù)邏輯算法實(shí)現(xiàn)

2.1 算法實(shí)現(xiàn)

可假設(shè)結(jié)果遙信為根節(jié)點(diǎn)，其子節(jié)點(diǎn)為一個(gè)個(gè)相互獨(dú)立的源遙信，記為一個(gè)數(shù)據(jù)集R={R1，R2，R3，…，Rn}，其中n∈(1，N)，Rn可為其他計(jì)算遙信的結(jié)果遙信的根節(jié)點(diǎn)，其源遙信數(shù)據(jù)集為Rn={r1，r2，r3，…，rk}，其中k∈(1，K)。節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)邏輯就是需要計(jì)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(duì)系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)遙信分別進(jìn)行標(biāo)識(shí)，確定其是否是參與計(jì)算的子節(jié)點(diǎn)。即對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)信號(hào)都根據(jù)計(jì)算遙信參數(shù)表進(jìn)行參數(shù)標(biāo)識(shí)，記為andYxMark、notYxMark、orYxMark。也就是在后面的計(jì)算中，通過(guò)分別檢索這3個(gè)標(biāo)識(shí)來(lái)確定當(dāng)前遙信是否參與遙信計(jì)算。為便于迅速查找源信號(hào)狀態(tài)來(lái)判斷當(dāng)前計(jì)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(shí)能及時(shí)補(bǔ)全信號(hào)，還要增設(shè)源遙信的COS和SOE狀態(tài)記錄變量：CosState、SoeState。針對(duì)每個(gè)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(shí)，必須對(duì)計(jì)算遙信的各個(gè)原始變量進(jìn)行初始化。由于系統(tǒng)采集全各個(gè)信號(hào)的狀態(tài)需要一定的時(shí)間，故需根據(jù)各自系統(tǒng)的特性，預(yù)留一定的空余時(shí)間，來(lái)躲避可能的中間態(tài)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，再進(jìn)行計(jì)算遙信的變量初始化，否則就會(huì)出現(xiàn)多余的中間態(tài)過(guò)程。在初始化時(shí)，首先要將每個(gè)源遙信的CosState和SoeState根據(jù)實(shí)際的遙信狀態(tài)進(jìn)行賦初值，然后根據(jù)各自的計(jì)算邏輯計(jì)算每個(gè)結(jié)果遙信的初值。在對(duì)結(jié)果遙信賦值的同時(shí)，也必須對(duì)結(jié)果遙信的tYxCosState、tYxSoeState這兩個(gè)變量賦相同的初值。

