CN107231257A - 智能变电站过程层网络设备自动配置系统及方法 - Google Patents

智能变电站过程层网络设备自动配置系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能变电站过程层网络设备自动配置系统及方法，该系统包括分布式子系统和集中控制子系统，分布式子系统用于获取网络拓扑结构信息，并上送给所述集中控制子系统；还用于解析集中控制子系统发送的配置信息，根据该配置信息自动配置，集中控制子系统用于解析SCD文件，根据解析SCD文件获取的信息及接收的网络拓扑结构信息，生成配置信息，并将配置信息发送给分布式子系统。通过本发明实施例中所述系统及方法，可以实现过程层虚拟二次回路自动配置，降低了人工工作量和配置错误，提高了配置效率和配置准确性。划分方式更为灵活和详细，便于虚拟二次回路的控制、配置和跟踪分析。

Description

智能变电站过程层网络设备自动配置系统及方法
技术领域
本发明涉及智能变电站技术领域，特别涉及一种智能变电站过程层网络设备自动配置系统及方法。
背景技术
智能变电站二次设备以光缆间接连接取代传统电缆直接连接，通过少量光缆传递多种测控数据，保护信号，遥控命令等信息。虽然结构变得简化，但是同时带来了网络设备配置新问题。传统配置方式中，变电站工作人员根据经验对二次设备进行逻辑划分，例如依据电压等级，装置间隔，发布订阅关系等。对符合同一逻辑的设备划分在一个VLAN，人工绘制配置图纸。通过配置图纸，人工配置网络设备端口参数实现VLAN配置。不仅工作量庞大，而且在变电站设备调试阶段，任何小范围变更都需要人工反复修改配置网络设备端口参数，配置效率过低，对工作人员专业技术要求较高，而且配置复杂，现有方法划分逻辑设备VLAN不具有规范性，划分范围不够准确，极易出现错误。
发明内容
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种智能变电站过程层网络设备自动配置系统及方法。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种智能变电站过程层网络设备自动配置系统，包括分布式子系统和集中控制子系统；
所述分布式子系统，用于获取网络拓扑结构信息，并上送给所述集中控制子系统；还用于解析集中控制子系统发送的配置信息，根据该配置信息自动配置；
所述集中控制子系统，用于解析SCD文件，根据解析SCD文件获取的信息及接收的网络拓扑结构信息，生成配置信息，并将配置信息发送给分布式子系统。
根据本发明实施例，分布式子系统包括拓扑结构获取模块、第一通信模块、配置信息解析模块、信息自动配置模块、安全监测模块，其中：
拓扑结构获取模块，用于获取邻居设备信息，以便于得到整个网络的网络拓扑结构信息；
第一通信模块，用于将网络拓扑结构信息上送给集中控制子系统，以及接收集中控制子系统下发的配置信息；
配置信息解析模块，用于解析第一通信模块接收的配置信息，根据配置息能够生成网络设备端口配置表；
信息自动配置模块，用于根据网络设备端口配置表配置网络设备端口参数，实现网络设备VLAN自动配置。
根据本发明实施例，集中控制子系统包括解析SCD模块、数据存储模块、数据处理模块、配置信息制造模块、第二通信模块，其中：
解析SCD模块，用于在获取智能变电站SCD文件后，解析SCD文件；
数据存储模块，用于将解析SCD文件获取的信息和分布式子系统上送的网络拓扑结构信息存储；
配置信息生成模块，用于将数据存储模块存储的信息处理生成配置信息；
第二通信模块，用于接收分布式子系统上送的网络拓扑结构信息，将接收的信息交由数据存储模块存储，发送配置信息给分布式子系统。
一种智能变电站过程层网络设备自动配置方法，包括步骤：
网络设备获取网络拓扑结构信息，并上送给集中控制中心；
集中控制中心解析SCD文件，根据解析SCD文件获取的信息及接收的网络拓扑结构信息，生成配置信息，并将配置信息发送给网络设备；
网络设备解析集中控制中心发送的配置信息，根据该配置信息自动完成配置。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)通过本发明实施例中所述系统及方法，可以实现过程层虚拟二次回路自动配置，降低了人工工作量和配置错误，提高了配置效率和配置准确性。
(2)较传统VLAN划分方式相比，本方案划分方式更为灵活和详细，便于虚拟二次回路的控制、配置和跟踪分析。
(3)在单装置调试、系统集成阶段，能够任意更换网络设备端口，添加测试设备，更改订阅关系，而不需要频繁的修改交换机配置。
(4)在变电站投入运行时，能够固化网络设备配置，降低灵活性，提高确定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中所述网络拓扑结构示意图。
