CN106953749B - 一种智能变电站过程层网络实时监测方法 - Google Patents

Abstract

一种智能变电站过程层网络实时监测方法，在智能变电站的SCD中,一般缺少网络交换机模型信息，因而导致设备拓扑图不完整，中间存在断点，无法完整描述和显示站内实际网络，尤其是二次回路的全部情况。该方法首先识别建立网络化二次回路和交换机自身的关键标识，在SCD文件中加入对应的交换机信息，并对网络连接关系进行标准化定义，基于IEC61850对交换机端口状态及接入端口的IED设备建模，结合SCD中二次虚回路关联关系，实现基于网络拓扑及通讯状态的二次虚回路动态监视。利用图形化技术并参照传统二次回路方式对虚回路进行可视化展示，通过上送的流量及IED信息，监测各端口是否存在异常情况。

Description

一种智能变电站过程层网络实时监测方法

技术领域

本发明涉及电力系统智能变电站过程层网络监测领域，特别是基于交换机报文识别技术实现智能变电站过程层网络拓扑监视。

背景技术

目前，智能变电站的规划和建设已经步入高速发展期，在电网中所占比重越来越大，在整个智能变电站系统三层网络结构中，过程层网络是最直接与一次设备连接的最底层，它的运行稳定性直接关系到全站的安全稳定运行，而过程层交换机是过程层网络的核心设备。不同于常规变电站，过程层网络采用以太网数字传输模式取代了传统的硬接线回路，该模式的优势在于所有传输的GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)和SMV(Sampled Measured Value，采样测量值)报文能够交换并共享；但同时存在传输过程不可见以及故障检修复杂的情况。

基于上述背景，如何实时监测智能变电站过程层网络成为一个需要解决的问题。现有的通过网络报文记录分析仪来实时监视过程层网络，但该方法存在以下缺点：

(一)由于获取SMV和GOOSE报文的交换机端口不同，不能实时反映IED设备过程层链路通断状态。

(二)不能获取传输SMV和GOOSE报文的具体交换机端口流量情况，不能对一些流量异常进行预警。

(三)不能获取动态的全站过程层网络拓扑图。

发明内容

本发明提供一种智能变电站过程层网络实时监测方法，基于交换机识别技术以达到智能变电站过程层网络实时监视的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种智能变电站过程层网络实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法包括以下步骤：

步骤1：生成带交换机智能电子设备IED的全站系统配置描述文件即SCD文件；

步骤2：导出全站IED装置属性表及交换机的IED能力描述文件即CID文件；

步骤3：交换机启动时加载全站IED装置属性表以及交换机的CID文件；

步骤4：交换机报文发送端口依据接收的报文属性得到对应报文发送端口接入IED装置属性；

步骤5：交换机级联端口采用链路层发现协议即LLDP(Link Layer DiscoveryProtocol)协议识别对应级联端口接入IED装置属性信息；

步骤6：交换机报文接收端口通过人工配置的方式，录入接收端口连接IED装置属性；

步骤7：所述交换机端口的连接状态、IED信息、流量统计通过电力专用协议IEC61850上送给智能变电站中的智能运维子站。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤4中，报文发送IED装置接入到交换机，对应端口为报文发送端口，交换机启动报文上送解析功能，交换机的报文上送解析模块接收到SMV、GOOSE报文后，根据报文属性，并匹配加载的IED装置属性表，判断IED的合法性，在识别出对应IED装置属性后，再关闭报文上送解析功能；当交换机报文发送端口连接中断后，同时清空对应端口记录的IED装置属性，下一次连接重新开启报文上送解析功能进行读取报文内容来识别对应端口接入的IED装置属性。

步骤4具体包括以下内容：

4.1 IED装置接入交换机，交换机报文发送端口状态由中断变为连接；

4.2交换机启动报文上送解析模块功能，其中所述报文上送解析模块功能包括分析SMV报文的SMV分析模块和分析GOOSE报文的GOOSE分析模块；

4.3报文上送解析模块首先判断报文类型，如果为SMV报文，调用SMV分析模块分析SMV报文；如果为GOOSE报文，调用GOOSE分析模块分析GOOSE报文，并识别出对应IED装置属性；

