CN105049224B - 智能化变电站网络管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化变电站网络管理系统，属于智能化变电站技术领域。该系统包括业务网管、设备网管以及设备网管接口，所述业务网管和设备网管通过设备网管接口相连接；所述业务网管用于管理变电站业务网络，所述设备网管用于管理物理通信网络设备，所述设备网管接口用于设备网管向业务网管提供物理通信网络设备的数据和功能调用的接口。该系统的功能包括创建、删除和编辑业务网络以及下载业务网络配置，创建、删除和编辑网元模板，通过所述设备网管接口向所述设备网管下载或上载配置数据。该系统的管理范围覆盖智能变电站内所有与信息交互有关的通信网络和终端设备，该系统能够实现对智能变电站网络进行在线监测、动态配置和拓扑管理。

Description

智能化变电站网络管理系统

技术领域

本发明涉及一种对智能化变电站进行在线管理和配置的管理系统，属于智能化变电站技术领域。

背景技术

智能变电站以信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等功能，同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能，是一个高度自动化和智能化的系统。智能变电站的核心之一是完备的信息共享网络，依靠网络的支撑实现信息在各个二次设备（IED设备）之间传递，依靠网络协调二次设备（IED设备）的统一动作，完成变电站在各种情况下的继电保护和自动化功能，完成变电站的智能化分析功能。

目前，典型的智能变电站结构是一大群各种类型的二次设备（IED设备）围绕着通信系统组成的网络化系统，其中的IED设备包括各种智能变送器、数据采集单元、继电保护装置、综合自动化单元、各种监控和数据服务器、各种系统工作站等；按照信息的类型和系统的功能划分，多数智能变电站将网络划分为三层两网结构，三层是指过程层、间隔层和站控层，两网是指过程层网络和站控层网络。网络划分是为了满足不同类型信息传递的要求，例如，用传递时延性能要求严格的过程层网络传递实时测量和控制信号；而站控层网络负责传递全站共享数据，要求较高的带宽效率和易扩展性能。智能变电站技术对信息共享的要求极大地促进了变电站网络系统的发展，将变电站网络重要程度、网络化水平、网络性能指标都提到了一个新的高度，可以不夸张地说当今智能化变电站已经成为网络化的系统。

受到技术发展的限制，早期智能变电站网络多数采用多个局部物理网络的设计方案，这种网络结构信息被局限在各局部网络中，限制了信息共享和智能化功能的发展。随着变电站智能化技术的发展提出了信息共享更广泛、更灵活的要求，早期局部物理网络的划分显示出其不利于智能化发展的一面。目前比较可行的解决方案是在一个统一的物理网络上通过资源配置划分出各种等效物理隔离的逻辑网络；利用资源配置对网络进行划分有其既可控制又灵活的优点，可以在变电站构建一个既能严格界定又能灵活调整的分层网络群，满足变电站过程层、间隔层和站控层对网络的要求，同时为变电站智能化技术的发展留出了空间。

网络资源从固定到可灵活配置是现代通信网络技术发展的标志，资源配置技术的应用使得多业务共享网络的传递资源管理成为可能，使得严格的信息传递质量和灵活可控的信息共享有了保证；在通信领域依靠网络管理系统对通信网络的资源进行配置和管理，同样将这个概念引入智能化变电站可以形成变电站的网络管理系统的基础；基本思路就是构建一个变电站网络管理系统来管理变电站的网络；网管系统应能覆盖变电站中所有二次设备、通信系统和各个层面的网络设备，管理各种各样的信息传递和共享过程，自动监视变电站网络系统的运行和异常状态，监测网络的性能指标变化。

但当前变电站网络管理技术发展还处于初级阶段，并未形成一个功能完整、覆盖全面系统设计，申请人检索发现，目前常用的相关技术主要在以下几个方面：

1）单个设备的管理。目前大多数智能变电站采用物理直连网络，这种情况无法实现网络管理；一部分智能变电站利用以太网交换设备组建网络，由于以太网没有资源管理的机制，也无法控制通信业务和信息传递质量，形成不了有效的管理功能；因此，目前多数解决方案是利用通信设备的配置工具进行离线配置管理，在线运行监视基本依靠通信设备本身的运行状态输出信息。这种管理方法局限在单个设备层面，不具备网络管理的整体性功能。

