CN103220171A - 一种数字化变电站报文分析仪 - Google Patents

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费云中
穆国平
傅进
万尧峰
祝建华
潘陈志
朱胜辉
周富强
史建立
桂谊
朱成亮
丁建中
都敏强
王树春
邹剑锋
吴立文
严耀良
吴晓东
董陈飞
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Abstract

一种数字化变电站报文分析仪，本发明主要由接口部分，采集控制部分以及显示控制部分组成，所述的接口部分包含：一路进行文件导入的USB接口，两路分别接收IEC618509-2/1采样值和GOOSE报文的光以太网接口，两路分别接收FT3信号的ST接口；所述的采集控制部分主要包括一带有时钟模块和存储器的单片机CPU，它能实现和满足一定的精度要求，具有采样速率的电信号瞬时值采集、存储、分析功能；所述的显示控制部分3主要有进行信息解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示功能的、带有分析软件的PC机；所述的显示控制部分还包括与PC机相连的波纹显示器以及人机界面设置；它具有结构组成合理，使用安全、方便、可靠等特点。

Description

一种数字化变电站报文分析仪
技术领域
    本发明涉及的是一种能够自动捕捉、记录变电站内流经网络的所有通信报文与通信过程并可进行信号和报文分析的的数字化变电站报文分析仪，属于一种变电站的自动化系统。
背景技术
目前在电力系统中，越来越多的变电站成为数字化变电站，这种数字化变电站的所有设备间均使用网络通讯传输来实现电站的监测、控制、保护等，这样在数字化变电站的网络环境下存在着大量、高密集的报文传输，数字化变电站的网络环境下的报文常态记录、分析也成为现实要求，故对网络分析仪报文分析的迅速定位电站网络异常提出了较高的要求，这样在网络分析仪中就需要对报文进行解析，并如何更有效直观的显示分析及迅速定位确认网络运行问题。
发明内容
    本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种系统组成简单，使用方便、可靠，能有效地满足实际应用中对网络分析和对运行设备的异常和故障进行迅速定位等要求的数字化变电站报文分析仪。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要由接口部分，采集控制部分以及显示控制部分组成，其特征在于所述的接口部分包含：一路进行文件导入的USB接口，两路分别接收IEC61850 9-2/1采样值和GOOSE报文的光以太网接口，两路分别接收FT3信号的ST接口；所述的采集控制部分主要包括一带有时钟模块和存储器的单片机CPU，它能实现和满足一定的精度要求，具有采样速率的电信号瞬时值采集、存储、分析功能；所述的显示控制部分主要有进行信息解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示功能的、带有分析软件的PC机。
所述的显示控制部分还包括与PC机相连的波纹显示器以及人机界面设置。
本发明主要是利用数据采集用的单片机CPU接收并存储报文；然后对数字化变电站网络中的报文进行解析并进行分类处理，解析过程包括：树形结构解析：对各种类型进行单独解析，解析报文中各字段的数值，并且结合数字化变电站61850 的全站模型，对报文全面解析，显示所对应站内各设备相应的数值。
附图说明
图1是本发明所述的系统构成框图。
图2是本发明所述的显示控制部分结构组成框图。
图3是本发明所述的显示控制部分工作流程简图。
图4是本发明所述的数据包解析示意图。
图5是本发明所述的数据包捕捉流程图。
图6是本发明所述数据包解析流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明主要由接口部分1，采集控制部分2以及显示控制部分3组成，所述的接口部分1包含：一路进行文件导入的USB接口11，两路分别接收IEC61850 9-2/1采样值和GOOSE报文的光以太网接口12，两路分别接收FT3信号的ST接口13；所述的采集控制部分2主要包括一带有时钟模块21和存储器22的单片机CPU，它能实现和满足一定的精度要求，具有采样速率的电信号瞬时值采集、存储、分析功能；所述的显示控制部分3主要有进行信息解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示功能的、带有分析软件的PC机31。
