CN103296755A - 一种变电站网络在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站网络在线监测系统，包括适用于智能变电站的网络监测装置及实现网络监测功能的变电站交换机监测插件和变电站网络报文监测插件，网络监测装置包括多网络通讯接口的专用接口卡、主CPU控制板及相关控制与通讯接口；变电站交换机监测插件采集网管交换机状态并实时显示数据告警异常；变电站网络报文监测插件采集变电站网络传输报文并实时显示报文异常及报文数据状态变化。本发明可用于智能变电站内网络通讯状态的实时监测及告警显示,并可将处理后的重要状态信息接入变电站监控系统实现统一监控，为智能变电站内网络信息不能实时直观监测、过程异常难以跟踪、智能装置缺陷难以分析处理的问题提供了一种有效的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种变电站网络在线监测系统，属于电力系统智能变电站技术领域。
背景技术
智能变电站采用IEC61850标准统一建模和通讯实现，传输协议有采样（SMV）报文、面向对象的通用变电站事件（GOOSE）报文、及制造报文规范（MMS）报文。作为网络的数据交换设备，过程层交换机传输SMV、GOOSE报文的可靠性对一次设备的信号采集、二次保护设备的运行与动作出口有着直接影响。为保证过程层网络的可靠运行，目前在网络交换机配置中均采用可靠性高、价格昂贵的双电源工业交换机，同时采用双网络的组合设计冗余配置、及子网划分等多种复杂配置手段，导致在过程层网络中，设计复杂性和成本大大增加。复杂的网络及多个网络设备出现异常的概率也相应增加、在电网故障时不当的配置可能导致报文的传输异常，甚至会出现传输错误，这些问题均不易被及时发现。
目前通行的变电站网络管理方法是：在网络设备投运前，根据网络规模和应用要求，配置交换机并组网，通过修改交换机的配置实现网管；运行中，仅在网络异常或相关故障发生后，检查交换机的状态及故障信息，及查看是否存在网络异常，这是一种被动式的网络管理策略。对于运行中的交换机基本无法监测网络负荷、CPU利用率等指标，也难以发现交换机和网络的异常征兆，较难预计交换机是否可能会出现故障而影响系统运行。虽在220kV及以上变电站配置有可对实时报文记录分析的装置，但该设备主要关注报文异常，无法结合交换机的信息，不能获知网络整体的运行状况；另一方面，报文分析虽能监视信号的变化，但无法获知信号的变化过程是否与网络存在相关性。
因此，针对以上问题，本发明开发设计了一种变电站网络在线监测装置及其插件，可实现对变电站网络中的交换机及网络报文的在线实时监测，可预先发现网络中存在的某些缺陷，为网络的及时维护和正常运行提供保障。
发明内容
为解决以上问题，本发明的目的在于提供一种变电站网络在线监测系统，用于智能变电站网络及交换机的在线监测、在线预警，为发现网络异常、缺陷处理提供一种解决方案，并为智能变电站网络系统设计和配置提供参考。
为实现上述发明目的，本发明采取以下的技术方案来实现:
一种变电站网络在线监测系统，包括
网络监测装置：具有与变电站站控层和过程层网络设备接口的通讯接口，包括：支持光纤以太网、双绞线以太网的接口模块，能适应高速、大流量、多接口同时通讯处理要求的主CPU控制板及相关的控制与通讯接口，可满足实时采样值、GOOSE、MMS通讯报文接口要求；
变电站交换机监测插件：通过接入与监控交换机相连的网络或对应通讯接口，实现交换机内部状态和接口通讯状态的采集、分析、处理和告警输出，输出信号支持以IEC 61850通讯方式上传；