2）信息交互模型的管理。目前大部分智能变电站遵循IEC61850标准建立数据交互模型，IEC61850是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统的国际标准，标准定义了变电站中IED设备的信息模型，定义了变电站信息网络的层次结构，定义了变电站网络中IED设备之间交互信息所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口（ASCI），明确了变电站信息传输所必需的通信服务，建立了通信服务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。IED设备之间通过ACSI由专用通信服务映射（SCSM）映射到所采用的具体协议栈；IEC61850标准为变电站建立了抽象网络，解决了抽象网络的稳定性与物理网络技术发展之间的矛盾。目前有一些基于IEC61850标准抽象网络模型管理网络的方法的研究；比如通过解析智能化变电站IEC61850配置文件SCD，生成交换机配置文件实现配置文件下载的管理功能；或者基于SCD配置文件的图形化解析工具系统，辅助智能变电站调试和参数校核工作。但这些技术都只停留在离线配置分析层面，最多也只能做到生成特定物理网络的配置表，不能够实现智能变电站的在线动态管理和配置。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种能够实现对智能变电站进行在线动态配置和管理的网管系统，该系统的管理范围覆盖智能变电站内所有与信息交互有关的通信网络和终端设备。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种智能化变电站网络管理系统， 包括业务网管、设备网管以及设备网管接口，所述业务网管和设备网管通过设备网管接口相连接；所述业务网管用于管理变电站业务网络，所述设备网管用于管理物理通信网络设备，所述设备网管接口用于设备网管向业务网管提供物理通信网络设备的数据和功能调用的接口；

所述业务网管包括拓扑管理模块、业务管理模块、设备管理模块和模板管理模块；

所述拓扑管理模块用于拓扑创建和拓扑编辑；所述拓扑创建是创建对应变电站二次系统网络结构的业务网络，包括创建对应二次系统业务网络的网元以及网元之间的拓扑关系；所述拓扑编辑包括增加和删除网元、编辑网元以及修改网元之间的拓扑关系；

所述业务管理模块用于创建、删除和编辑业务网络以及下载业务网络配置，所述业务网络的种类包括快速指令网络GOOSE、高速采集网络SV、定值管理网络MMS和生产辅助网络；所述业务管理模块对业务网络的编辑包括增删业务网络的业务节点和调整业务网络的业务节点参数，该参数包括类型、拓扑、路由、带宽和时延。

所述业务网络由网络拓扑、通信资源和网元组成，所述网络拓扑是指业务网络中网元之间的连接关系；所述通信资源是指通信双方的连接关系、数据传递带宽和数据传递时延。

所述模板管理模块用于创建、删除和编辑网元模板，所述网元包括通信网络设备、IED设备和业务节点，所述的业务节点是业务网络中数据流汇集点、分发点和终结点；

所述设备管理模块用于通过所述设备网管接口向所述设备网管下载或上载配置数据，所述业务网管向设备网管下载配置数据的过程包括更改配置参数的转换、下载传递和下载成功确认；所述业务网管可自动上载设备网管的配置数据，从而获取物理通信网络的实际网络拓扑，其过程包括周期读取配置数据、配置参数反向转换和网络拓扑自动更新。

优选的，所述业务管理模块对业务网络的编辑包括增删业务网络的业务节点和调整业务网络的业务节点参数，该参数包括类型、拓扑、路由、带宽和时延。

本发明中，所述业务管理模块可通过人机交互或解析预设的配置文件创建业务网络。

上述技术方案的进一步改进是：所述业务网络由若干业务子网络组成，所述业务子网络包括业务网络的业务节点、拓扑关系和占用资源；所述物理网络由若干物理子网络组成，所述物理子网络包括端口、转发路由和终端设备；所述网元还包括业务子网络，所述业务子网络和物理子网络对应。

上述技术方案的进一步改进是：所述业务网管还包括网络监测模块，所述网络监测模块用于在线监视网络设备的事件显示、记录、告警、检索和分类，在线监视网络和设备的实时更新和异常报警，以及在线监视业务子网络的实时状态，包括异常报警、流量和时延。

