CN104092584A - 一种智能变电站网络通信信号探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能变电站网络通信信号探测装置，包括侦听端口、信息记录装置和信息分析装置，所述侦听端口设置于智能变电站自动化***通信通路上，将收、发报文接入所述信息记录装置；所述信息记录装置读取来自侦听端口的所述收、发报文，周期性地将所读取的收、发报文存储为报文文件；所述的信息分析装置分析所读取的报文文件中的报文，判断其是否符合IEC61850标准，并将相关报文中所包含的电网信号予以显示。本发明通过在智能变电站通信通路上设置侦听端口，连续完整地无损记录于信息记录和分析装置中，从而可重现该变电站网络通信的局部过程并显示其中的电网信号，从而辅助安装维护人员准确通信***中的信号内容。

Description

一种智能变电站网络通信信号探测装置

技术领域

本发明涉及智能变电站网络通信，具体地说是一种智能变电站网络通信信号探测装置。

背景技术

传统变电站自动化***的联调和运行中，常发生后台监控、无人值班集控站和调度自动化主站***遥信或事件不完整、遥控不成功、测量跃变等情况。当这些情况发生在远方或本地自动闭环控制的无功电压自动控制（AVQC）、自动发电控制（AGC）等***时，其严重性就更为突出。实践表明，这些情况大都是由于通信故障引起的，然而由于缺乏有效技术手段，无法重现问题发生时的通信过程，因此往往很难对问题进行判断、定位和处理。

而且，随着数字化变电站的发展，通信技术越来越成为变电站自动化的关键，例如基于IEC61850标准的变电站自动化***。其中，IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化***的国际标准，该标准下的变电站自动化***中，监控***的联闭锁、继电保护及自动装置的跳合闸等功能均采用网络通信方式实现，传统的二次回路由直观电缆连线转换为网络通信过程，各种信号的连接和传递由传统的硬接线方式改为通讯方式实现。特别是随着应用电子式电流、电压互感器以及智能断路器产品的全数字化变电站的出现，变电站自动化***的设计、安装、调试和运行维护将产生深刻的变革，***运行完全依赖于通信。此时，传统的故障排查手段更是无法满足要求，通信过程错误难以再现。

因此，在电网故障、自动化***异常时，如何重现自动化***网络通信的全过程，进而对该通信过程进行多层次分析，以便辅助维护人员准确、及时定位故障原因，已成为IEC61850变电站自动化***迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种智能变电站网络通信信号探测装置，以重现该变电站自动化***网络通信的过程，进而对通信过程所包含的电网信号进行还原和现实，以便辅助安装维护人员准确确定网络中的信号。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能变电站网络通信信号探测装置，包括侦听端口、信息记录装置和信息分析装置，其中，所述侦听端口设置于智能变电站自动化***通信通路上，将该自动化***通信通路上的收、发报文接入所述信息记录装置；所述信息记录装置读取来自侦听端口的所述收、发报文，周期性地将所读取的收、发报文存储为报文文件；所述的信息分析装置分析所读取的报文文件中的报文，判断其是否符合IEC61850标准，并将相关报文中所包含的电网信号予以显示。

进一步的，所述侦听端口为设于以太网通信通路的以太网侦听端口或者设于光纤通信通路的光侦听端口。

进一步的，智能变电站自动化***的网络交换机具有端口映射功能时，由该网络交换机分配一个通信接口作为以太网侦听端口。

进一步的，智能变电站自动化***的网络交换机没有端口映射功能时，以太网侦听端口包括分电器，分电器输入端连接收、发通道，分电器输出端接入信息记录装置。

进一步的，所述的光侦听端口包括分光器，分光器的输入端连接收、发通道，分光器输出端分为两路，一路接入原被侦听装置，按原来路线传输；另一路则接入信息记录装置。

进一步的，所述的信息记录装置包括控制模块以及受该控制模块控制的电源输入模块、处理及缓存模块、存储模块、异常输出模块和GPS时钟模块，所述电源输入模块连接外接电源；所述处理及缓存模块连接至所述侦听端口，经侦听端口读取所述自动化***各通信通路上的收、发报文，对所读取的收、发报文添加时标后将其缓存，并在所述控制模块控制下周期性地将所缓存的报文形成报文文件，将该报文文件存入所述存储模块；异常输出模块用于输出该信息记录装置的运行状况；所述GPS时钟模块接入外部时钟源。

