CN114268171A - 基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法 - Google Patents

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CN114268171A
CN114268171A CN202111628634.8A CN202111628634A CN114268171A CN 114268171 A CN114268171 A CN 114268171A CN 202111628634 A CN202111628634 A CN 202111628634A CN 114268171 A CN114268171 A CN 114268171A
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格尔德-布米勒
刘伟麟
何秦慰
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Global Energy Interconnection Research Institute
State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Hebi Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Global Energy Interconnection Research Institute Europe GmbH
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Hebi Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Global Energy Interconnection Research Institute Europe GmbH
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Abstract

本申请提供基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法，该***包括多个量测节点和网关；当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；在其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到事件状态信号后，根据电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将电网状态信息存储到本地设备。通过在任一量测节点或网关检测到电网事件时，让其他量测节点和网关，或所有量测节点也去获取与该电网事件的事件类型相对应的电网状态信息，确保了量测***中的不同量测节点的监测事件同步。

Description

基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法
技术领域
本申请涉及电力物联网技术领域，尤其涉及基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法。
背景技术
低功耗广域无线网络(LPWAN)是一种低成本，覆盖广，易于部署和维护的无线物联网技术，尤其适合用来覆盖节点多，分布广的配电网，用于如城乡和农村配电网状态监测。
但是，由于低功耗无线网络通信带宽有限，数据传输存在一定的时延，在实际应用中无法确保量测***中的不同量测节点的监测事件同步，不利于保证量测***的可靠性。
发明内容
本申请提供基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法，以解决现有技术无法确保量测***中的不同量测节点的监测事件同步等缺陷。
本申请第一个方面提供一种基于低功耗广域无线网络的分布式量测***，包括：多个量测节点和网关；
当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将所述电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，所述事件状态信号包括该电网事件的事件类型；
在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，根据所述电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将所述电网状态信息存储到本地设备。
可选的，所述网关，还用于：
在各所述其他量测节点完成所述电网状态信息的获取和存储后，向所有量测节点发送重置要求，以使网关和所有量测节点进入下一轮的事件等待状态。
可选的，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关进入检测到事件状态。
可选的，在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，所述其他量测节点和网关，或所有量测节点进入接收到事件状态。
可选的，所述量测节点和网关，还用于：
当本地设备的剩余存储空间小于预设阈值时，根据当前存储的各电网事件信息和/或各电网状态信息的优先级，确定待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息，并在本地设备中删除所述待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息。
可选的，所述量测节点或网关还向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件同步状态信号；其中，所述事件同步状态信号包括MSB编码和LSB编码。
可选的，任一量测节点或网关接收到其他设备发送的所述事件同步状态信号后，根据所述LSB编码，确定该设备对应的量测节点或网关是否为检测到事件状态或接受到事件状态。
可选的，所述事件状态信号还包括该电网事件的发生时间。
可选的，还包括：
控制中心，用于接收所述电网事件信息及对应的电网状态信息。
本申请第二个方面提供一种基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法，包括：
当任一量测节点或网关检测到电网事件时，控制该量测节点或网关在将所述电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，所述事件状态信号包括该电网事件的事件类型；
在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，控制所述其他量测节点和其他网关根据所述电网事件的事件类型，采集对应的电网状态信息，并将所述电网状态信息存储到本地设备。
可选的，还包括：
控制所述网关，在各所述其他量测节点完成所述电网状态信息的获取和存储后，向所有量测节点发送重置要求，以使网关和所有量测节点进入下一轮的事件等待状态。
可选的，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，控制该量测节点或网关进入检测到事件状态。
