淺析智能變電站網絡報文記錄分析裝置設計

摘 要：網絡報文記錄分析裝置應用于越來越多的智能變電站。在智能變電站中起到不可替代的作用，文章針對網絡報文分析儀在滿足智能變電站需求的基礎上，結合現有技術條件，分析了網絡報文記錄分析裝置的基本構成及各功能介紹和關鍵技術。

關鍵詞：網絡報文；智能變電站；關鍵技術

引言

隨著智能變電站的迅速發展，變電站站控層、間隔層以及過程層的通信網絡報文已經成為變電站智能設備間信息交互和共享的主要方式。直接影響整個智能變電站的通信是智能設備和通信網絡的健康狀況，可能導致電力系統重大事故的原因可能是網絡報文的發送端、接收端及通信網絡異常或故障，因此需要對網絡報文進行有效的監視、記錄和診斷，提前發現通信網絡的薄弱環節和故障設備，預防電力系統事故的發生。

1 裝置基本構成

網絡報文記錄分析裝置由接收模塊、報文記錄模塊和報文分析模塊三部分構成及管理單元、記錄單元、采集單元三部分。該設備接入兩個網絡：接入過程層網絡，接收合并單元提供的采樣值數據，接收智能終端的斷路器狀態和保護裝置發出的各類跳閘和告警信號；接入站控層網絡，主要用來記錄站控層的網絡報文信息。設備接入處理能力包括：（1）單臺記錄單元接入采集單元：8臺；（2）單臺記錄單元接入采集單元：4臺；（3）單臺記錄單元接入MMS客戶端：16

個；（4）單臺記錄單元接入SV控制模塊：28個；（5）單臺記錄單元接入GOOSE控制模塊：256個；（6）單臺記錄單元處理映射后的模擬

量通道：132個；（7）單臺記錄單元處理映射后的開光量通道：512

個；（8）單臺記錄單元接入網絡報文流程：400Mbit/s。

2 分析記錄裝置各功能分析

2.1 管理單元功能

管理單元對應于網絡報文分析裝置的報文分析模塊，實現系統的人機接口，管理多臺記錄單元，管理單元既可以使用Windows操作系統，又可以使用Linux操作系統，基于安全的考慮，越來越多的變電站選擇Linux操作系統來實現。

（1）系統的組態及參數配置模塊。根據全站情況設置裝置IP，裝置接入交流量通道、開關量通道、裝置參數及裝置電流電壓分組情況；解析全站配置SCD文件，設置每個通道的網絡報文事件啟動定值。（2）系統狀態監視模塊，實時監視SV控制塊、GOOSE控制塊、PTP報文及其他網絡報文等的總流量、斷鏈、異常等統計信息，當滿足設定條件的異常情況時，給出相應的告警條目。（3）網絡報文檢索及分析模塊，能夠檢索網絡報文存儲的文件列表、記錄文件，能對檢索到的報文進行標識。（4）網絡報文在線檢測模塊，設定監視條件，從采集單元實時讀取滿足監視條件的報文包，實現SV報文的原始數據波形繪制及實時一次值的顯示，實現GOOSE報文中數據元素的變位撲捉及狀態監視。

2.2 記錄單元功能

記錄單元對應于網絡報文分析裝置的報文記錄模塊，記錄單元實現在線解析、文件管理、MMS通信服務，時鐘同步功能，是整套系統的核心單元。該單元與分析管理單元通信，將實時數據、統計分析結果等傳送至分析管理單元進行展示，記錄單元一般采用嵌入式操作系統來實現，目前主要用于Linux系統。