图2为本发明实施例中所述智能变电站过程层交换机自动配置系统框图。
图3为本发明实施例中所述智能变电站过程层交换机自动配置方法流程图。
图4为两个IED之间信息传输的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，智能变电站IED，网络设备和集中控制中心连接关系简图如示例图1所示，此处网络设备仅以交换机为例进行说明。多个交换机20级联，与本交换机连接的一个或多个其他交换机称作为本交换机的邻接交换机，本交换机称为本地交换机，邻接交换机称为对端交换机。交换机20连接有至少一个智能电子设备(Intelligent ElectronicDevice，简称为IED)，交换机20的一个端口连接一个IED。集中控制中心10与交换机20通过网络连接。实施中，集中控制中心10可以包括一台或多台集中控制终端，集中控制终端与交换机网络连接。
本实施例中，智能变电站过程层网络交换机自动配置系统，包含集中控制子系统和分布式子系统，如图2所示，其中，分布式子系统包含五个模块，集中控制子系统包含五个模块，通过模块间相互作用实现交换机自动配置。
参考图2，分布式子系统包括拓扑结构获取模块、第一通信模块、配置信息解析模块、信息自动配置模块、安全监测模块，其中：
拓扑结构获取模块，可以通过分析端口报文或邻居发现协议等方法，获取邻居设备(邻居设备是指与本地网络设备相连接的其他网络设备)信息，所述信息主要包括本地端口ID，远方装置(IED和邻接交换机)MAC地址，远方装置端口ID，远方装置类型等。在交换机中实现时，每个交换机中都有信息模型，通过信息模型可以获取与本交换机相连接的邻居设备拓扑结构，处于下级节点的交换机将邻居设备信息上传给上级节点的交换机，交换机之间分别获取邻居设备信息后，再通过与集中控制中心相连接的交换机获取和计算整个网络的拓扑结构，如示例图1所示。
第一通信模块，主要完成两大功能。第一，将信息模型中邻居信息逻辑节点信息上送给集中控制中心，例如通过IEC 61850数据集、报告控制块、日志控制块等服务模型实现。第二，接收集中控制中心下发的配置信息，所述配置信息包括网络拓扑结构信息，报文转发表信息，iedName与MAC-Address(MAC地址)、VLAN-ID(虚拟局域网标识)、APPID(应用标识)对应关系表，IED发布表、LED订阅表，固化和解固化配置命令等。
在交换机中实现时，下级节点的交换机通过通信模块向上级节点的交换机发送信息，以及接收上级节点的交换机下发的信息，直接与集中控制中心相连接的交换机则向集中控制中心发送信息，以及接收集中控制中心下发的信息，再下发至下级节点的交换机。
配置信息解析模块，用于解析第一通信模块接收的配置信息，根据配置息能够生成交换机端口配置表。交换机端口配置表包含内容为某一交换机每一端口对应的permitVLAN(允许接收VLAN)和untaggedVLAN(去标识VLAN)。同时配置信息解析模块也能够解析固化和解固化配置命令，相应对应交换机固化配置和解固化配置。
信息自动配置模块，根据交换机端口配置表配置交换机端口参数，实现交换机VLAN自动配置。
安全监测模块，用于当交换机运行在固化配置模式时，解析端口报文APPID、MAC-Address和VLAN-ID信息，与iedName、MAC-Address(MAC地址)、VLAN-ID(虚拟局域网标识)、APPID(应用标识)对应关系表做比对。出现不匹配时，报警。
参阅图2，集中控制子系统包括解析SCD模块、数据存储模块、数据处理模块、配置信息制造模块、第二通信模块，其中：
解析SCD模块，用于在集中控制中心获取智能变电站SCD文件后，解析SCD文件，解析信息主要包括iedName(IED名称)，APPID(应用标识)，VLAN-ID(VLAN标识)，MAC-Address(MAC地址)，apName(接口名称)，Type(报文类型)，cbName(控制块名称)，LDevice(逻辑设备)，发布虚端子路径，订阅虚端子路径等。
数据存储模块，主要将解析SCD文件获取的信息和交换机上送的信息存储。将存储的信息数据输入给数据处理模块，经过处理后，将数据处理模块输出的信息存储，作为其它功能模块的数据源。数据存储方式可选择多样化，例如以各种文件的形式存储(例如支持但不仅限于txt格式)。
数据处理模块，将数据存储模块存储的信息进行处理。待处理的信息主要包括解析SCD模块解析SCD文件所获取的信息，交换机上送的网络拓扑结构信息。其中将解析SCD文件获取的信息数据整合成iedName与APPID、MAC-Address、VLAN-ID对应关系表，IED发布表、LED订阅表；将交换机上送的信息整合成交换机拓扑连接关系表，交换机端口连接设备关系表。根据以上信息关系表匹配整合，最终形成报文转发表。上述生成的全部信息表将重新由数据存储模块存储。