变电站网络报文监测插件：接入相应网络，实现对采样值报文、GOOSE报文、MMS报文异常的实时监测分析、处理和告警输出，并可实时监测报文内的数据变化过程，输出告警及状态信号，信号支持以IEC 61850通讯方式上传；
前述变电站交换机监测插件包括：
交换机SNMP通讯模块：交换机的信息采集通过SNMP轮询加SNMPTRAP的方式实现，基于每个交换机双线程的控制机制设计，确保交换机事件传输的实时性和SNMP轮询采集准确性，有效降低交换机信息轮询的频率，确保交换机网管监测时的CPU负荷率降至最低；交换机的通讯链接可集中投退或单独投退；
交换机配置模块：可实现对每个网管交换机的管理配置，配置项包含SNMP通讯的全部参数、交换机类型、接口设备及MIB树中各厂家自定义的内部状态对象标识符，具备可配置MIB树中通用状态的对象符功能，可适应不同厂家、不同类型交换机内部状态量的监测，并可添加、删除、修改基于网络或基于全站的交换机配置库，并可实现配置库的保存与重新加载；
交换机数据处理模块：对采集的交换机端口流量数据，通过历史流量、趋势统计、比对分析的处理方法，实现对端口流量数据的统计分析，确定端口流量大小、带宽占用率、丢包率、错误率，并将分析结果输出至数据图形显示模块；采集交换机内部状态数据包括硬件设备信息、CPU负荷率、故障事件进行分析处理，并将分析结果输出至状态数据输出模块；根据根据网络性能指标参数和可配置的参数阈值，发出异常告警，并将告警信息及事件输至告警输出模块；
数据图形显示模块：接受交换机数据处理模块的输出，显示包含交换机端口通讯状态、连断状况、内部状态和概要的信息，显示交换机内部及端口原始采集数据显示，处理后的统计数据，上述信息均支持以数据、图表、趋势图的形式显示；
告警输出模块：接受交换机数据处理模块的输出，支持按操作事件、告警事件、TRAP事件分类显示，并可将告警输出的事件按类型或按时间顺序输出到Excel等类型事件记录文件，存储事件记录通过独立的事件记录线程完成，可一次记录单个或多个事件；
状态数据输出模块：接受交换机数据处理模块的输出，由性能与故障管理处理输出的特征告警及数据，建立IEC 61850设备及逻辑模型，实现IEC 61850服务，以MMS协议输出，输出数据可直接接入变电站内监控系统或远传远方监控，实现实时监控。
前述变电站网络报文监测插件包括：
报文捕获模块：可实时捕获IEC 61850-9、GOOSE、MMS协议报文，支持按端口选择捕获报文或按协议选择捕获报文，捕获后报文送入报文分析异常识别模块处理；
报文分析异常识别模块：对捕获的特定协议报文进行分析处理，识别报文帧错误、内容错误及报文序列错误，并将错误报文存储至错误报文存储文件；根据报文信号配置管理模块的比对识别，识别出是已配置监测的报文或是未配置监测的报文，并分别进行相关处理，送至配置监测报文信号处理模和未配置监测报文处理模块；根据捕获的报文自动生成配置或添加至配置列表，便于简化人工配置过程；将报文分析过程中的错误、异常以告警事件输出至告警输出模块；将报文分析的异常或数据信息输出至状态数据输出模块；
报文信号配置模块：接收配置监测报文信号处理模块的信息，通过报文自动生成配置，或通过导入变电站或装置配置文件，进行添加、删除、修改人工配置操作，实现单个或多个报文信号的变化监测，或将多个相关的GOOSE报文信号，配置到同一组内集中监测，为跳闸事件的过程联动监测提供便利，配置后报文送至报文分析异常识别模块处理；
未配置监测报文处理模块：接收报文分析异常识别模块输出的在配置中无法找到同类型的报文，识别其是否存在冲突或数据异常，并将异常的报文存入异常报文存储文件，报文分析通过后，可将分析结果输出至状态数据输出模块，若为新出现的网络报文，输出告警信息，并将告警信息和事件输出至告警输出模块；
