CN103916292B - 基于iec61850标准的数字化变电站交换机在线监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于IEC61850标准的交换机在线监测系统。监测信息的内容包括数字化变电站交换机的内部实时温度；检测交换及的内部温度的变化以及变化趋势，预防由于内部过热导致的交换机不能正常工作；监测数字化变电站交换机的光口接收和发送光功率，来检验光信号的接收功率是否大于接收灵敏度以及冗余度；监测交换机内部端口状态：包含各个端口的通断状态以及相关数据；数字化变电站交换机的数据流向以及瞬时流量：交换机的数据流向和瞬时流量能够揭示交换机内部的多播数据或报文是否按照认为设定的方式流通，某种报文的瞬时流量的骤变均可能导致站内设备产生某些异常；本发明在线监测系统。在数字化变电站中，会成为智能化变电站系统可靠性和稳定性的重要指标和评价依据。

Description

基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测系统

技术领域

本发明属于电力系统中通讯领域，交换机网络在线监测的应用。

背景技术

在数字化变电站中交换机扮演者越来越重要的角色，大量的网络报文通过交换机这一网络元件进行实时传输，交换机的实时运行状态直接影响到站控层和过程层网络的可靠性和稳定性，决定了站内设备能否正确动作。因此，针对交换机这一网络元件进行实时的在线监测显得尤为重要。

在现阶段尚无过程层设备厂家（交换机厂家）能够提供交换机设备的在线监测，传统的方式为使用SNMP网管软件对交换机的实时数据进行查询，但查询到的数据信息极为有限，只能查看到交换机运行中的端口模式以及一些基本配置，对影响交换机交换性能的技术指标基本毫无涉及（例如光口的收发功率以及交换机的实时内部温度等），且用特定网管软件来管理交换机数据不便于在集成IEC61850标准的监控系统上推广，技术可行性较差。

由于交换机是站内所有设备网络数据传输的载体，因此在正常情况下对其进行停电检修近乎不可行，在数字化变电站推行IEC61850标准的基础之上，开发基于IEC61850标准的交换机在线监测系统，能够实时监测网络元件的健康状态以及内部元器件的健康状态趋势，为设备的检修提供一定的依据，为有效及时地发现故障，排除故障和预防故障提供数据和技术途径。

发明内容

本发明的目的是，提出一种基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测方法与系统，就是在现有数字化变电站中，不改变交换机的硬件结构以及站内的组网布局方式，实现监控系统对交换机的实时在线监测。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测系统，其特征是基于IEC61850标准实现数字化变电站交换机实时数据的在线监测，查看数字化变电站交换机的各类实时运行参数：

监测信息的内容包括数字化变电站交换机的内部实时温度；检测交换及的内部温度的变化以及变化趋势，预防由于内部过热导致的交换机不能正常工作；监测数字化变电站交换机的光口接收和发送光功率，来检验光信号的接收功率是否大于接收灵敏度以及冗余度；

监测交换机内部端口状态：数字化变电站交换机网络设备的连接都是通过PHY实现，其中包含了各个端口的通断状态以及相关数据；数字化变电站交换机的数据流向以及瞬时流量：交换机的数据流向和瞬时流量能够揭示交换机内部的多播数据或报文是否按照认为设定的方式流通，某种报文的瞬时流量的骤变均可能导致站内设备产生某些异常；

利用数字化变电站交换机侧上传的各个端口接收报文的源MAC以及目标MAC生成交换机内部的数据动态潮流图，并能实时显示各个流向的实时流量大小；

实现步骤如下：（1）监测信息的采集:在数字化变电站交换机中交换芯片完成数据交互的功能；利用数字化变电站交换机的管理CPU进行检测信息的数据采集；管理CPU通过I2C总线访问监测数字化变电站交换机的内部实时温度的温度芯片以及监测数字化变电站交换机的光口接收和发送光功率的光模块接口，读取温度芯片和光模块中的寄存器内容（温度以及光功率）；交换芯片与管理CPU之间通过SPI方式连接，管理CPU直接读取交换芯片的相关寄存器来获取各个端口的通断状态以及FCS校验错误等数据；通过中断的方式利用报文的统计结果粗略的计算出当时的瞬时流量；数字化变电站交换机在接收到报文时会联系到与之相连的装置的MAC地址，管理CPU将每个端口的MAC地址上送至监控系统；

（2）监测信息的传输:交换机在完成监测信息的采集之后，基于IEC61850协议将采集到的相应信息通过MMS报文映射的方式传输给监控系统；对于通断状态以及光功率等数据分别通过遥信和遥测的方式上送给监控系统，同时定期的以数据集的形式上送报告；

（3）监控系统的数据整理及图形化；对于温度指标可设定温度上下限，当其超过限值时产生异常告警信息；对于数字化变电站交换机侧上送的光口的接收和发送光功率直接在光口图符处体现；，管理CPU将每个端口的MAC地址通过MMS报文上送至监控系统；，监控系统通过检索全站的SCD文件找出与该MAC相同的装置，并将装置的相关信息在端口出显示；

