浅析智能变电站网络报文记录分析装置设计

摘 要：网络报文记录分析装置应用于越来越多的智能变电站。在智能变电站中起到不可替代的作用，文章针对网络报文分析仪在满足智能变电站需求的基础上，结合现有技术条件，分析了网络报文记录分析装置的基本构成及各功能介绍和关键技术。

关键词：网络报文；智能变电站；关键技术

引言

随着智能变电站的迅速发展，变电站站控层、间隔层以及过程层的通信网络报文已经成为变电站智能设备间信息交互和共享的主要方式。直接影响整个智能变电站的通信是智能设备和通信网络的健康状况，可能导致电力系统重大事故的原因可能是网络报文的发送端、接收端及通信网络异常或故障，因此需要对网络报文进行有效的监视、记录和诊断，提前发现通信网络的薄弱环节和故障设备，预防电力系统事故的发生。

1 装置基本构成

网络报文记录分析装置由接收模块、报文记录模块和报文分析模块三部分构成及管理单元、记录单元、采集单元三部分。该设备接入两个网络：接入过程层网络，接收合并单元提供的采样值数据，接收智能终端的断路器状态和保护装置发出的各类跳闸和告警信号；接入站控层网络，主要用来记录站控层的网络报文信息。设备接入处理能力包括：（1）单台记录单元接入采集单元：8台；（2）单台记录单元接入采集单元：4台；（3）单台记录单元接入MMS客户端：16

个；（4）单台记录单元接入SV控制模块：28个；（5）单台记录单元接入GOOSE控制模块：256个；（6）单台记录单元处理映射后的模拟

量通道：132个；（7）单台记录单元处理映射后的开光量通道：512

个；（8）单台记录单元接入网络报文流程：400Mbit/s。

2 分析记录装置各功能分析

2.1 管理单元功能

管理单元对应于网络报文分析装置的报文分析模块，实现系统的人机接口，管理多台记录单元，管理单元既可以使用Windows操作系统，又可以使用Linux操作系统，基于安全的考虑，越来越多的变电站选择Linux操作系统来实现。

（1）系统的组态及参数配置模块。根据全站情况设置装置IP，装置接入交流量通道、开关量通道、装置参数及装置电流电压分组情况；解析全站配置SCD文件，设置每个通道的网络报文事件启动定值。（2）系统状态监视模块，实时监视SV控制块、GOOSE控制块、PTP报文及其他网络报文等的总流量、断链、异常等统计信息，当满足设定条件的异常情况时，给出相应的告警条目。（3）网络报文检索及分析模块，能够检索网络报文存储的文件列表、记录文件，能对检索到的报文进行标识。（4）网络报文在线检测模块，设定监视条件，从采集单元实时读取满足监视条件的报文包，实现SV报文的原始数据波形绘制及实时一次值的显示，实现GOOSE报文中数据元素的变位扑捉及状态监视。

2.2 记录单元功能

记录单元对应于网络报文分析装置的报文记录模块，记录单元实现在线解析、文件管理、MMS通信服务，时钟同步功能，是整套系统的核心单元。该单元与分析管理单元通信，将实时数据、统计分析结果等传送至分析管理单元进行展示，记录单元一般采用嵌入式操作系统来实现，目前主要用于Linux系统。