通常来说，整个变电站统一由一张物理网络覆盖，由该物理网络可以通过配置划分成多个逻辑网络，这些逻辑网络组成了智能化变电站中各个层级的网络（包括过程层、间隔层、站控层网络），这些逻辑网络统称业务网络。本发明的智能化变电站网络管理系统采用分层架构，包括上层的业务网管和下层的设备网管（设备网管由通信网络设备供应商提供，变电站通信网络设备通常会自带设备网管），业务网管和设备网管通过设备网管接口互联，从而可以对物理网络和业务网络进行统一管理，即业务网管重点管理逻辑网络，面向变电站二次系统的管理（自动化、继电保护专业）提供管理功能，设备网管重点管理物理网络，面向网络中的设备管理（通信设备、LED设备）提供管理功能，通过设备网管接口，设备网管支撑业务网管实现功能以及业务网管操控设备网管管理物理网络，实现对智能变电站的在线动态配置和管理。

本发明的智能变电站网络系统相比现有技术，具有以下优点：

1）本发明的智能变电站网络系统的管理范围覆盖所有与信息交互有关的通信网络设备和终端设备（IED设备），覆盖逻辑抽象网络和物理实体网络（即，全覆盖管理）；

2）本发明的智能变电站网络系统是一个在线管理系统，提供配置管理、运行管理、性能管理和安全管理功能（即，全功能在线管理）；

3）本发明的智能变电站网络系统从网络使用者的角度出发管理网络，面向用户，不需要使用者具备太多的通信网络专业知识，以电力自动化专业的视角描述网络、管理网络，通过网管系统将通信网络系统融入变电站二次系统整体之中；而当前变电站应用的通信网络管理工具不具备上述功能。

4）本发明的智能变电站网络系统采用分层架构、纵向互联的技术方案，智能变电站网管由上层业务网管和下层设备网管组成，上层业务网管提供面向电力自动化的管理功能，下层设备网管依靠设备级别的管理系统，保留实体物理网络和终端设备原有的管理功能；

5）本发明中业务网管与设备网管之间采用松耦合的互联方案，两者可以独立存在、独立运行，两者之间也通过设备网管接口联系，通过映射关系建立在网元属性层面的联系，该方案可以做到既兼容不同专业领域的技术标准差异（通信和自动化领域），又保持两者之间互动的联系，为将来下层物理实体网络的更替留有空间。

6）本发明中设备网管接口兼容多种接口方式，支持业务网管、设备网管以客户端调用服务的形式获得网元数据实现互联；也支持业务网管、设备网管通过准协议接口的方式交互数据。

综上可知，本发明的智能化变电站网络管理系统用于管理基于IEC61850标准规范的智能变电站通信网络，其管理范围覆盖整个变电站二次系统网络，包括终端设备和物理网络，其管理的对象包括IED设备、通信网络设备、网络接口设备和接入网络等，其管理功能包括网络生成和参数配置、网络拓扑和网络设备运行状态在线监视、网络性能指标监测和网络安全性管理。本发明的智能化变电站网络管理系统覆盖了变电站中所有二次设备、通信系统和各个层面的网络设备，可以管理各种各样的信息传递和共享过程，能够自动监视变电站网络系统的运行和异常状态，监测网络的性能指标变化，最终实现对智能化变电站的在线动态配置和管理。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的智能化变电站网络管理系统，如图1所示，包括业务网管、设备网管以及设备网管接口，所述业务网管和设备网管通过设备网管接口相连接；所述业务网管用于管理变电站业务网络，所述设备网管用于管理物理通信网络设备，所述设备网管接口用于设备网管向业务网管提供物理通信网络设备的数据和功能调用的接口；

所述业务网管包括拓扑管理模块、业务管理模块、设备管理模块和模板管理模块；

所述拓扑管理模块用于拓扑创建和拓扑编辑；所述拓扑创建是创建对应变电站二次系统网络结构的业务网络，包括创建对应二次系统业务网络的网元以及网元之间的拓扑关系；所述拓扑编辑包括增加和删除网元、编辑网元以及修改网元之间的拓扑关系；

所述业务管理模块用于创建、删除和编辑业务网络以及下载业务网络配置，所述业务网络的种类包括快速指令网络GOOSE、高速采集网络SV、定值管理网络MMS和生产辅助网络；

所述业务网络由网络拓扑、通信资源和网元组成，所述网络拓扑是指业务网络中网元之间的连接关系；所述通信资源是指通信双方的连接关系、数据传递带宽和数据传递时延；

所述模板管理模块用于创建、删除和编辑网元模板，所述网元包括通信网络设备、IED设备和业务节点，所述的业务节点是业务网络中数据流汇集点、分发点和终结点；

所述设备管理模块用于通过所述设备网管接口向所述设备网管下载或上载配置数据，所述业务网管向设备网管下载配置数据的过程包括更改配置参数的转换、下载传递和下载成功确认；所述业务网管可自动上载设备网管的配置数据，从而获取物理通信网络的实际网络拓扑，其过程包括周期读取配置数据、配置参数反向转换和网络拓扑自动更新。