配置监测报文信号处理模块：接收报文分析异常识别模块输出的关于配置监测的报文，处理监测的信号数据的变化、识别信号的异常与突变，报文分析通过后，可检查报文中变化信号是否为被监测信号，若被监测信号的状态变化，则输出相应的数据或告警信息输至数据处理信号图形显示模块，状态数据输出模块和告警输出模块，并将信号变化的报文存入信号变化报文存储文件；
数据处理信号图形显示模块：对监测的信号进行相关的计算处理，显示其实际状态值，并支持以数据列表、分组状态图、变化趋势图的形式展示，为过程信号的重演分析提供手段；
告警输出模块：支持按操作事件、告警事件、信号变化事件分类显示，并可将告警输出的事件按类型或按时间顺序输出到Excel等类型事件记录文件，存储事件记录通过独立的事件记录线程完成，可一次记录单个或多个事件；
状态数据输出模块：根据报文分析与监测管理输出的典型告警及数据，建立IEC 61850设备及逻辑模型，实现IEC 61850服务，以MMS协议输出，输出数据可直接接入变电站内监控系统或远传远方监控，实现实时监控。
前述报文分析异常识别模块可实现按信息列表、报文树状图、顺序报文码多种方式显示，所述报文信息列表显示输出提供概要信息，所述报文树状图显示解析后的报文结构字段，所述顺序报文码按报文码字节顺序显示报文内容；所述报文树状图和顺序报文码均支持联动显示。
前述变电站网络报文监测插件具备离线报文的分析功能，可读取通过抓包文件输出的Pcap文件或本插件输出的各类型文件，并可离线分析各报文的信息字段和内容，输出分析结果至列表或输出窗口
本发明的有益效果是：本发明的一种变电站网络在线监测系统，支持变电站网络交换机和网络报文的接入监测，并以配置方式提供灵活的监测手段、为不同类型网络交换机、不同网络、多种网络报文的监测提供了便利。同时，本系统可实时显示监测信息和输出告警状态，并支持以IEC 61850的通讯传输，可直接接入变电站监控系统后台或实现远程监控，为智能变电站内网络信息不能实时直观监测、过程异常难以跟踪、智能装置缺陷难以分析处理的问题提供了一种有效的解决方案。
附图说明
图1是本发明的变电站网络在线监测系统整体结构图；
图2是本发明的变电站网络在线监测系统的交换机监测插件和网络报文监测插件的内部功能结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明作具体的说明。
图1是本发明变电站网络在线监测系统整体结构图，包括：网络监测装置，具有与变电站站控层和过程层网络设备接口的通讯接口，包括：支持光纤以太网、双绞线以太网的接口模块，能适应高速、大流量、多接口同时通讯处理要求的主CPU控制板及相关的控制与通讯接口，可满足实时采样值、GOOSE、MMS通讯报文接口要求；
变电站交换机监测插件：通过接入与监控交换机相连的网络或对应通讯接口，实现交换机内部状态和接口通讯状态的采集、分析、处理和告警输出，输出信号支持以IEC 61850通讯方式上传；
变电站网络报文监测插件：接入相应网络，实现对采样值报文、GOOSE报文、MMS报文异常的实时监测分析、处理和告警输出，并可实时监测报文内的数据变化过程，输出告警及状态信号，信号支持以IEC 61850通讯方式上传。
图2是本发明的变电站网络在线监测系统的交换机监测插件和网络报文监测插件的内部功能结构示意图。
其中上图为变电站交换机监测插件，包括：交换机SNMP通讯模块：交换机的信息采集通过SNMP轮询加SNMPTRAP的方式实现，基于每个交换机双线程的控制机制设计，确保交换机事件传输的实时性和SNMP轮询采集准确性，有效降低交换机信息轮询的频率，确保交换机网管监测时的CPU负荷率降至最低；交换机的通讯链接可集中投退或单独投退；
