基于领域知识图谱的智能变电站光纤链路在线监测方法

技术领域

本发明涉及智能变电站光纤链路在线监测技术领域，具体涉及一种基于领域知识图谱的智能变电站光纤链路在线监测方法。

背景技术

目前智能站对装置端口光功率的监测方法较少，需要检修调试人员通过间隔层设备、过程层设备菜单查阅各个端口的光功率，不能实时监测、预测光功率的变化以及断链是否将要发生。

现在对于智能站断链处理多数基于过程层虚回路通过SCD(全站系统配置文件)文件展示及故障诊断，基于虚实回路结合分析二次回路的研究及成果不多，展示全链路信息的方法非常少；同时结合光纤链路光功率预测断链，以及结合光功率处理断链方面的研究更少。

目前SPCD(光纤物理回路模型文件)文件的建立提供了完整地变电站物理端口信息，基于九统一规范要求新款交换机具备光功率监测功能，这都为智能变电站光纤链路监测提供了条件。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种通过SCD文件和SPCD文件导出端口信息，根据需要定义三元组信息，再结合虚回路信息信息，运用领域知识图谱方法建立虚实回路模型，完成智能变电站全链路信息展示；同时提取间隔层设备、过程层设备、交换机端口光功率信息的方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于领域知识图谱的智能变电站光纤链路在线监测方法，包括如下步骤：

a)获取SPCD文件及SCD文件；

b)对SPCD文件进行端口定义、关系定义，对SCD文件进行端口定义、关系定义；c)对SPCD文件和SCD文件进行知识抽取，SCD导出的虚端子连接表格有首末端装置以及末端装置接收端口号，将虚端子连接表格转换成.CSV格式文件，SPCD导出的端口连接表格具备首末端装置端口编号以及支路编号，将端口连接表格转换成.CSV格式文件，在打开的neo4j图数据库中输入代码，调阅SPCD形成的.CSV格式文件形成需要领域专家检查的知识图谱1，在打开的neo4j图数据库中输入代码，调阅SCD形成的.CSV格式文件形成需要领域专家检查的知识图谱2；

d)根据知识图谱2数据库某个末端装置信息与知识图谱1中的实体端口信息进行相似度比较，使用字符串向量的余弦相似度表示，进行末端端口融合和初步关系融合；

e)进行知识图谱框架评估及知识图谱关系评估；

f)完成建立基于知识图谱的智能变电站全链路信息展示系统；

g)保测装置、合智装置、交换机均通过调试网口，利用厂家专用工具读取各个光端口的光功率值，各个光端口的光功率值与知识图谱通过装置端口信息识别并关联监视，所有光端口的光功率值经过网线传输到光纤链路监测中心交互机，并利用光纤链路监测中心交互机上传到基于知识图谱的智能变电站全链路信息展示系统；

h)对所有端口光功率的监视规定采样周期，设置采样预警值，端口正常光功率不存储，如果某一端口光功率下降至规定的预警值e

进一步的，步骤b)包括如下步骤：

b-1)将SPCD文件中全站端口作为知识图谱三元组的实体，将SCD文件中虚回路信息、SPCD文件中链路编号作为关系；

b-2)将SCD文件转换形成三元组数据形式为：<首端转置，虚拟回路信息，尾端装置端口号>，装置名称/板卡信息：智能电子设备名称+电压等级+线路名称+装置类型+端口号；

b-3)将SPCD文件转换形成三元组数据形式为：<首端口，光纤支路编号，尾端口>，端口信息组成：智能电子设备名称+电压等级+线路名称+装置类型+端口号。步骤b-2)中装置类型为：过程层装置或间隔层装置或ODF，步骤b-2)中仅末端订阅装置有端口号，步骤b-3)中装置类型为：过程层装置或间隔层装置或ODF。进一步的，步骤c)中进行知识抽取时分设备区进行，设备区包括主变设备、220kV设备、110kV设备、公共设备。

进一步的，步骤d)包括如下步骤：

d-1)抽取知识图谱2数据库某个末端装置端口信息字符串与知识图谱1数据库各个端口信息字符串进行向量化处理，分别形成字符串向量

d-2)将知识图谱1和知识图谱2的尾端口相连接，得到新的知识图谱，更改知识图谱2中三元组指向，知识图谱2中三元组尾端口互换，强制将新的知识图谱中的首端口和尾端口连接，形成虚拟单向连通图，新形成的虚拟单向连通图端口5到端口1没有虚回路信息，建立有向图的临接矩阵，矩阵元素

进一步的，步骤e)包括如下步骤：

e-1)知识图谱框架评估采用曼哈顿距离向量组度量的方法，将汉字进行向量化处理，将支路号及端口号以十六进制数呈现，对知识图谱1和新的知识图谱中某回路中各个支路中的首端口和尾端口信息、支路号进行向量化处理，形成两个向量组，将两个向量组中的各个向量进行曼哈顿距离计算，如果计算得到的向量为零，则该回路框架结构正确，如果计算得到的向量不为零，通过人工进行查找并修改不一致的端口信息；

e-2)知识图谱关系评估采用字符串向量余弦相似度的方法，将知识图谱2的虚回路信息进行向量化处理，并将其作为基准向量，将新的知识图谱中该回路中每一条支路的关系形成向量，并分别计算与基准向量的比较结果，如果比较的结果全为1，则该回路框架结构正确，如果比较的结果不全为1，通过人工进行修改新的知识图谱中该支路相关虚回路信息。