示例性地举例，交换机端口连接设备关系表可以通过如下表所示：
容易理解的，此处所谓的iedName与APPID、MAC-Address、VLAN-ID对应关系表、IED发布表等各种表仅是表示成员之间的相互关系，而并非限于成员之间的相互关系需要通过表格来表示。
配置信息制造模块，将数据存储模块存储的信息生成配置信息，配置信息包括网络拓扑结构信息，报文转发表信息，iedName与MAC-Address(MAC地址)、VLAN-ID(虚拟局域网标识)、APPID(应用标识)对应关系表，IED发布表、LED订阅表，固化和解固化配置命令等。例如可以生成交换机配置文件CCD实现等。
根据上述配置信息完成配置后，即可保障网络设备之间通信通畅。例如图4所示，IED1到IED2要经过Switch1的Port1和Port2，要经过Switch2的Port27和Port28，要经过Switch3的Port3和Port4，IED1到IED2的方向(即出发地到目的地)可以通过IED发布表和IED订阅表知晓，IED1要从Switch1的Port1进，从Port2出，以及要经过的交换机的各个端口号，可以从交换机端口连接关系表获知，IED1到IED2要经过哪些交换机可以通过交换机拓扑连接关系表获知。
第二通信模块，主要接收交换机上送的信息，例如通过IEC 61850服务模型上送的交换机信息模型中的信息，将接收的信息交由数据存储模块存储。下发交换机配置信息给交换机。
本实施例中仅以交换机进行举例说明，上述智能变电站过程层交换机自动配置系统及下述智能变电站过程层交换机自动配置方法，均适用于例如路由器等其他网络设备。
上述系统中的集中控制子系统包含的功能模块不限于仅在集中控制中心实现，也可以在智能变电站某一交换机(网络设备)中实现，该交换机称为中心交换机，与集中控制中心相连接，完成前述集中控制中心所完成的功能。
请参阅图3，本实施例中提供的智能变电站过程层交换机自动配置方法，包括步骤：
步骤S101：交换机通过示例图2中所示网络拓扑获取模块获取整个网络的拓扑结构和设备信息。下级交换机通过网络拓扑获取模块获取到邻居设备信息后上送给上级交换机，最终与集中控制中心相连接的交换机获得整个网络的拓扑结构和设备信息。邻居设备信息包含的信息如前述拓扑结构获取模块所述。
步骤S102：交换机通过示例图2中所述第一通信模块将步骤S101中得到的整个网络拓扑结构信息发送给示例图2中所示第二通信模块。第二通信模块接收的信息由示例图2中的数据存储模块进行存储。
步骤S103：集中控制中心通过示例图2中的解析SCD模块解析获取的SCD文件，解析信息如前述解析SCD模块所述。解析的信息由示例图2中的数据存储模块存储。
步骤S104：集中控制中心通过示例图2中的数据存储模块存储步骤S102和步骤S103获取的信息，并输入给数据处理模块。
步骤S105：集中控制中心通过示例图2中数据处理模块将数据存储模块存储的信息进行处理，待处理的信息及处理后得到的信息如前述数据处理模块所述，处理后的信息通过数据存储模块进行存储。
步骤S106：集中控制中心通过示例图2中配置信息制造模块将步骤S105获取的信息制造成配置信息(例如CCD文件)，并输入给第二通信模块。
步骤S107：集中控制中心通过示例图2中第二通信模块将配置信息发送给第一通信模块，第一通信模块将配置信息输入给配置信息解析模块。
步骤S108：交换机通过示例图2中配置信息解析模块解析配置信息，生成交换机端口配置表输入给信息自动配置模块。
步骤S109：交换机通过示例图2中自动配置模块，根据步骤S108解析得到的交换机端口配置表，自动配置交换机端口参数，实现虚拟二次回路自动配置。
步骤S110：完成步骤S109自动配置之后，集中控制中心下发固化命令，由配置信息解析模块解析并固化交换机配置，系统配置固化后进入正常运行状态，同时开启安全监测模块，对报文进行安全性监测，如果监测到异常报文则进入步骤S111。如若后续需要修改，集中控制中心下发解固化命令，交换机重新配置。
示意性地举例，不局限于此，异常报文数据可以是指：错误的数据包(例如报文格式等错误)；错误的订阅关系(例如：IED2设备没有订阅IED1的信息，可是IED1给IED2发来了报文)。
步骤S111：交换机自动上报告警信息，其告警方式包括报文上传、Syslog记录等。
(1)通过上述系统及方法可以实现过程层虚拟二次回路自动配置，降低了人工工作量和配置错误，提高了配置效率和配置准确性。
(2)较传统VLAN划分方式相比，本方案划分方式更为灵活和详细，便于虚拟二次回路的控制、配置和跟踪分析。
(3)在单装置调试、系统集成阶段，能够任意更换网络设备端口，添加测试设备，更改订阅关系，而不需要频繁的修改交换机配置。
(4)在变电站投入运行时，能够固化网络设备配置，降低灵活性，提高确定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能变电站过程层网络设备自动配置系统，其特征在于，包括分布式子系统和集中控制子系统；