交换机配置模块：可实现对每个网管交换机的管理配置，配置项包含SNMP通讯的全部参数、交换机类型、接口设备及MIB树中各厂家自定义的内部状态对象标识符，具备可配置MIB树中通用状态的对象符功能，可适应不同厂家、不同类型交换机内部状态量的监测，并可添加、删除、修改基于网络或基于全站的交换机配置库，并可实现配置库的保存与重新加载；
交换机数据处理模块：对采集的交换机端口流量数据，通过历史流量、趋势统计、比对分析的处理方法，实现对端口流量数据的统计分析，确定端口流量大小、带宽占用率、丢包率、错误率，并将分析结果输出至数据图形显示模块；采集交换机内部状态数据包括硬件设备信息、CPU负荷率、故障事件进行分析处理，并将分析结果输出至状态数据输出模块；根据网络性能指标参数和可配置的参数阈值，发出相关交换机的性能异常告警信号并输出至告警输出模块；
数据图形显示模块：接受交换机数据处理模块的输出，显示包含交换机端口通讯状态、连断状况、内部状态和概要信息图形，显示交换机内部及端口原始采集数据，显示处理后的统计数据，上述全部信息均支持以数据、图表、趋势图的形式显示；
告警输出模块：接受交换机数据处理模块的输出，支持按操作事件、告警事件、TRAP事件分类显示，并可将告警输出的事件按类型或按时间顺序输出到Excel事件记录文件，存储事件记录通过独立的事件记录线程完成，可一次记录单个或多个事件；
状态数据输出模块：接受交换机数据处理模块的输出，由性能与故障管理处理输出的特征告警及数据，建立IEC 61850设备及逻辑模型，实现IEC 61850服务，以MMS协议输出，输出数据可直接接入变电站内监控系统或远传远方监控，实现实时监控。以上各模块交互实现上述功能。
下图为变电站网络报文监测插件，包括：报文捕获模块：可实时捕获IEC 61850-9、GOOSE、MMS协议报文，支持按端口选择捕获报文或按协议选择捕获报文，捕获后报文送入报文分析异常识别模块处理；
报文分析异常识别模块：对捕获的特定协议报文进行分析处理，识别报文帧错误、内容错误及报文序列错误，并将错误报文存储至错误报文存储文件；根据报文信号配置管理模块的比对识别，识别出是已配置监测的报文或是未配置监测的报文，并分别进行相关处理，送至配置监测报文信号处理模和未配置监测报文处理模块；根据捕获的报文自动生成配置或添加至配置列表，便于简化人工配置过程；将报文分析过程中的错误、异常以告警事件输出至告警输出模块；将报文分析的异常或数据信息输出至状态数据输出模块；报文分析异常识别模块还可实现按信息列表、报文树状图、顺序报文码多种方式显示，报文信息列表显示输出提供概要信息，报文树状图显示解析后的报文结构字段，顺序报文码按报文码字节顺序显示报文内容，报文树状图和顺序报文码均支持联动显示；
报文信号配置模块：接收配置监测报文信号处理模块的信息，通过报文自动生成配置，或通过导入变电站或装置配置文件，通过添加、删除、修改等人工配置操作，实现单个或多个报文信号的变化监测，或将多个相关的GOOSE报文信号，配置到同一组内集中监测，为跳闸事件的过程联动监测提供便利；配置后报文送至报文分析异常识别模块处理；
未配置监测报文处理模块：接收报文分析异常识别模块输出的在配置中无法找到同类型的报文，识别其是否存在冲突或数据异常，并将异常的报文存入异常报文存储文件，报文分析通过后，可将分析结果输出至状态数据输出模块，若为新出现的网络报文，输出告警信息，并将告警信息和事件输出至告警输出模块；
配置监测报文信号处理模块：接收报文分析异常识别模块输出的关于配置监测的报文，处理监测的信号数据的变化、识别信号的异常与突变，报文分析通过后，可检查报文中变化信号是否为被监测信号，若被监测信号的状态变化，则输出相应的数据或告警至数据处理信号图形显示模块，状态数据输出模块和告警输出模块，并将信号变化的报文存入信号变化报文存储文件；