数字化变电站交换机将数字化变电站交换机内部的VLAN配置信息上送至监控系统，每一个VLAN生产一个小的局域网络图，在该VLAN的端口上将端口学习到的MAC地址予以显示，并且根据交换机每个端口的源MAC地址以及目标MAC地址动态生成数据流向的潮流图，并标注出此时该流向中具体SV或者是GOOSE的瞬时流量。

监控系统亦可根据实际需求在远端通过写值操作对交换机的VLAN情况进行实时的划分或修改。

基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测方法与系统，将数字化变电站交换机及检测信息的设备等价于一台IED设备，通过MMS报文将IED设备的运行工况向监控系统传输，监控系统在接收到MMS报文之后将实时信息以一定的方式呈现或显示；基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测系统，基于IEC61850标准实现数字化变电站交换机实时数据的在线监测，查看数字化变电站交换机的上述监测信息的内容即各类实时运行参数。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于IEC61850标准的交换机在线监测系统，不需对现有的数字化变电站交换机硬件结构做过多的修改，确保了原有的数据交换的安全稳定性，利用IEC61850标准使得监测系统能够实时查看到数字化变电站交换机的各个参数的运行工况，便于实时了解交换机的自检状况，并根据异常结果推断可能存在的异常，做出及时的预防措施，有效的规避了因交换机内部故障而导致站内系统异常的风险。本发明的实现无需在现有工业交换机的基础上做过多的改动，无需增加专用处理芯片，控制了开发成本，具有很好的适用性，可操作性，同时又能够最大化开发交换机的实用功能。

本发明提供了一种基于IEC61850标准的交换机在线监测系统。在数字化变电站中，尤其是用交换机组网的数字化变电站中，交换机在整个系统中扮演着极为重要的角色，交换机取代了原有的二次连接电缆和回路，交换机传输数据的稳定和准确性直接会影响到站内保护测控装置的正常工作，与站控层、过程层通讯可靠性和稳定性密切相关。就智能化变电站中网络通讯的作用和重要性，以及智能化变电站对二次设备状态的要求，交换机作为一种网络通讯元件，对其运行状态的监视，必将会被越来越重视，成为智能化变电站系统可靠性和稳定性的重要指标和评价依据。

附图说明

图1交换机监测系统实现方式。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述。

基于IEC61850标准的交换机在线监测系统。该方法在现有数字化变电站网络结构的基础上，基于IEC61850标准实现交换机网络元件的在线监测，实现了交换机设备的在线实时检修。温度传感器、光功率采集、交换芯片，通过管理CPU，MMS报文至实时监测系统

基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测方法与系统，要实现交换机基于IEC61850标准的在线监测，需将数字化变电站交换机及检测信息的设备等价于一台IED设备，通过MMS报文将IED设备的运行工况向监控系统传输，监控系统在接收到MMS报文之后将实时信息以一定的方式呈现或显示。数字化变电站交换机作为一台智能设备，将自身CID中所囊括的信息通过报文形式传输给监控系统。实现过程中重要的一部便是确定CID中应包含的检测信息。

检测信息的内容包括数字化变电站交换机的内部温度：数字化变电站交换机采用工业级以太网交换机，特别是具备多光口的交换机，由于接口集成度比较密，其一般散热量较高，若是整体机箱设计不合理可能会导致交换机内部温度过高，在一定程度上会直接影响到交换机交换芯片的数据传输功能。

检测信息的内容包括数字化变电站交换机光纤接口的收发功率：交换机光纤接口的收发功率过高或者过低均会导致交换机接收和发送数据时产生一定的误码，直接影响传输数据的正确性。

检测信息的内容包括数字化变电站交换机内部端口状态：交换机网络设备的连接都是通过PHY实现，其中包含了各个端口的通断状态以及相关数据，例如FCS校验错误和短帧出错等。

检测信息的内容包括数字化变电站交换机的数据流向以及瞬时流量：交换机的数据流向和瞬时流量能够揭示交换机内部的多播数据是否按照认为设定的方式流通（大多数情况下采用VLAN方式来划定报文的转发规则），某种报文的瞬时流量的骤变均可能导致站内设备产生某些异常，对瞬时流量骤变的告警有助于提早识别系统运行中产生的异常。

本发明的实施包括以下步骤：

（1）.本发明的实施包括交换机根据IEC61850标准的建模，现有数字化变电站交换机已经能够完成此模型，以及建模之后模型中所包含的信息的采集。设有温度传感器、光功率采集、交换芯片信息量（包括数据流向、数据流等）的数据采集；

（2).实时监测系统主要是服务器及软件模块，其工作需根据数字化变电站交换机侧传输的实时MMS报文，动态生成数字化变电站交换机各个网络元件（包括温度传感器、光功率采集、交换芯片信息量）的工作状态，并且动态的显示出数字化变电站交换机内部复杂的数据流向以及每个数据流的瞬时流量。