可选的，在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，控制所述其他量测节点和网关，或所有量测节点进入接收到事件状态。
可选的，还包括：
控制量测节点和网关，当本地设备的剩余存储空间小于预设阈值时，根据当前存储的各电网事件信息和/或各电网状态信息的优先级，确定待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息，并在本地设备中删除所述待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息。
可选的，还包括：
控制量测节点或网关还向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件同步状态信号；其中，所述事件同步状态信号包括MSB编码和LSB编码。
可选的，任一量测节点或网关接收到其他设备发送的所述事件同步状态信号后，控制该量测节点或网关根据所述LSB编码，确定该设备对应的量测节点或网关是否为检测到事件状态或接受到事件状态。
可选的，所述事件状态信号还包括该电网事件的发生时间。
可选的，还包括：
控制***中的控制中心接收所述电网事件信息及对应的电网状态信息。
本申请技术方案，具有如下优点：
本申请提供基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法，该***包括多个量测节点和网关；当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，事件状态信号包括该电网事件的事件类型；在其他量测节点和网关，或所有量测节点关接收到事件状态信号后，根据电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将电网状态信息存储到本地设备。上述方案提供的***，通过在任一量测节点或网关检测到电网事件时，让其他量测节点和网关，或所有量测节点也去获取与该电网事件的事件类型相对应的电网状态信息，并且，所有量测节点和网关都先将检测到的电网事件信息或电网状态信息存储到本地设备，实现了事件同步和数据上传两个过程的解耦，确保了量测***中的不同量测节点的监测事件同步，降低了低功耗无线网络带宽有限这一缺陷对电网量测***可靠性的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的量测节点状态机的逻辑示意图；
图3为本申请实施例提供的网关状态机的逻辑示意图；
图4为本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法的流程示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在以下各实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在现有技术中，通常是当任一量测节点检测到电网事件时，利用与其距离最近的网关将该电网事件信息发送到控制中心，控制中心在接收到该电网事件信息后，控制当前量测***中的其他量测节点去采集与该电网事件信息相对应的电网状态信息，并将采集到的电网状态信息发送到控制中心。但由于低功耗无线网络通信带宽有限，数据传输存在一定的时延，在实际应用中无法确保量测***中的不同量测节点的监测事件同步，不利于保证量测***的可靠性。
针对上述问题，本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***及控制方法，包括多个量测节点和网关；当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，事件状态信号包括该电网事件的事件类型；在其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到事件状态信号后，根据电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将电网状态信息存储到本地设备。上述方案提供的***，通过在任一量测节点或网关检测到电网事件时，让其他量测节点和网关，或所有量测节点也去获取与该电网事件的事件类型相对应的电网状态信息，并且，所有量测节点和网关都先将检测到的电网事件信息或电网状态信息存储到本地设备，实现了事件同步和数据上传两个过程的解耦，确保了量测***中的不同量测节点的监测事件同步，降低了低功耗无线网络带宽有限这一缺陷对电网量测***可靠性的影响。
下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明实施例进行描述。
本申请实施例提供了一种基于低功耗广域无线网络的分布式量测***，用于检测配电网的电网故障和电网干扰等事件。
如图1所示，为本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***的结构示意图，该***10包括：多个量测节点101和网关102。
其中，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，事件状态信号包括该电网事件的事件类型；在其他量测节点和网关，或所有量测节点网关接收到事件状态信号后，根据电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将电网状态信息存储到本地设备。
需要说明的是，配电网覆盖面积大、负载多且类型多，需要对电网供电质量和电网运行状态进行在线监测，尤其对出现的干扰和故障要能检测和定位，本申请实施例将电网出现故障或干扰称为电网事件。电网事件信息可以指确定发生该电网事件的数据依据，如电压和电流等。其中，事件状态信号还可以包括该电网事件的发生时间。
需要进一步说明的是，本申请实施例提供的分布式量测***中的网关在具备数据转发功能的同时，还具备与量测节点一样的事件检测和电网状态信息采集功能，因此在该分布式量测***中可以充当量测节点使用，提高了分布式量测***的资源利用率。
具体地，当该***中的任一量测节点或网关检测到电网事件时，通过向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号，让其他量测节点和网关，或所有量测节点也去获取与该电网事件的事件类型相对应的电网状态信息，其中，电网状态信息与电网事件信息的数据组成相同。并且，本申请实施例提供的分布式量测***中所有量测节点和网关都先将检测到的电网事件信息或电网状态信息存储到本地设备，且仅传输事件状态信号，节省了低功耗广域无线网络的通信资源。
其中，本申请实施例提供的分布式量测***中的网关和各个量测节点均具备如下功能：无线通信、存储、量测、时钟和计算控制。
进一步地，在一实施例中，该***还包括控制中心，用于接收电网事件信息及对应的电网状态信息。
具体地，控制中心可以根据得到的电网事件信息及对应的电网状态信息，对当前发生的电网事件进行分析，进而可以确定相应的解决策略，以保障配电网的安全性。
在上述实施例的基础上，为了进一步提高该分布式量测***的可靠性，可以在各网关和量测节点设置状态机，作为一种可实施的方式，在上述实施例的基础上，在一实施例中，网关还用于在各其他量测节点完成电网状态信息的获取和存储后，向所有量测节点发送重置要求，以使网关和所有量测节点进入下一轮的事件等待状态。