数据处理信号图形显示模块：对监测的信号进行相关的计算处理，显示其实际状态值，并支持以数据列表、分组状态图、变化趋势图的形式展示，为过程信号的重演分析提供手段；
告警输出模块：支持按操作事件、告警事件、信号变化事件分类显示，并可将告警输出的事件按类型或按时间顺序输出到Excel事件记录文件，存储事件记录通过独立的事件记录线程完成，可一次记录单个或多个事件；
状态数据输出模块：根据报文分析与监测管理输出的典型告警及数据，建立IEC 61850设备及逻辑模型，实现IEC 61850服务，以MMS协议输出，输出数据可直接接入变电站内监控系统或远传远方监控，实现实时监控。以上各模块交互实现上述功能。
本发明的变电站网络报文监测插件还具备离线报文的分析功能，可读取通过抓包文件输出的Pcap文件或本插件输出的各类型文件，并可离线分析各报文的信息字段和内容，输出分析结果至列表或输出窗口。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种变电站网络在线监测系统，其特征在于：包括
网络监测装置：具有与变电站站控层和过程层网络设备接口的通讯接口，包括：支持光纤以太网、双绞线以太网的接口模块，能适应高速、大流量、多接口同时通讯处理要求的主CPU控制板及相关的控制与通讯接口，可满足实时采样值、GOOSE、MMS通讯报文接口要求；
变电站交换机监测插件：通过接入与监控交换机相连的网络或对应通讯接口，实现交换机内部状态和接口通讯状态的采集、分析、处理和告警输出，输出信号支持以IEC 61850通讯方式上传；
变电站网络报文监测插件：接入相应网络，实现对采样值报文、GOOSE报文、MMS报文异常的实时监测分析、处理和告警输出，并可实时监测报文内的数据变化过程，输出告警及状态信号，信号支持以IEC 61850通讯方式上传。
2.根据权利要求1所述的一种变电站网络在线监测系统，其特征在于：所述变电站交换机监测插件包括：
交换机SNMP通讯模块：交换机的信息采集通过SNMP轮询加SNMPTRAP的方式实现，基于每个交换机双线程的控制机制设计，确保交换机事件传输的实时性和SNMP轮询采集准确性，有效降低交换机信息轮询的频率，确保交换机网管监测时的CPU负荷率降至最低；交换机的通讯链接可集中投退或单独投退；
交换机配置模块：可实现对每个网管交换机的管理配置，配置项包含SNMP通讯的全部参数、交换机类型、接口设备及MIB树中各厂家自定义的内部状态对象标识符，具备可配置MIB树中通用状态的对象符功能，可适应不同厂家、不同类型交换机内部状态量的监测，并可添加、删除、修改基于网络或基于全站的交换机配置库，并可实现配置库的保存与重新加载；
交换机数据处理模块：对采集的交换机端口流量数据，通过历史流量、趋势统计、比对分析的处理方法，实现对端口流量数据的统计分析，确定端口流量大小、带宽占用率、丢包率、错误率，并将分析结果输出至数据图形显示模块；采集交换机内部状态数据包括硬件设备信息、CPU负荷率、故障事件进行分析处理，并将分析结果输出至状态数据输出模块；根据网络性能指标参数和可配置的参数阈值发出异常告警，并将告警信息及事件输至告警输出模块；
数据图形显示模块：接受交换机数据处理模块的输出，显示包含交换机端口通讯状态、连断状况、内部状态和概要信息，显示交换机内部及端口原始采集数据，显示处理后的统计数据，上述信息均支持以数据、图表、趋势图的形式显示；
告警输出模块：接受交换机数据处理模块的输出，支持按操作事件、告警事件、TRAP事件分类显示，并可将告警输出的事件按类型或按时间顺序输出到Excel事件记录文件，存储事件记录通过独立的事件记录线程完成，可一次记录单个或多个事件；