4.4根据报文包含的IED装置属性与全站IED装置属性表进行匹配，如果找到对应的记录则表示该IED装置为合法IED装置，否则为不合法IED装置；

4.5交换机关闭报文分析功能模块，让所有报文数据由交换机芯片直接存储转发。

在步骤5中，两台交换机互联，对应互联的端口称为交换机级联口，对应互联的端口利用LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)协议识别对端交换机信息，所述LLDP协议能够接收到对端交换机的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息，同时也能够将本交换机对应信息发给对端。

步骤5具体包括以下内容：

5.1交换机级联端口开启LLDP协议功能，交换机级联端口正常连接；

5.2交换机组LLDP协议包，发到对端IED装置，告知本端的装置属性；

5.3 LLDP协议是双向的，交换机同时会接收对端装置发送的来的LLDP协议包，解析报文得到对端IED装置属性；

5.4根据报文包含的IED装置属性与全站IED属性表进行匹配，如果找到对应的记录则表示该IED装置为合法IED装置，否则为不合法IED装置。

本发明具有以下有益的技术效果：

本发明利用交换机解析报文，识别各端口接入IED装置属性，并利用IEC61850协议将相关信息上送给智能运维子站，形成整个过程层的网络拓扑关系。能够实时监控各IED设备的连接状态、流量信息。并能够对异常流量和非法IED设备告警处理。

附图说明

图1是本发明智能变电站过程层网络实时监测方法的流程示意图；

图2是本发明步骤4对应的SMV、GOOSE报文识别IED流程图；

图3是本发明步骤5对应交换机级联端口识别IED流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

在智能变电站中，状态上送均要求采用专用的电力通信协议IEC61850，通过对交换机装置建立ICD模型文件，系统配置集成交换机IED装置到SCD文件，从中导出CID文件并下载到交换机；交换机启动运行后再通过IEC61850协议，将端口的连接状态、IED信息、流量统计信息上送到智能运维子站。智能运维子站将各种状态和统计信息实时刷新到图形上并存储到本地数据库中。

如附图1所示，本发明公开的智能变电站过程层网络实时监测方法包括以下步骤：

步骤1：生成带交换机IED(Intelligent Electronic Device，智能电子设备)的全站SCD(substation configuration description，全站系统配置描述)文件；通过系统配置工具，在厂站模型中增加交换机IED描述，导出整个厂站SCD文件，以作智能运维子站监测使用。

步骤2：生成交换机识别功能所需的全站IED装置属性表及交换机CID(IEDCapability Description，IED能力描述)文件；

系统配置工具将整个厂站IED装置属性导出，形成对应的IED装置关系表。

表数据以ini格式导出，下装到交换机配置目录。

同时导出交换机CID文件，下装到交换机配置目录。

步骤3：在交换机加载启动时，将步骤2生成的全站IED装置属性表及交换机CID文件下装到交换机装置中，以便实时监测相关的端口的映射关系。

步骤4：交换机报文发送端口依据接收的报文属性得到对应报文发送端口接入IED装置属性；

详细实现流程见附图2。

4.1 IED装置接入交换机，端口状态由中断变为连接。

4.2交换机启动报文分析功能模块，将SMV及GOOSE消息上送到分析模块。

4.3判断报文类型，如果为SMV报文，调用SMV分析模块；如果为GOOSE报文，调用GOOSE分析模块。识别出对应IED装置属性。

4.4根据报文包含的IED装置属性跟全站IED属性表进行匹配，如果找到对应的记录则表示合法IED装置，否则为不合法IED装置。

4.5交换机关闭报文上送解析模块。

步骤5：针对交换机的级联口，接入IED的属性采用LLDP协议跟端口对端装置进行交互得到端口IED属性。其中，交换机级联是由于受交换机端口个数限制，当端口数目少于所需时，需要将两个交换机互联起来，增加端口数量。两个交换机互联占用的端口为交换机级联端口。即交换机级联端口连接的对端必为一台交换机。