（3）监测信息的采集:在交换机中交换芯片扮演着数据交互的角色。可利用管理CPU进行检测信息的数据采集。管理CPU可以通过I2C总线访问温度芯片以及交换机的光模块接口，读取其中的寄存器内容（温度以及光功率）。交换芯片与管理CPU之间通过SPI方式连接，管理CPU可以直接读取交换芯片的相关寄存器来获取各个端口的通断状态以及FCS校验错误等数据。针对不同类型的报文，我们可以通过中断的方式利用报文的统计结果粗略的计算出当时的瞬时流量。交换机在接收到报文时会学习到与之相连的装置的MAC地址，管理CPU将每个端口的MAC地址上送至监控系统。

（4）监测信息的传输:交换机在完成监测信息的采集之后，基于IEC61850协议将相应的信息通过MMS报文映射的方式传输给监控系统。对于各个端口的通断状态以及FCS校验错误数据以及光功率等数据分别通过遥信和遥测的方式上送给监控系统，同时定期的以数据集的形式上送报告。对于端口的MAC地址等则以字符串的形式表示。

（5）监控系统的数据整理及图形化。基于IEC61850的监控系统可根据交换机侧上送的MMS报文解析出其中所携带的监测信息。对于温度指标可设定温度上下限，当其超过限值时产生异常告警信息。对于交换机侧上送的光口的接收和发送光功率可直接在光口图符处体现。交换机每个端口学习到的MAC地址会通过MMS报文上送至监控系统，监控系统通过检索全站的SCD文件找出与该MAC相同的装置，并将装置的相关信息在端口出显示。交换机会将交换机内部的VLAN配置信息上送至监控系统，每一个VLAN生产一个小的局域网络图，在该VLAN的端口上将端口学习到的MAC地址予以显示，并且根据交换机每个端口的源MAC地址以及目标MAC地址动态生成数据流向的潮流图，并标注出此时该流向中具体SV或者是GOOSE的瞬时流量。监控系统亦可根据实际需求在远端通过写值操作对交换机的VLAN情况进行实时的划分或修改。

Claims (2)

1.基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测方法，其特征是基于IEC61850标准实现数字化变电站交换机实时数据的在线监测，查看数字化变电站交换机的各类实时运行参数：

监测信息的内容包括数字化变电站交换机的内部实时温度；检测交换机的内部温度的变化以及变化趋势，预防由于内部过热导致的交换机不能正常工作；监测数字化变电站交换机的光口接收和发送光功率，来检验光信号的接收功率是否大于接收灵敏度以及冗余度；

监测交换机内部端口状态：数字化变电站交换机网络设备的连接都是通过PHY实现，其中包含了各个端口的通断状态以及相关数据；数字化变电站交换机的数据流向以及瞬时流量：交换机的数据流向和瞬时流量能够揭示交换机内部的多播数据或报文是否按照人为设定的方式流通，某种报文的瞬时流量的骤变均可能导致站内设备产生某些异常；

利用数字化变电站交换机侧上传的各个端口接收报文的源MAC以及目标MAC生成交换机内部的数据动态潮流图，并能实时显示各个流向的实时流量大小；

实现步骤如下：（1）监测信息的采集:在数字化变电站交换机中交换芯片完成数据交互的功能；利用数字化变电站交换机的管理CPU进行监测信息的数据采集；管理CPU通过I2C总线访问监测数字化变电站交换机的内部实时温度的温度芯片以及监测数字化变电站交换机的光口接收和发送光功率的光模块接口，读取温度芯片和光模块中的寄存器内容；交换芯片与管理CPU之间通过SPI方式连接，管理CPU直接读取交换芯片的相关寄存器来获取各个端口的通断状态以及FCS校验错误数据；通过中断的方式利用报文的统计结果粗略的计算出当时的瞬时流量；数字化变电站交换机在接收到报文时会联系到与之相连的装置的MAC地址，管理CPU将每个端口的MAC地址上送至监控系统；

（2）监测信息的传输:交换机在完成监测信息的采集之后，基于IEC61850协议将采集到的相应信息通过MMS报文映射的方式传输给监控系统；对于通断状态以及光功率数据分别通过遥信和遥测的方式上送给监控系统，同时定期的以数据集的形式上送报告；

（3）监控系统的数据整理及图形化；对于温度指标设定温度上下限，当其超过限值时产生异常告警信息；对于数字化变电站交换机侧上送的光口的接收和发送光功率直接在光口图符处体现；管理CPU将每个端口的MAC地址通过MMS报文上送至监控系统；监控系统通过检索全站的SCD文件找出与该MAC相同的装置，并将装置的相关信息在端口显示出；

数字化变电站交换机将数字化变电站交换机内部的VLAN配置信息上送至监控系统，每一个VLAN产生一个小的局域网络图，在该VLAN的端口上将端口学习到的MAC地址予以显示，并且根据交换机每个端口的源MAC地址以及目标MAC地址动态生成数据流向的潮流图，并标注出此时该流向中具体SV或者是GOOSE的瞬时流量。

2.根据权利要求1所述的基于IEC61850标准的数字化变电站交换机在线监测方法，其特征是监控系统根据实际需求在远端通过写值操作对交换机的VLAN情况进行实时的划分或修改。