步骤g)中使用分光器2光分对保测装置、合智装置、交换机进行分光，分光后一路经过SOA光放大后继续进行链路传输，分光后另一路经过SOA光放大后继续进行链路端口光功率监测，经过SOA输出用于监测用的光纤需要接入交换机，通过交换机读取光功率值。

优选的，步骤h)中预警值e

优选的，步骤h)中利用5G传输技术远程快速传输到指定的客户端。

本发明的有益效果是：通过SCD文件和SPCD文件导出端口信息，根据需要定义三元组信息，再结合虚回路信息信息，运用领域知识图谱方法建立虚实回路模型，完成智能变电站全链路信息展示；同时提取间隔层设备、过程层设备、交换机端口光功率信息的方法，形成一种智能变电站光纤链路监测方法，同时为智能变电站断链消缺提供了辅助手段。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的末端端口信息融合示意图；

图3为本发明的初步关系融合示意图；

图4为本发明的光纤回路全信息融合的知识图谱示意图；

图5为本发明知识图谱框架评估举例示意图；

图6为本发明知识图谱关系评估举例示意图；

图7为本发明的光纤物理回路端口信息展开图。

具体实施方式

下面结合附图1至附图7对本发明做进一步说明。

如附图1所示，一种基于领域知识图谱的智能变电站光纤链路在线监测方法，包括如下步骤：

a)获取SPCD文件及SCD文件。SCD文件提供了装置订阅的虚回路信息、接收装置端口信息以及发送端装置名称、信息流流向。SPCD文件提供了变电站内光纤回路链路及端口拓扑图，为了方便建模约定交换机采用组播技术，这为虚实回路对应提供了条件。

b)实体定义：SCD文件虚端子图为有向图，但只给出了传输虚回路信息的首端装置信息、尾端装置及端口信息，缺少传递虚回路信息整条链路的端口信息，而SPCD文件给出了智能站全站的端口连接拓扑图，包括间隔层设备、过程层设备、交换机、光配(ODF)的端口信息。对SPCD文件进行端口定义、关系定义，对SCD文件进行端口定义、关系定义。

c)知识抽取：基于知识图谱的智能变电站光纤链路在线监测系统的理论源于SPCD文件、SCD文件数据库，两种数据库都属于关系型数据库。对SPCD文件和SCD文件进行知识抽取，SCD导出的虚端子连接表格有首末端装置以及末端装置接收端口号，将虚端子连接表格转换成.CSV格式文件，SPCD导出的端口连接表格具备首末端装置端口编号以及支路编号，将端口连接表格转换成.CSV格式文件，在打开的neo4j图数据库中输入代码，调阅SPCD形成的.CSV格式文件形成需要领域专家检查的知识图谱1，在打开的neo4j图数据库中输入代码，调阅SCD形成的.CSV格式文件形成需要领域专家检查的知识图谱2。

d)知识融合：根据知识图谱2数据库某个末端装置信息与知识图谱1中的实体端口信息进行相似度比较，使用字符串向量的余弦相似度表示，进行末端端口融合和初步关系融合。

e)质量评估：进行知识图谱框架评估及知识图谱关系评估。在进行质量评估前，根据数据库特点每个间隔的端口信息、虚回路信息很多相似相同，根据设备区分别定义词典，采用One-hot表示并形成向量，通过词典向量进行向量比较。

f)完成建立基于知识图谱的智能变电站全链路信息展示系统。

g)保测装置、合智装置、交换机都可以通过调试网口，利用厂家专用工具读取各个光端口的光功率值。ODF无法读出端口光功率，考虑尽量不失真，使用分光器2光分进行分光，分光后一路经过SOA(半导体光放大器)光放大后继续进行链路传输，另外一路经过SOA光放大后继续进行链路端口光功率监测，经过SOA输出用于监测用的光纤需要接入交换机，通过交换机读取光功率值。端口光功率与知识图谱通过装置端口通过端口信息识别、关联并监视。所有的端口光功率经过网线传输到光纤链路监测中心交换机，最后上传到光纤链路监控系统。

h)对所有端口光功率的监视规定采样周期，设置采样预警值，端口正常光功率不存储，如果某一端口光功率下降至规定的预警值e

i)如果第m条回路有断链报警，且如果最末端装置接收不到该回路的虚回路信息，则判定为末端装置接收端口故障，该回路第n条光纤回路故障，末端装置的上一级装置发送功率端口故障。基于上述原理，假设该回路有n条支路，发送端口、接收端口都有n个；各端口正常光功率记为1，越下限值光功率记为0；建立发送矩阵T＝(T

