基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统、设备及存储介质

本发明涉及配电柜保护，具体涉及基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着现代智能配电网的快速发展，分布式电源高比例接入与微电网运行方式多变成为常态。在此基础上，对配电柜的需求也越来越高，其不仅需要完成常规的电能分配和故障保护，还需要在不同运行状态之间进行切换，并根据不同运行方式对断路器、硬件电气闭锁回路以及保护装置定值组进行协同控制。

2、因此，配电柜保护逻辑已经由传统的保护动作，逐渐发展为涉及状态识别、事件触发、保护定值切换、物理倒闸、闭锁校验以及动作反馈确认的复合控制过程。

3、现有的配电柜存在着些许问题：扩展性不足，导致配电柜的逻辑微调需停电并重新烧录固件，无法做到“软件定义”；事件响应滞后，传统的定时轮询机制在多源故障并发时极易引发保护延时、误动或拒动；缺乏安全容错机制，在执行定值切换或倒闸等复杂动作时，若底层硬件异常，系统常停留在不确定中间状态，缺乏自动回滚至基准安全状态的能力。

4、针对上述缺陷，本发明提出一种基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统。通过引入发布－订阅式的中央事件管理总线与层次化有限状态机引擎，将复杂保护逻辑抽象为状态转移规则；利用事件驱动机制实现对突变信号的毫秒级实时响应，并通过状态机自适应切换保护定值；同时，构建原子化动作执行与反向补偿回滚机制，确保异常时安全倒序撤销。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能解决现有技术扩展性不足、事件响应滞后与缺乏安全容错机制的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统、设备及存储介质。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统，其包括如下模块：

3、配置管理模块，用于获取配电柜保护逻辑的状态转移规则和控制指令规则，形成状态控制数据，并将所述状态控制数据发送给事件管理模块、状态决策模块和受控执行模块；

4、信号处理模块，用于采集配电柜受控对象的运行信号并进行预处理生成标准事件对象，将所述标准事件对象发送给所述事件管理模块；

5、事件管理模块，用于接收所述标准事件对象，并发送至订阅主体，所述订阅主体包括所述状态决策模块和所述动作控制模块；

6、状态决策模块，用于根据所述状态控制数据和所述标准事件对象确定所述配电柜的目标运行状态，并输出保护控制信息，所述保护控制信息包括控制指令序列以及与所述控制指令序列关联的回滚指令；

7、动作控制模块，用于根据所述保护控制信息生成动作控制信息并发送给所述受控执行模块；还用于根据所述回滚指令生成用于恢复的所述动作控制信息；

8、受控执行模块，用于根据所述动作控制信息执行保护动作并获取反馈的动作状态后输出动作结果信息；还用于根据用于恢复的所述动作控制信息，将所述配电柜受控对象恢复至基准状态。

9、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述配置管理模块执行以下步骤：

10、步骤1.1：获取配电柜保护逻辑中的运行状态集合、状态转移轨迹集合、触发事件对象以及时序或阈值约束条件，并根据所述运行状态集合、所述状态转移轨迹集合、所述触发事件对象以及所述时序或阈值约束条件形成所述状态转移规则；

11、步骤1.2：为所述状态转移轨迹配置控制指令序列，并为所述控制指令序列中的原子化动作配置反向补偿回滚算子，根据所述反向补偿回滚算子形成所述回滚指令，以形成所述控制指令规则；

12、步骤1.3：对所述状态转移规则和所述控制指令规则进行合法性校验；

13、步骤1.4：在所述合法性校验通过后，根据所述状态转移规则和所述控制指令规则形成所述状态控制数据，并将所述状态控制数据发送给所述事件管理模块、所述状态决策模块和所述受控执行模块。

14、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述信号处理模块执行以下步骤：

15、步骤2.1：采集配电柜受控对象的运行信号，所述运行信号包括模拟量信号、开关量信号和通信报文信号中的至少一种；

16、步骤2.2：对所述运行信号进行预处理，得到运行信号处理结果，并根据所述运行信号处理结果确定事件类型；

17、步骤2.3：根据所述事件类型生成标准事件对象，并将所述标准事件对象发送给所述事件管理模块。

18、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述事件管理模块执行以下步骤：

19、步骤3.1：接收所述配置管理模块发送的所述状态控制数据，并根据所述状态控制数据建立事件订阅注册表，所述事件订阅注册表用于记录事件类型与订阅主体之间的对应关系；