图2所示，所述的显示控制部分还包括与PC机相连的波纹显示器以及人机界面设置。
所述的显示控制部分主要实现IEC 61850规约对GOOSE、9-2/1格式的通信方案和要求对其进行信号解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示功能等；IEC60044  7/8对FT3格式的要求对其进行信息解码、信息组识别、信息组储存、信息显示功能；实现满足IEC61850规约的MMS报文信息解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示等功能。规约分析单元实现对上述报文信息的解析、注译、信息计算等功能；还需具有一定容量波形存储能力和一定容量的报文信息储存能力；最终通过液晶屏幕显示出来，并提供一个人性化、可视效果好、可操作性好的人机交互界面。
本发明还具有很好的信息存储能力和后台分析能力，能实时保存报文信息，保存的帧信息中包含全部的帧信息，包括报文头、添加字节、CRC校验码等数字信息，以便进行后续分析。
本发明的具体实施过程还可以进一步包括如下所述：
在WinCE平台上，利用C#语言进行软件的编程，借助WinPcap数据包捕捉工具对网络系统进行实时监测，并且可记录网络通讯报文，当系统出现故障时，通过对记录存储的原始报文进行解析、查看，分析故障原因。
WinPcap (Windows Packet Capture)是Windows平台下一个免费，公共的网络访问系统。它主要提供了以下几个方面的功能：
（1）    捕捉原始报文，包括在互联网中发送主机、接收设备和数据包相互之间的交换；
（2）    在应用程序接收到数据包之前，需要将有些特殊的数据包按照自定义的格式过滤掉；
（3）    对原始的数据包实行发送操作；
（4）    采集符合要求的数据包信息。
在本系统中，我们借助WinPcap工具获取网络设备列表，对网卡进行初始化，编译过滤器，设置过滤器，捕捉网络报文以及对捕捉线程的启动与停止，对捕捉到的数据报文进行实时存储和保存，实时解析或者离线解析等。整个系统工作流程如图3所示。
在实时分析的过程中，系统先对监控到的通信报文进行解析，然后根据被监控站点的SCD 文件或CID 文件得出分析结果。因此，在使用本系统对站点进行分析之前，必须先对被监控站点进行属性设置，添加正确的SCD 文件和CID 文件。
本发明所述数据包的解析设计包括：
数字信号分析仪主要是根据网络协议定义的数据包类型和数据包的格式进行解析，对捕捉的数据包进行解析后才能够详细显示协议的具体内容，数据包解析模块主要是对捕捉的数据包根据TCP/IP协议自下而上的四层结构进行解析：数据链路层（MAC）、网络层（ARP）、传输层（TCP、IP、ICMP）以及应用层（HTTP）。本模块的主要作用就是通过解析数据包来确定网络系统中出现故障和一场的原因，同时把数据包解析的结果显示在对话框界面中，见图4所示。
数据包解析的内容主要包括以下几个方面：数据包捕捉的个数、捕捉时间、数据包长度、源MAC地址，目的MAC地址、应用标识APPID、IP地址、数据包类型、端口、报文采样频率、计数器、配置版本号等，除此之外也可以分析出数据包的采样电压和采样电流值。图5、6分别演示了数据包捕捉流程和解析流程。

Claims (2)

1.一种数字化变电站报文分析仪，它主要由接口部分（1），采集控制部分（2）以及显示控制部分（3）组成，其特征在于所述的接口部分（1）包含：一路进行文件导入的USB接口（11），两路分别接收IEC61850 9-2/1采样值和GOOSE报文的光以太网接口（12），两路分别接收FT3信号的ST接口（13）；所述的采集控制部分（2）主要包括一带有时钟模块（21）和存储器（22）的单片机CPU，它能实现和满足一定的精度要求，具有采样速率的电信号瞬时值采集、存储、分析功能；所述的显示控制部分3主要有进行信息解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示功能的、带有分析软件的PC机（31）。
2.根据权利要求1所述的数字化变电站报文分析仪，其特征在于所述的显示控制部分还包括与PC机相连的波纹显示器以及人机界面设置。
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