（1）网络报文统计及记录模块。具备完善的原始报文解析、统计和存储功能，可将SV、GOOSE、PTP报文按照配置的控制块分类进行字节流量、包流量、SV失步、双AD异常、GOOSE实变、GOOSE虚变、链路中断等异常计数分类统计，并可根据异常条条形成异常事件，上传至分析管理单元，可将采集到的原始报文按照配置进行分类分级就地压缩存储。（2）文件管理模块。具有对原始报文文件的管理功能，当磁盘空间不足时，系统自动清理、删除较早生成的文件，在文件存储异常时，将产生磁盘异常告警，方便运行人员进行检查维护。（3）实时通信服务模块。与分析管理单元进行实时通信，上传实时相量数据、网络报文统计数据、离线文件数据等。（4）装置自检模块。实时检查自身状况，对装置异常、参数异常、程序自恢复、通信异常等在本地先生或上传告警。（5）参数在线整定模块。可在当地或后台整定装置的运行参数，装置无需断电启动。（6）对时及守时模块。具有高精度对时功能，能够接收全站同意时钟信号，用于对网络数据单元进行精确对时，时钟信号满足IEC61588对时或IRIG-B码对时，同时装置还具备一定的守时功能，守时精度满足规范要求。

2.3 采集单元功能

采集單元对应于网络报文分析装置的报文接收模块，采集单元提供采集通信接口，采集输入装置的SV、GOOSE、MMS镜像网络报文等。采集单元一般利用DSP等CPU来实现，不使用嵌入式操作系统。采集控制模块接收外部发送来的SV、GOOSE、PTP等网络报文，实时报文的高速高精度捕捉。

3 网络报文分析记录装置工作原理

报文分析是网络报文分析记录仪的重要功能之一，根据报文分析工具的使用方式，可分为在线监测和离线解析两部分，在线监测部分实时解析SV、GOOSE、MMS报文，并根据SV的内容绘制交流量曲线，离线解析部分主要解析已经记录的报文，离线解析软件应能查看报文，自持根据报文类型、APPID、目标地址、源地址等方式对报文进行筛选。

4 网络报文分析关键技术

在智能变电站中，站控层、间隔层、过程层的通信网络中，充斥着SV、GOOSE、MMS、1588及其他规约或不能识别的报文，这些报文都要接入到网络报文分析记录装置中，由网络报文记录分析装置完整准确地记录这些报文并进行分析处理。特别是在网络压力较大时要保证不丢包、不跳变。完整准确的原始报文是网络报文记录分析装置稳定运行的基础。对于网络报文记录分析装置，应具备MU数量不低于24个，GOOSE控制块个数不低于256个，网络数据流量不低于400Mbit/s的接收及处理能力。应具备连续SV记录24h以上，连续GOOSE记录14天以上、异常报文记录10000条以上的数据存储能力。针对这样的处理要求，网络报文记录分析装置的软件硬件设计上主要采取的技术措施包括：（1）网络数据采集分布式设计。装置采用网络数据采集单元独立设计，解决了额网络数据采集和数据深度处理硬件一体化设计商的电磁兼容、协调调度、散热等问题，使装置工作更稳定可靠。（2）记录单元双核全嵌入式设计。记录单元采用全嵌入式设计方法，采用源码开放的Linux嵌入式实时操作系统，告诉双核CPU协调运算处理系统，极大提供了记录单元的数据吐吞能力，处理实时性和动态相应特性。（3）数据压缩存储技术。采用先进的数据压缩存储技术，最大压缩可达到20倍，常规运行时压缩比在9倍左右。（4）网络数据采集单元全嵌入式设计，无操作系统调度，保证数据处理能力及实时性，以及运行稳定可靠和抗干扰能力。

采取这些措施后，装置运行稳定性良好。当记录功能投入时，模拟量通道和开关量通道最大化配置，所以元件启动投入，装置启动并在大规模写入文件时，装置的CPU使用率控制在60%之内。

5 结束语

在智能变电站中，SV、GOOSE、报文取代了传统的交流量电缆，SV、GOOSE报文的异常有可能引起保护的误动或拒动，甚至电流系统的崩溃。SV、GOOSE报文的重要性可见一斑。对于网络报文记录分析仪，不仅要求能够完整记录SV、GOOSE的原始报文，而且能够识别异常情况，给出报警，预防电力系统事故的发生。

参考文献

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作者简介：刘华锁（1972-），男，汉族，辽宁辽阳人，工程师，从事工艺质量管理工作。