如附图7所示，若R

在本发明的一个具体实施例中，步骤b)包括如下步骤：

b-1)将SPCD文件中全站端口作为知识图谱三元组的实体，将SCD文件中虚回路信息(订阅装置的“内部信号描述”)、SPCD文件中链路编号作为关系；

b-2)将SCD文件转换形成三元组数据形式为：<首端转置，虚拟回路信息，尾端装置端口号>，装置名称/板卡信息：智能电子设备名称(IEDname)+电压等级+线路名称+装置类型+端口号(仅末端订阅装置有该信息)。

b-3)将SPCD文件转换形成三元组数据形式为：<首端口，光纤支路编号，尾端口>，端口信息组成：智能电子设备名称(IEDname)+电压等级+线路名称+装置类型+端口号。

步骤b-2)中装置类型为：过程层装置或间隔层装置或ODF，步骤b-2)中仅末端订阅装置有端口号，步骤b-3)中装置类型为：过程层装置或间隔层装置或ODF。在本发明的一个具体实施例中，步骤c)中进行知识抽取时分设备区进行，设备区包括主变设备、220kV设备、110kV设备、公共设备。

在本发明的一个具体实施例中，步骤d)包括如下步骤：

d-1)抽取知识图谱2数据库某个末端装置端口信息字符串与知识图谱1数据库各个端口信息字符串进行向量化处理，分别形成字符串向量

d-2)将知识图谱1和知识图谱2的尾端口相连接，得到新的知识图谱，更改知识图谱2中三元组指向，知识图谱2中三元组尾端口互换，强制将新的知识图谱中的首端口和尾端口连接，形成虚拟单向连通图，新形成的虚拟单向连通图端口5到端口1没有虚回路信息，建立有向图的临接矩阵，矩阵元素

如附图3和附图4所示，邻接矩阵举例说明：

由知识图谱1、知识图谱2经过变换后得到的新图谱如附图3所示，邻接矩阵表示为：

该矩阵出度、入度都为1，矩阵中顶点个数为5，所有元素之和为5，说明该回路单向连通。

在本发明的一个具体实施例中，步骤e)包括如下步骤：

e-1)由实体定义可知，端口信息组成：智能电子设备名称(IEDname)+电压等级+线路名称+装置类型(如过程层装置、间隔层装置、ODF等)+端口号；“智能电子设备名称(IEDname)+电压等级+线路名称”、“装置类型(如过程层装置、间隔层装置、ODF等)”“端口号”等信息具有唯一性，为了降低维度向量，分设备区(如主变区、220kV设备区等)分别进行知识框架评价。支路号及端口号以十六进制数呈现，以利于计算机进行计算；对每一条回路框架信息进行相似度评价。，对知识图谱1和新的知识图谱中某回路中各个支路中的首端口和尾端口信息、支路号进行向量化处理，形成两个向量组，将两个向量组中的各个向量进行曼哈顿距离计算，如果计算得到的向量为零，则该回路框架结构正确，如果计算得到的向量不为零，通过人工进行查找并修改不一致的端口信息。

如附图5所示，以直跳回路举例说明：

通过定义词典查得，“-”约定为零、“PL2203A:220kV陵县II线保护A套”、“7-D”、“IL2203A:220kV陵县II线智能终端A套”、“3-A”“11”“7-E”“PL2203A:220kV陵县II线保护A套”＝(1、0、0、0、0、0、......)“IL2203A:220kV陵县II线智能终端A套”＝(0、1、0、0、0、......)

“7-D”＝(0、1、1、1、0、1、1、0、1)

“7-E”＝(0、1、1、1、0、1、1、1、0)

“3-A”＝(0、0、1、1、0、1、0、1、0)

“11”＝(0、0、0、0、1、0、1、1)

进行曼哈顿距离组度量计算：

计算结果：

以上结果显示该回路有错误，需要检查。

e-2)知识图谱关系评估采用字符串向量余弦相似度的方法，将知识图谱2的虚回路信息进行向量化处理，并将其作为基准向量，将新的知识图谱中该回路中每一条支路的关系形成向量，并分别计算与基准向量的比较结果，如果比较的结果全为1，则该回路框架结构正确，如果比较的结果不全为1，通过人工进行修改新的知识图谱中该支路相关虚回路信息。

如附图6所示，举例说明：

图6知识图谱关系评估举例示意图

如果图谱2虚回路信息字符串为“断路器A相跳闸位置断路器B相跳闸位置断路器C相跳闸位置闭锁重合闸低气压闭锁重合闸”，新图谱虚回路信息字符串“断路器A相跳闸位置断路器相跳闸位置断路器C相跳闸位置闭锁重合闸低气压闭锁重合闸”，向量化处理后A＝(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)，B＝(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)，相似度计算结果为：

步骤g)中使用分光器2光分对保测装置、合智装置、交换机进行分光，分光后一路经过SOA光放大后继续进行链路传输，分光后另一路经过SOA光放大后继续进行链路端口光功率监测，经过SOA输出用于监测用的光纤需要接入交换机，通过交换机读取光功率值。

在本发明的一个具体实施例中，步骤h)中预警值e

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。