所述分布式子系统，用于获取网络拓扑结构信息，并上送给所述集中控制子系统；还用于解析集中控制子系统发送的配置信息，根据该配置信息自动配置；
所述集中控制子系统，用于解析SCD文件，根据解析SCD文件获取的信息及接收的网络拓扑结构信息，生成配置信息，并将配置信息发送给分布式子系统。
2.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络设备自动配置系统，其特征在于，分布式子系统包括拓扑结构获取模块、第一通信模块、配置信息解析模块、信息自动配置模块、安全监测模块，其中：
拓扑结构获取模块，用于获取邻居设备信息，以便于得到整个网络的网络拓扑结构信息；
第一通信模块，用于将网络拓扑结构信息上送给集中控制子系统，以及接收集中控制子系统下发的配置信息；
配置信息解析模块，用于解析第一通信模块接收的配置信息，根据配置息能够生成网络设备端口配置表；
信息自动配置模块，用于根据网络设备端口配置表配置网络设备端口参数，实现网络设备VLAN自动配置。
3.根据权利要求2所述的智能变电站过程层网络设备自动配置系统，其特征在于，所述分布式子系统还包括安全监测模块，用于当网络设备运行在固化配置模式时，解析端口报文，在出现异常报文时报警。
4.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络设备自动配置系统，其特征在于，集中控制子系统包括解析SCD模块、数据存储模块、数据处理模块、配置信息制造模块、第二通信模块，其中：
解析SCD模块，用于在获取智能变电站SCD文件后，解析SCD文件；
数据存储模块，用于将解析SCD文件获取的信息和分布式子系统上送的网络拓扑结构信息存储；
配置信息生成模块，用于将数据存储模块存储的信息处理生成配置信息；
第二通信模块，用于接收分布式子系统上送的网络拓扑结构信息，将接收的信息交由数据存储模块存储，发送配置信息给分布式子系统。
5.根据权利要求4所述的智能变电站过程层网络设备自动配置系统，其特征在于，配置信息生成模块包括数据处理模块和配置信息制造模块，其中：
数据处理模块，用于将解析SCD文件获取的信息数据整合成iedName与APPID、MAC-Address、VLAN-ID对应关系表，IED发布表、LED订阅表；将分布式子系统上送的信息整合成网络设备拓扑连接关系表，网络设备端口连接设备关系表；根据以上信息关系表匹配整合，最终形成报文转发表；
配置信息制造模块，用于生成配置信息，配置信息包括网络拓扑结构信息，报文转发表信息，iedName与MAC-Address、VLAN-ID、APPID对应关系表，IED发布表、LED订阅表，固化和解固化配置命令。
6.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络设备自动配置系统，其特征在于，集中控制子系统可以在集中控制中心实现或者在与集中控制中心相连接的网络设备中实现。
7.一种智能变电站过程层网络设备自动配置方法，其特征在于，包括步骤：
网络设备获取网络拓扑结构信息，并上送给集中控制中心；
集中控制中心解析SCD文件，根据解析SCD文件获取的信息及接收的网络拓扑结构信息，生成配置信息，并将配置信息发送给网络设备；
网络设备解析集中控制中心发送的配置信息，根据该配置信息自动完成配置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据解析SCD文件获取的信息及接收的网络拓扑结构信息，生成配置信息，包括：
将解析SCD文件获取的信息数据整合成iedName与APPID、MAC-Address、VLAN-ID对应关系表，IED发布表、LED订阅表；
将网络设备上送的网络拓扑结构信息整合成网络设备拓扑连接关系表，网络设备端口连接设备关系表；
根据以上信息关系表匹配整合，最终形成报文转发表；
配置信息包括网络拓扑结构信息，报文转发表信息，iedName与MAC-Address、VLAN-ID、APPID对应关系表，IED发布表、LED订阅表。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，配置信息还包括固化和解固化配置命令。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，网络设备解析集中控制中心发送的配置信息，根据该配置信息自动完成配置，包括：
解析配置信息，根据配置信息能够生成网络设备端口配置表；
根据网络设备端口配置表配置网络设备端口参数，实现网络设备VLAN自动配置。
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