（1）網絡報文統計及記錄模塊。具備完善的原始報文解析、統計和存儲功能，可將SV、GOOSE、PTP報文按照配置的控制塊分類進行字節流量、包流量、SV失步、雙AD異常、GOOSE實變、GOOSE虛變、鏈路中斷等異常計數分類統計，并可根據異常條條形成異常事件，上傳至分析管理單元，可將采集到的原始報文按照配置進行分類分級就地壓縮存儲。（2）文件管理模塊。具有對原始報文文件的管理功能，當磁盤空間不足時，系統自動清理、刪除較早生成的文件，在文件存儲異常時，將產生磁盤異常告警，方便運行人員進行檢查維護。（3）實時通信服務模塊。與分析管理單元進行實時通信，上傳實時相量數據、網絡報文統計數據、離線文件數據等。（4）裝置自檢模塊。實時檢查自身狀況，對裝置異常、參數異常、程序自恢復、通信異常等在本地先生或上傳告警。（5）參數在線整定模塊。可在當地或后臺整定裝置的運行參數，裝置無需斷電啟動。（6）對時及守時模塊。具有高精度對時功能，能夠接收全站同意時鐘信號，用于對網絡數據單元進行精確對時，時鐘信號滿足IEC61588對時或IRIG-B碼對時，同時裝置還具備一定的守時功能，守時精度滿足規范要求。

2.3 采集單元功能

采集單元對應于網絡報文分析裝置的報文接收模塊，采集單元提供采集通信接口，采集輸入裝置的SV、GOOSE、MMS鏡像網絡報文等。采集單元一般利用DSP等CPU來實現，不使用嵌入式操作系統。采集控制模塊接收外部發送來的SV、GOOSE、PTP等網絡報文，實時報文的高速高精度捕捉。

3 網絡報文分析記錄裝置工作原理

報文分析是網絡報文分析記錄儀的重要功能之一，根據報文分析工具的使用方式，可分為在線監測和離線解析兩部分，在線監測部分實時解析SV、GOOSE、MMS報文，并根據SV的內容繪制交流量曲線，離線解析部分主要解析已經記錄的報文，離線解析軟件應能查看報文，自持根據報文類型、APPID、目標地址、源地址等方式對報文進行篩選。

4 網絡報文分析關鍵技術

在智能變電站中，站控層、間隔層、過程層的通信網絡中，充斥著SV、GOOSE、MMS、1588及其他規約或不能識別的報文，這些報文都要接入到網絡報文分析記錄裝置中，由網絡報文記錄分析裝置完整準確地記錄這些報文并進行分析處理。特別是在網絡壓力較大時要保證不丟包、不跳變。完整準確的原始報文是網絡報文記錄分析裝置穩定運行的基礎。對于網絡報文記錄分析裝置，應具備MU數量不低于24個，GOOSE控制塊個數不低于256個，網絡數據流量不低于400Mbit/s的接收及處理能力。應具備連續SV記錄24h以上，連續GOOSE記錄14天以上、異常報文記錄10000條以上的數據存儲能力。針對這樣的處理要求，網絡報文記錄分析裝置的軟件硬件設計上主要采取的技術措施包括：（1）網絡數據采集分布式設計。裝置采用網絡數據采集單元獨立設計，解決了額網絡數據采集和數據深度處理硬件一體化設計商的電磁兼容、協調調度、散熱等問題，使裝置工作更穩定可靠。（2）記錄單元雙核全嵌入式設計。記錄單元采用全嵌入式設計方法，采用源碼開放的Linux嵌入式實時操作系統，告訴雙核CPU協調運算處理系統，極大提供了記錄單元的數據吐吞能力，處理實時性和動態相應特性。（3）數據壓縮存儲技術。采用先進的數據壓縮存儲技術，最大壓縮可達到20倍，常規運行時壓縮比在9倍左右。（4）網絡數據采集單元全嵌入式設計，無操作系統調度，保證數據處理能力及實時性，以及運行穩定可靠和抗干擾能力。

采取這些措施后，裝置運行穩定性良好。當記錄功能投入時，模擬量通道和開關量通道最大化配置，所以元件啟動投入，裝置啟動并在大規模寫入文件時，裝置的CPU使用率控制在60%之內。

5 結束語

在智能變電站中，SV、GOOSE、報文取代了傳統的交流量電纜，SV、GOOSE報文的異常有可能引起保護的誤動或拒動，甚至電流系統的崩潰。SV、GOOSE報文的重要性可見一斑。對于網絡報文記錄分析儀，不僅要求能夠完整記錄SV、GOOSE的原始報文，而且能夠識別異常情況，給出報警，預防電力系統事故的發生。

參考文獻

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作者簡介：劉華鎖（1972-），男，漢族，遼寧遼陽人，工程師，從事工藝質量管理工作。