具体地，为了避免分布式测量***的量测节点无法准确确定当前待采集的电网状态信息，网关可以在每完成一轮事件同步(各其他量测节点完成电网状态信息的获取和存储)，便向所有量测节点发送一次重置请求，以开始新一轮的事件同步流程，即让网关和所有量测节点进入下一轮的事件等待状态。
类似的，在一实施例中，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关进入检测到事件状态。
进一步地，在一实施例中，在其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到事件状态信号后，其他量测节点和网关，或所有量测节点进入接收到事件状态。
为了便于本领域技术人员更好地了解本申请实施例提供的分布式量测***，如图2所示，为本申请实施例提供的量测节点状态机的逻辑示意图，如图3所示，为本申请实施例提供的网关状态机的逻辑示意图。
首先，网关通过发布重置要求，开始事件同步，或结束上一轮事件同步，启动新一轮事件同步。测量节点当接收到网关的重置要求后，不管在什么状态，都必须进入重置确认状态。当所有节点的状态都变为重置确认后，网关首先进入等待事件状态、然后量测节点进入等待事件状态，开始检测或接收事件。当量测节点检测到事件，进入检测到事件状态，确定事件类型和时间。当量测节点接收到其他节点(通过网关)或网关发来的检测到事件或接收到事件时，进入接收到事件状态，采纳相应的事件类型和时间。当节点接收到发生时间更早的事件，进入接收到事件状态，更新事件类型和时间(当有多个事件时，节点优先考虑发生早的事件)当节点检测到或接收到等于或晚些发生的事件时，保持检测到事件状态。因此事件同步仲裁的结果是，只有一个节点处在状态检测到事件，其他节点处在状态接收到事件,所有节点的事件类型和时间都相同。当节点接收到发生时间更早的事件，更新事件类型和时间，保持接收到事件状态。这种情况有可能发生，如某一节点检测到一个更早的事件，当由于网络情况，其他节点很晚接收到该节点发送的事件同步信息。当节点检测到或接收到等于或晚些发生的事件时，保持接收到事件状态。当网关检查到所有节点的事件类型和时间信息一致时，即在各其他量测节点和其他网关完成当前的电网状态信息的获取和存储后，得出所有节点都已同步于同一事件。网关发送重置要求，结束当前一轮的事件同步仲裁。节点各自上传相应的量测数据，如图2和3所示，网关在等待事件、检测到事件和接收到事件状态时，其行为和量测节点一样，唯一区别是网关可以从任何状态进入重置要求状态，重置***。
具体地，在一实施例中，上述量测节点或网关还向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件同步状态信号；其中，事件同步状态信号包括MSB编码和LSB编码。
进一步地，在一实施例中，在任一量测节点或网关接收到其他设备发送的事件同步状态信号后，根据LSB编码，确定该设备对应的量测节点或网关是否为检测到事件状态或接受到事件状态。
其中，其他设备具体指其他的量测节点或网关。
示例性的，表1为本申请实施例提供的网关状态描述和事件同步状态信号：
Figure BDA0003440555660000081
表1表2为本申请实施例提供的量测节点状态描述和事件同步状态信号：
Figure BDA0003440555660000082
表2
具体地，量测节点和网关在检测到事件或接收到事件状态时，除了2比特事件同步状态信息外，还需传输事件类型和时间信息(见表1和表2)。采用提出的表1和表2编码方法时，接收方可以通过状态编码的最后一位比特(LSB)检查该数据是否存在。当LSB是1,对应检测到事件或接收到事件，就知道还需检测事件类型和时间信息，方便了具体实现。
其中，在本申请实施例提供的分布式量测***中，所有量测节点(节点)和网关事件同步状态都会重复发送，直到被成功执行为止，具体是网关和节点重复发送各自最新的同步状态，如果数据包丢失，下一个数据包又会传输最新的状态信息，因此即使在有高丢包率的通信信道情况下也没有任何阻塞点，提高了***的鲁棒性。
具体地，在一实施例中，由于网关和量测节点本地设备的存储容量有限，所以可以当本地设备的剩余存储空间小于预设阈值时，根据当前存储的各电网事件信息和/或各电网状态信息的优先级，确定待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息，并在本地设备中删除待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息。
需要说明的是，各电网事件信息和/或各电网状态信息的优先级具体可以根据实际情况来确定，如根据发生时间确定优先级或根据对应的事件类型确定优先级等，具体本申请实施例不做限定。
本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***，该***包括多个量测节点和网关；当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，事件状态信号包括该电网事件的事件类型；在其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到事件状态信号后，根据电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将电网状态信息存储到本地设备。上述方案提供的***，通过在任一量测节点或网关检测到电网事件时，让其他量测节点和网关，或所有量测节点也去获取与该电网事件的事件类型相对应的电网状态信息，并且，所有量测节点和网关都先将检测到的电网事件信息或电网状态信息存储到本地设备，实现了事件同步和数据上传两个过程的解耦，确保了量测***中的不同量测节点的监测事件同步，降低了低功耗无线网络带宽有限这一缺陷对电网量测***可靠性的影响。并且使该***在通信速率低的条件下，分布式节点仍能快速同步同一事件，降低数据的储存资源要求，达到基于多点相关分析技术的干扰检测和定位目的。
本申请实施例提供了一种基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法，用于控制上述实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***。本申请实施例的执行主体为电子设备，比如服务器、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑及其他可用于控制上述实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***的电子设备。
如图4所示，为本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法的流程示意图，该方法包括：
步骤401，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，控制该量测节点或网关在将电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号。
其中，事件状态信号包括该电网事件的事件类型.