本实施例中业务网络由若干业务子网络组成，所述业务子网络包括业务网络的业务节点、拓扑关系和占用资源；所述物理网络由若干物理子网络组成，所述物理子网络包括端口、转发路由和终端设备；所述资源是指物理网络提供的带宽、转发等用于数据传递的功能，所述业务子网络和物理子网络有对应关系。

本实施例中所述业务子网络组成智能变电站的通信网络，提供智能变电站二次系统的数据传递功能。所述的网管系统用于管理所述的物理子网络、业务子网络和所述各网络之间的对应关系。

本实施例中所述业务管理模块可通过人机交互或解析预设的配置文件创建业务网络。

本实施例还可以作所述业务网管还包括网络监测模块，所述网络监测模块用于在线监视网络设备的事件显示、记录、告警、检索和分类，在线监视网络和设备的实时更新和异常报警，以及在线监视业务子网络的实时状态，包括异常报警、流量和时延。

本实施例的智能变电站网络系统采用分层架构、纵向互联的技术方案，智能变电站网管由上层业务网管和下层设备网管组成，上层业务网管提供面向电力自动化的管理功能，下层设备网管依靠设备级别的管理系统，保留实体物理通信网络和终端设备原有的管理功能。

本实施例中业务网管与设备网管之间采用松耦合的互联方案，两者可以独立存在、独立运行，两者之间也通过设备网管接口联系，通过映射关系建立在网元属性层面的联系，该方案可以做到既兼容不同专业领域的技术标准差异（通信和自动化领域），又保持两者之间互动的联系，为将来下层物理通信网络的更替留有空间。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能化变电站网络管理系统，其特征在于：包括业务网管、设备网管以及设备网管接口，所述业务网管和设备网管通过设备网管接口相连接；所述业务网管用于管理变电站业务网络，所述设备网管用于管理物理通信网络设备，所述设备网管接口用于设备网管向业务网管提供物理通信网络设备的数据和功能调用的接口；

所述业务网管包括拓扑管理模块、业务管理模块、设备管理模块和模板管理模块；

所述拓扑管理模块用于拓扑创建和拓扑编辑；所述拓扑创建是创建对应变电站二次系统网络结构的业务网络，包括创建对应二次系统业务网络的网元以及网元之间的拓扑关系；所述拓扑编辑包括增加和删除网元、编辑网元以及修改网元之间的拓扑关系；

所述业务管理模块用于创建、删除和编辑业务网络以及下载业务网络配置，所述业务网络的种类包括快速指令网络GOOSE、高速采集网络SV、定值管理网络MMS和生产辅助网络；

所述业务网络由网络拓扑、通信资源和网元组成，所述网络拓扑是指业务网络中网元之间的连接关系；所述通信资源是指通信双方的连接关系、数据传递带宽和数据传递时延；

所述模板管理模块用于创建、删除和编辑网元模板，所述网元包括通信网络设备、IED设备和业务节点，所述的业务节点是业务网络中数据流汇集点、分发点和终结点；

所述设备管理模块用于通过所述设备网管接口向所述设备网管下载或上载配置数据，所述业务网管向设备网管下载配置数据的过程包括更改配置参数的转换、下载传递和下载成功确认；所述业务网管可自动上载设备网管的配置数据，从而获取物理通信网络的实际网络拓扑，其过程包括周期读取配置数据、配置参数反向转换和网络拓扑自动更新。

2.根据权利要求1所述的智能化变电站网络管理系统，其特征在于：所述业务管理模块通过人机交互或解析预设的配置文件创建业务网络。

3.根据权利要求1所述的智能化变电站网络管理系统，其特征在于：所述业务管理模块对业务网络的编辑包括增删业务网络的业务节点和调整业务网络的业务节点参数，该参数包括类型、拓扑、路由、带宽和时延。

4.根据权利要求1所述的智能化变电站网络管理系统，其特征在于：所述业务网管还包括网络监测模块，所述网络监测模块用于在线监视网络设备的事件显示、记录、告警、检索和分类，在线监视网络和设备的实时更新和异常报警，以及在线监视业务子网络的实时运行状态和异常报警，在线监测业务子网络的流量和时延数据。