20、步骤3.2：接收所述信号处理模块发送的所述标准事件对象，并读取所述标准事件对象中的事件来源、事件类型码和采集时间；

21、步骤3.3：根据所述事件订阅注册表匹配所述事件类型码对应的订阅主体，并将所述标准事件对象发送给所述状态决策模块和所述动作控制模块；

22、步骤3.4：接收状态转移完成或保护动作执行完成后的确认报文，并根据所述确认报文更新对应的所述标准事件对象的状态。

23、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述状态决策模块执行以下步骤：

24、步骤4.1：读取并解析所述状态控制数据，获取所述状态转移规则，并记录所述配电柜的当前运行状态作为基准状态；

25、步骤4.2：接收所述事件管理模块发送的所述标准事件对象，并根据所述标准事件对象和所述状态转移规则确定所述配电柜是否满足状态转移条件；

26、步骤4.3：当满足所述状态转移条件时，确定所述配电柜的目标运行状态，并根据所述当前运行状态和所述目标运行状态确定对应的状态转移轨迹；

27、步骤4.4：查找与所述状态转移轨迹关联的所述控制指令序列和所述回滚指令，生成所述保护控制信息，并将所述保护控制信息发送给所述动作控制模块。

28、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述动作控制模块执行以下步骤：

29、步骤5.1：接收所述状态决策模块发送的所述保护控制信息，并读取所述保护控制信息中的所述控制指令序列以及与所述控制指令序列关联的所述回滚指令；

30、步骤5.2：对所述控制指令序列进行解构，得到原子化动作，并根据所述原子化动作生成原子化动作控制矩阵和执行时间窗；

31、步骤5.3：在所述原子化动作控制矩阵下发前，根据所述受控执行模块反馈的闭锁状态对当前批次的所述原子化动作控制矩阵和执行时间窗进行进行闭锁校验；当所述闭锁校验通过时，保持对应原子化动作的初始执行决策结果，并将其中允许执行的原子化动作对应的动作控制信息发送给所述受控执行模块；当所述闭锁校验未通过时，将当前批次对应原子化动作的执行决策结果更新为不允许执行，并中止当前批次的所述原子化动作；

32、步骤5.4：在保护动作执行期间，根据所述受控执行模块反馈的动作状态进行动作完成度残差校验；当动作完成度残差校验通过时，确定所述原子化动作执行完成；当动作完成度残差校验未通过或发生时序超时时，确定所述原子化动作执行失败，并根据与已执行的所述原子化动作对应的所述回滚指令，倒序生成用于恢复的所述动作控制信息。

33、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述动作控制模块建立动作完成度残差向量估计器的具体表现形式为：

34、；

35、式中，为残差向量估计器计算的残差值；为通过开关量变位特征码及模拟量特征抽取的实际变位状态向量，为理论状态期望向量。

36、作为本发明所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统的一种优选方案，其中所述受控执行模块执行以下步骤：

37、步骤6.1：接收所述配置管理模块发送的寄存器映像控制文件，根据所述寄存器映像控制文件配置所述配电柜受控对象，并将所述配电柜受控对象的物理状态映射为闭锁状态；

38、步骤6.2：接收所述动作控制模块发送的所述动作控制信息，并根据所述动作控制信息确定对应的所述配电柜受控对象；

39、步骤6.3：根据所述动作控制信息控制所述配电柜受控对象执行保护动作，所述保护动作包括保护定值切换、硬件电气闭锁或解锁、断路器分闸或合闸中的至少一种；

40、步骤6.4：在所述保护动作执行期间，获取所述配电柜受控对象反馈的所述动作状态，根据所述动作状态生成所述动作结果信息，并将所述动作结果信息发送给所述状态决策模块和所述动作控制模块；

41、步骤6.5：在接收到用于恢复的所述动作控制信息时，控制所述配电柜受控对象恢复至所述基准状态。

42、本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统各模块的功能。

43、本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于有限状态机与事件驱动的配电柜保护逻辑系统各模块的功能。

44、本发明的有益效果在于：针对现有技术扩展性不足的问题，配置管理模块将配电柜运行状态、触发事件和控制指令统一形成状态控制数据，使状态决策模块能够基于所述状态控制数据进行查表决策，减少固定程序或plc梯形图方式下重新烧录程序造成的维护成本；针对现有技术事件响应滞后的问题，信号处理模块将配电柜受控对象的运行信号生成标准事件对象，事件管理模块对所述标准事件对象进行统一接收和分发，使状态决策模块能够及时确定配电柜的目标运行状态，提高保护动作的实时性；针对现有技术缺乏安全容错机制的问题，动作控制模块将控制指令序列拆分为原子化动作，并通过闭锁校验和动作完成度残差校验判断保护动作是否完成；当动作异常、超时或不满足闭锁条件时，根据回滚指令倒序生成用于恢复的动作控制信息，使受控执行模块控制配电柜受控对象恢复至基准状态。