步骤402，在其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到事件状态信号后，控制其他量测节点和其他网关根据电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将电网状态信息存储到本地设备。
具体地，在一实施例中，还包括：
控制网关，在各其他量测节点完成电网状态信息的获取和存储后，向所有量测节点发送重置要求，以使网关和所有量测节点进入下一轮的事件等待状态。
具体地，在一实施例中，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，控制该量测节点或网关进入检测到事件状态。
具体地，在一实施例中，在其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到事件状态信号后，控制其他量测节点和网关，或所有量测节点进入接收到事件状态。
具体地，在一实施例中，还包括：
控制量测节点和网关，当本地设备的剩余存储空间小于预设阈值时，根据当前存储的各电网事件信息和/或各电网状态信息的优先级，确定待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息，并在本地设备中删除待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息。
具体地，在一实施例中，还包括：
控制量测节点或网关还向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件同步状态信号；其中，事件同步状态信号包括MSB编码和LSB编码。
具体地，在一实施例中，任一量测节点或网关接收到其他设备发送的事件同步状态信号后，控制该量测节点或网关根据LSB编码，确定该设备对应的量测节点或网关是否为检测到事件状态或接受到事件状态。
其中，其他设备具体指其他的量测节点或网关。
具体地，在一实施例中，事件状态信号还包括该电网事件的发生时间。
具体地，在一实施例中，还包括：
控制***中的控制中心接收电网事件信息及对应的电网状态信息。
关于本实施例中的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法，其中各个步骤的具体方式已经在有关该***的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本申请实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法，用于执行上述实施例提供的基于低功耗广域无线网络的分布式量测***方法，其实现方式与原理相同，不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于低功耗广域无线网络的分布式量测***，其特征在于，包括：多个量测节点和网关；
当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关在将所述电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，所述事件状态信号包括该电网事件的事件类型；
在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，根据所述电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将所述电网状态信息存储到本地设备。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述网关，还用于：
在各所述其他量测节点完成所述电网状态信息的获取和存储后，向所有量测节点发送重置要求，以使网关和所有量测节点进入下一轮的事件等待状态。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，当任一量测节点或网关检测到电网事件时，该量测节点或网关进入检测到事件状态。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，所述其他量测节点和网关，或所有量测节点进入接收到事件状态。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述量测节点和网关，还用于：
当本地设备的剩余存储空间小于预设阈值时，根据当前存储的各电网事件信息和/或各电网状态信息的优先级，确定待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息，并在本地设备中删除所述待删除电网事件信息和/或待删除电网状态信息。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述量测节点或网关还向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件同步状态信号；其中，所述事件同步状态信号包括MSB编码和LSB编码。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，任一量测节点或网关接收到其他设备发送的所述事件同步状态信号后，根据所述LSB编码，确定该设备对应的量测节点或网关是否为检测到事件状态或接受到事件状态。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述事件状态信号还包括该电网事件的发生时间。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：
控制中心，用于接收所述电网事件信息及对应的电网状态信息。
10.一种基于低功耗广域无线网络的分布式量测***控制方法，其特征在于，包括：
当任一量测节点或网关检测到电网事件时，控制该量测节点或网关在将所述电网事件信息存储到本地设备的同时，向其他量测节点和网关，或所有量测节点发送事件状态信号；其中，所述事件状态信号包括该电网事件的事件类型；
在所述其他量测节点和网关，或所有量测节点接收到所述事件状态信号后，控制所述其他量测节点和网关，或所有量测节点根据所述电网事件的事件类型，获取对应的电网状态信息，并将所述电网状态信息存储到本地设备。
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