摘 要：網(wǎng)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(wǎng)絡報文分析儀在滿足智能變電站需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)條件，分析了網(wǎng)絡報文記錄分析裝置的基本構(gòu)成及各功能介紹和關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡報文；智能變電站；關(guān)鍵技術(shù)

引言

隨著智能變電站的迅速發(fā)展，變電站站控層、間隔層以及過程層的通信網(wǎng)絡報文已經(jīng)成為變電站智能設(shè)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(shè)備和通信網(wǎng)絡的健康狀況，可能導致電力系統(tǒng)重大事故的原因可能是網(wǎng)絡報文的發(fā)送端、接收端及通信網(wǎng)絡異常或故障，因此需要對網(wǎng)絡報文進行有效的監(jiān)視、記錄和診斷，提前發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡的薄弱環(huán)節(jié)和故障設(shè)備，預防電力系統(tǒng)事故的發(fā)生。

1 裝置基本構(gòu)成

網(wǎng)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(gòu)成及管理單元、記錄單元、采集單元三部分。該設(shè)備接入兩個網(wǎng)絡：接入過程層網(wǎng)絡，接收合并單元提供的采樣值數(shù)據(jù)，接收智能終端的斷路器狀態(tài)和保護裝置發(fā)出的各類跳閘和告警信號；接入站控層網(wǎng)絡，主要用來記錄站控層的網(wǎng)絡報文信息。設(shè)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(wǎng)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(wǎng)絡報文分析裝置的報文分析模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)，又可以使用Linux操作系統(tǒng)，基于安全的考慮，越來越多的變電站選擇Linux操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。

（1）系統(tǒng)的組態(tài)及參數(shù)配置模塊。根據(jù)全站情況設(shè)置裝置IP，裝置接入交流量通道、開關(guān)量通道、裝置參數(shù)及裝置電流電壓分組情況；解析全站配置SCD文件，設(shè)置每個通道的網(wǎng)絡報文事件啟動定值。（2）系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視模塊，實時監(jiān)視SV控制塊、GOOSE控制塊、PTP報文及其他網(wǎng)絡報文等的總流量、斷鏈、異常等統(tǒng)計信息，當滿足設(shè)定條件的異常情況時，給出相應的告警條目。（3）網(wǎng)絡報文檢索及分析模塊，能夠檢索網(wǎng)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(wǎng)絡報文在線檢測模塊，設(shè)定監(jiān)視條件，從采集單元實時讀取滿足監(jiān)視條件的報文包，實現(xiàn)SV報文的原始數(shù)據(jù)波形繪制及實時一次值的顯示，實現(xiàn)GOOSE報文中數(shù)據(jù)元素的變位撲捉及狀態(tài)監(jiān)視。

2.2 記錄單元功能

記錄單元對應于網(wǎng)絡報文分析裝置的報文記錄模塊，記錄單元實現(xiàn)在線解析、文件管理、MMS通信服務，時鐘同步功能，是整套系統(tǒng)的核心單元。該單元與分析管理單元通信，將實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析結(jié)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(tǒng)來實現(xiàn)，目前主要用于Linux系統(tǒng)。

（1）網(wǎng)絡報文統(tǒng)計及記錄模塊。具備完善的原始報文解析、統(tǒng)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(jié)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(shù)分類統(tǒng)計，并可根據(jù)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(tǒng)自動清理、刪除較早生成的文件，在文件存儲異常時，將產(chǎn)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(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文統(tǒng)計數(shù)據(jù)、離線文件數(shù)據(jù)等。（4）裝置自檢模塊。實時檢查自身狀況，對裝置異常、參數(shù)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(shù)在線整定模塊。可在當?shù)鼗蚝笈_整定裝置的運行參數(shù)，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(wǎng)絡數(shù)據(jù)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(guī)范要求。

2.3 采集單元功能

采集單元對應于網(wǎng)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(wǎng)絡報文等。采集單元一般利用DSP等CPU來實現(xiàn)，不使用嵌入式操作系統(tǒng)。采集控制模塊接收外部發(fā)送來的SV、GOOSE、PTP等網(wǎng)絡報文，實時報文的高速高精度捕捉。

3 網(wǎng)絡報文分析記錄裝置工作原理

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

4 網(wǎng)絡報文分析關(guān)鍵技術(shù)

在智能變電站中，站控層、間隔層、過程層的通信網(wǎng)絡中，充斥著SV、GOOSE、MMS、1588及其他規(guī)約或不能識別的報文，這些報文都要接入到網(wǎng)絡報文分析記錄裝置中，由網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡報文記錄分析裝置穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。對于網(wǎng)絡報文記錄分析裝置，應具備MU數(shù)量不低于24個，GOOSE控制塊個數(shù)不低于256個，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量不低于400Mbit/s的接收及處理能力。應具備連續(xù)SV記錄24h以上，連續(xù)GOOSE記錄14天以上、異常報文記錄10000條以上的數(shù)據(jù)存儲能力。針對這樣的處理要求，網(wǎng)絡報文記錄分析裝置的軟件硬件設(shè)計上主要采取的技術(shù)措施包括：（1）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集分布式設(shè)計。裝置采用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集單元獨立設(shè)計，解決了額網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)深度處理硬件一體化設(shè)計商的電磁兼容、協(xié)調(diào)調(diào)度、散熱等問題，使裝置工作更穩(wěn)定可靠。（2）記錄單元雙核全嵌入式設(shè)計。記錄單元采用全嵌入式設(shè)計方法，采用源碼開放的Linux嵌入式實時操作系統(tǒng)，告訴雙核CPU協(xié)調(diào)運算處理系統(tǒng)，極大提供了記錄單元的數(shù)據(jù)吐吞能力，處理實時性和動態(tài)相應特性。（3）數(shù)據(jù)壓縮存儲技術(shù)。采用先進的數(shù)據(jù)壓縮存儲技術(shù)，最大壓縮可達到20倍，常規(guī)運行時壓縮比在9倍左右。（4）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集單元全嵌入式設(shè)計，無操作系統(tǒng)調(diào)度，保證數(shù)據(jù)處理能力及實時性，以及運行穩(wěn)定可靠和抗干擾能力。

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

5 結(jié)束語

在智能變電站中，SV、GOOSE、報文取代了傳統(tǒng)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(tǒng)的崩潰。SV、GOOSE報文的重要性可見一斑。對于網(wǎng)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(tǒng)事故的發(fā)生。

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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(zhì)量管理工作。