状态数据输出模块：接受交换机数据处理模块的输出，由性能与故障管理处理输出的特征告警及数据，建立IEC 61850设备及逻辑模型，实现IEC 61850服务，以MMS协议输出，输出数据可直接接入变电站内监控系统或远传远方监控，实现实时监控。
3.根据权利要求1所述的一种变电站网络在线监测系统，其特征在于：所述变电站网络报文监测插件包括：
报文捕获模块：可实时捕获IEC 61850-9、GOOSE、MMS协议报文，支持按端口选择捕获报文或按协议选择捕获报文，捕获后报文送入报文分析异常识别模块处理；
报文分析异常识别模块：对捕获的特定协议报文进行分析处理，识别报文帧错误、内容错误及报文序列错误，并将错误报文存储至错误报文存储文件；根据报文信号配置管理模块的比对识别，识别出是已配置监测的报文或是未配置监测的报文，并分别进行相关处理，送至配置监测报文信号处理模和未配置监测报文处理模块；根据捕获的报文自动生成配置或添加至配置列表，便于简化人工配置过程；将报文分析过程中的错误、异常以告警事件输出至告警输出模块；将报文分析的异常或数据信息输出至状态数据输出模块；
报文信号配置模块：接收配置监测报文信号处理模块的信息，通过报文自动生成配置，或通过导入变电站或装置配置文件，进行添加、删除、修改人工配置操作，实现单个或多个报文信号的变化监测，或将多个相关的GOOSE报文信号，配置到同一组内集中监测，为跳闸事件的过程联动监测提供便利，配置后报文送至报文分析异常识别模块处理；
未配置监测报文处理模块：接收报文分析异常识别模块输出的在配置中无法找到同类型的报文，识别其是否存在冲突或数据异常，并将异常的报文存入异常报文存储文件，报文分析通过后，可将分析结果输出至状态数据输出模块，若为新出现的网络报文，输出告警信息，并将告警信息和事件输出至告警输出模块；
配置监测报文信号处理模块：接收报文分析异常识别模块输出的关于配置监测的报文，处理监测的信号数据的变化、识别信号的异常与突变，报文分析通过后，可检查报文中变化信号是否为被监测信号，若被监测信号的状态变化，则输出相应的数据或告警信息输至数据处理信号图形显示模块，状态数据输出模块和告警输出模块，并将信号变化的报文存入信号变化报文存储文件；
数据处理信号图形显示模块：对监测的信号进行相关的计算处理，显示其实际状态值，并支持以数据列表、分组状态图、变化趋势图的形式展示，为过程信号的重演分析提供手段；
告警输出模块：支持按操作事件、告警事件、信号变化事件分类显示，并可将告警输出的事件按类型或按时间顺序输出到Excel事件记录文件，存储事件记录通过独立的事件记录线程完成，可一次记录单个或多个事件；
状态数据输出模块：根据报文分析与监测管理输出的典型告警及数据，建立IEC 61850设备及逻辑模型，实现IEC 61850服务，以MMS协议输出，输出数据可直接接入变电站内监控系统或远传远方监控，实现实时监控。
4.根据权利要求3所述的一种变电站网络在线监测系统，其特征在于：所述报文分析异常识别模块可实现按信息列表、报文树状图、顺序报文码多种方式显示，所述报文信息列表显示输出提供概要信息，所述报文树状图显示解析后的报文结构字段，所述顺序报文码按报文码字节顺序显示报文内容；所述报文树状图和顺序报文码均支持联动显示。
5.根据权利要求3所述的一种变电站网络在线监测系统, 其特征在于，所述变电站网络报文监测插件具备离线报文的分析功能，可读取通过抓包文件输出的Pcap文件或本插件输出的各类型文件，并可离线分析各报文的信息字段和内容，输出分析结果至列表或输出窗口。
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