详细实现流程见附图3。

5.1级联端口开启LLDP协议功能，端口正常连接。

5.2组LLDP协议包，通过单播发到对端装置。

5.3接收对端装置发送的LLDP组包，解析报文得到IED属性信息。

5.4根据报文包含的IED装置属性跟全站IED属性表进行匹配，如果找到对应的记录则表示合法IED装置，否则为不合法IED装置。

步骤6：交换机存在仅接收数据的端口，比如测控、保护装置，无法根据报文获得对端IED属性，因此此类装置需要利用交换机配置页面，将对应的IED属性配置到交换机，待此类设备接入到交换机后，交换机通过MAC判断合法性，并监测统计报文流量。

步骤7：所述交换机端口的连接状态、IED信息、流量统计通过电力专用协议IEC61850上送给智能变电站中的智能运维子站。

智能运维子站需要将厂站SCD文件导入到系统里生成实时库点表和包含状态和统计等信息的展示图形。智能运维子站实时获取交换机上送的IEC61850协议数据，将监测交换机各端口IED信息，统计数据值，写入实时库和保存到本地数据库中，同时按照IEC61850的引用(reference)索引展示图形中对应信息点，并实时刷新图形中信息点的数值及状态，实现监测IED异常或流量异常的可视化显示。

Claims (4)

1.一种智能变电站过程层网络实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法包括以下步骤：

步骤1：生成带交换机智能电子设备IED的全站系统配置描述文件即SCD文件；

步骤2：导出全站IED装置属性表及交换机的IED能力描述文件即CID文件，下装到交换机配置目录；

系统配置工具将整个厂站IED装置属性导出，形成对应的IED装置属性表；IED装置关系表数据以ini格式导出；同时导出交换机CID文件；

步骤3：交换机启动时加载全站IED装置属性表以及交换机的CID文件；

步骤4：交换机报文发送端口依据接收的报文属性得到对应报文发送端口接入IED装置属性；

具体包括以下内容：

4.1IED装置接入交换机，交换机报文发送端口状态由中断变为连接；

4.2交换机启动报文上送解析模块功能，将SMV及GOOSE消息上送到报文解析模块，其中所述报文解析模块包括分析SMV报文的SMV分析模块和分析GOOSE报文的GOOSE分析模块；

4.3报文解析功能模块判断报文类型，如果为SMV报文，调用SMV分析模块分析SMV报文；如果为GOOSE报文，调用GOOSE分析模块分析GOOSE报文，并识别出对应IED装置属性；

4.4根据报文包含的IED装置属性与全站IED装置属性表进行匹配，如果找到对应的记录则表示该IED装置为合法IED装置，否则为不合法IED装置；

4.5交换机关闭报文分析功能模块，让所有报文数据由交换机芯片直接存储转发；

步骤5：交换机级联端口，采用链路层发现协议即LLDP协议识别对应级联端口接入IED装置属性；

步骤6：交换机报文接收端口通过人工配置的方式，录入接收端口连接IED装置属性；

步骤7：所述交换机报文发送端口以及报文接收端口的连接状态、IED装置属性、流量统计通过电力专用协议IEC61850上送给智能变电站中的智能运维子站。

2.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络实时监测方法，其特征在于：

在步骤4中，报文发送端口对应的IED装置接入到交换机，对应端口为报文发送端口，交换机启动报文上送解析模块功能，交换机的报文上送解析模块接收到SMV、GOOSE报文后，根据报文属性，并匹配加载的IED装置属性表，判断IED的合法性，在识别出对应IED装置属性后，再关闭报文上送解析功能；当交换机报文发送端口连接中断后，同时清空对应端口记录的IED装置属性，下一次连接重新开启报文上送解析功能进行读取报文内容来识别对应端口接入的IED装置属性。

3.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络实时监测方法，其特征在于：

在步骤5中，两台交换机互联，对应互联的端口称为交换机级联口，对应互联的端口利用LLDP协议识别对端交换机信息，所述LLDP协议能够接收到对端交换机的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息，同时也能够将本交换机对应信息发给对端。

4.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络实时监测方法，其特征在于：

步骤5具体包括以下内容：

5.1交换机级联端口开启LLDP协议功能，交换机级联端口正常连接；

5.2交换机组LLDP协议包，将LLDP协议报文以单播形式发到对端交换机装置；

5.3接收对端装置发送的LLDP协议包，解析报文得到IED属性信息；

5.4根据报文包含的IED装置属性与全站IED属性表进行匹配，如果找到对应的记录则表示该IED装置为合法IED装置，否则为不合法IED装置。

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