2.3 算法應(yīng)用

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

2.3.1 與邏輯

在接收到系統(tǒng)的一個(gè)SOE時(shí)，通過(guò)判斷andYxMark中相關(guān)的位置，判斷該遙信是否參與與邏輯計(jì)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(jì)算結(jié)果遙信的狀態(tài)。當(dāng)源遙信的SOE狀態(tài)為0時(shí)，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(shí)標(biāo)取該源遙信SOE的時(shí)標(biāo)并入庫(kù)，同時(shí)將結(jié)果遙信的tYxSoeState置0，如結(jié)果遙信的tYxSoeState已經(jīng)是0，說(shuō)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(shí)，再判斷現(xiàn)階段結(jié)果遙信的tYxSoeState態(tài)，如是分位，則檢索對(duì)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(shí)標(biāo)取該源遙信SOE的時(shí)標(biāo)并入庫(kù)，同時(shí)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(gè)SOE時(shí)，也是根據(jù)源遙信的狀態(tài)不同，分別計(jì)算結(jié)果遙信的狀態(tài)。當(dāng)源遙信的SOE狀態(tài)為1時(shí)，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(shí)標(biāo)取該源遙信SOE的時(shí)標(biāo)并入庫(kù)，同時(shí)將結(jié)果遙信的tYxSoeState置1，如結(jié)果遙信的tYxSoeState已經(jīng)是1，說(shuō)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(shí)，再判斷現(xiàn)階段結(jié)果遙信的tYxSoeState態(tài)，如是合位，則檢索對(duì)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(shí)標(biāo)取該源遙信SOE的時(shí)標(biāo)并入庫(kù)，同時(shí)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(jì)算則相對(duì)簡(jiǎn)單，因其只是一對(duì)一的取反而已。在鉤子函數(shù)獲得一個(gè)COS或SOE時(shí)，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(shí)標(biāo)取源遙信的時(shí)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(shí)，以上3種計(jì)算邏輯是可以根據(jù)各源遙信的變化來(lái)正確產(chǎn)生各結(jié)果遙信的，但具體到變電站實(shí)際運(yùn)行中，如果只有這些邏輯計(jì)算還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，很可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)計(jì)算邏輯失步的隱患。這是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)是個(gè)十分復(fù)雜的綜合體系，是由若干個(gè)子系統(tǒng)融合而來(lái)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤，都會(huì)帶來(lái)致命的問(wèn)題。對(duì)于本文的遙信計(jì)算邏輯而言，就是有可能會(huì)出現(xiàn)源遙信的COS或SOE的丟失，而源遙信的丟失必然會(huì)導(dǎo)致結(jié)果遙信的計(jì)算錯(cuò)誤。因此本文提出了這種增強(qiáng)型的多叉樹(shù)算法，在實(shí)際系統(tǒng)中增加系統(tǒng)全遙信的檢索比對(duì)，檢查是否有源遙信的變化數(shù)據(jù)的丟失，及時(shí)修正補(bǔ)充計(jì)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(shí)間內(nèi)恢復(fù)同步計(jì)算。雖然與或非的計(jì)算邏輯不同，但全數(shù)據(jù)的比對(duì)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(shuō)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(duì)應(yīng)的源遙信的全遙信狀態(tài)，只要有一個(gè)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(shí)際狀態(tài)，記為tYxState，將結(jié)果遙信的CalState、tYxState、tYxCosState、tYxSoeState相互對(duì)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(shí)LostStateFlag，同時(shí)記下失步時(shí)間LostStateTime。判斷失步后，還必須等待一定的時(shí)間再采取同步措施。這是為給失步的遙信預(yù)留自動(dòng)同步的時(shí)間，這主要是基于系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)COS或SOE延時(shí)入庫(kù)的問(wèn)題，以防我們強(qiáng)制同步后延時(shí)的COS或SOE又到達(dá)了，導(dǎo)致計(jì)算遙信不準(zhǔn)確或者再失步。在等待同步的時(shí)間內(nèi)，必須實(shí)時(shí)檢測(cè)CalState、tYxState、tYxCosState、tYxSoeState這4個(gè)標(biāo)識(shí)，如同步了，則取消失步標(biāo)識(shí)LostStateFlag，中斷該判同步過(guò)程。如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有自動(dòng)同步，則強(qiáng)制同步，取消失步標(biāo)識(shí)，將CalState的狀態(tài)強(qiáng)制同步給tYxState、tYxCosState、tYxSoeState，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)比，只要出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，則記為源遙信失步LostStateFlag，同時(shí)記下失步時(shí)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(shí)，來(lái)避免系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)延時(shí)導(dǎo)致的異常。在等待同步的時(shí)間內(nèi)，如果出現(xiàn)BitState、CosState、SoeState一致的情況，則取消失步標(biāo)識(shí)，中斷該判同步過(guò)程。如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有自動(dòng)同步，則強(qiáng)制同步，將源遙信的全態(tài)BitState賦給CosState和SoeState，同時(shí)取消失步標(biāo)識(shí)。

3 結(jié)語(yǔ)

這種變化數(shù)據(jù)產(chǎn)生計(jì)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(shù)遞歸法在系統(tǒng)的計(jì)算遙信算法中，相較于一般的全遙信計(jì)算法，確保了在沒(méi)有變化數(shù)據(jù)丟失的情況下，計(jì)算遙信能確保及時(shí)準(zhǔn)確地反映到系統(tǒng)中，且SOE的時(shí)標(biāo)就是觸發(fā)該計(jì)算遙信的源遙信的時(shí)標(biāo)，這對(duì)于智能告警和各種高級(jí)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(jì)算邏輯失步的情況，該方法也能在可容忍時(shí)間內(nèi)恢復(fù)同步。該算法本身簡(jiǎn)單合理，便于理解和編程實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)的軟硬件需求較低，且也可以在幾乎不改動(dòng)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(shí)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(guó)防工業(yè)出版社，1997

[3]譚浩強(qiáng)，劉炳文.C++程序設(shè)計(jì)教程[M].中國(guó)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(dòng)化控制系統(tǒng)通信控制軟件研究開(kāi)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(dòng)化研究開(kāi)發(fā)。