进一步的，所述的信息记录装置还包括用于显示所述信息记录装置各模块的工作状态的第一显示模块。

进一步的，所述的信息分析装置包括报文处理模块、MMS报文处理模块、GOOSE/SMV报文处理模块、ACSI处理模块以及第二显示模块，所述报文处理模块对报文进行链路层分析，该链路层分析包括判断其是否符合链路层协议要求，并根据该报文是MMS报文或是GOOSE/SMV报文，将其送入对应的MMS报文处理模块或GOOSE/SMV报文处理模块；所述MMS报文处理模块对所接收的MMS报文进行网路层分析和通讯过程分析，判断该MMS报文是否符合MMS应用协议要求，并将符合MMS应用协议要求的MMS报文送入所述ACSI处理模块；所述GOOSE/SMV报文处理模块对所接收的GOOSE/SMV报文进行通讯过程分析，判断该GOOSE/SMV报文是否符合GOOSE/SMV应用协议要求，并将符合GOOSE/SMV应用协议要求的GOOSE/SMV报文送入所述ACSI处理模块；所述ACSI处理模块对所接收的报文进行应用分析，该应用分析包括判断单一报文所携带的信息是否符合IEC61850变电站配置文件要求，以及判断报文应用过程是否符合IEC61850标准，以及是否存在其他错误和隐患，并将相关报文信息予以显示；所述第二显示模块用于显示所述信息分析装置各处理模块所分析出的不符合相应要求的报文。

本发明的有益效果：本发明通过在智能变电站通信通路上设置侦听端口，将通信通路上的收、发报文接入信息记录和分析装置，并连续完整地无损记录于信息记录和分析装置中，从而可重现该变电站网络通信的局部过程并显示其中的电网信号，从而辅助安装维护人员准确读取通信***中的信号内容。

附图说明

图1是本发明一种实施方式探测装置的结构示意图；

图2是本发明另一种实施方式探测装置的结构示意图；

图3是本发明的信息记录装置的结构示意图；

图4是本发明的信息分析装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的信号探测装置包括侦听端口、信息记录装置和信息分析装置，其中，侦听端口为多个，且分别设置于该智能变电站通信通路上，将该自动化***通信通路上的收、发报文接入本信号记录和分析装置，由信息记录和分析装置进行记录和分析。

对于利用以太网实现通信连接的智能变电站，如图1所示，侦听端口为以太网侦听端口，以太网侦听端口设于以太网通信通路中，以太网侦听端口将以太网络链路层的收、发报文接入信息记录装置和信息分析装置，从而得以记录和分析指定通信的完整过程。同时，可以选择网络报文过滤的规则，使得以太网侦听端口将指定IP地址、指定端口上的交互数据包接入信息记录装置和信息分析装置。以太网侦听端口直接接入基于IP通信协议的数据包，而与采用的应用层协议无关，可以记录通信异常数据、时序异常数据、无关干扰数据甚至网络攻击数据，因此也可以对以太网的网络安全进行监视，为分析网络的安全提供可靠的数据资料。每一以太网侦听端口均配置有ID、网络装置名称以及报文过滤条件。

在实际操作时，以太网侦听端口包括以下两种情况：

1）当自动化***的网络交换机具有端口映射功能时，由该网络交换机分配一个通信接口作为该以太网侦听端口，且在该网络交换机有多个需侦听的通信接口的情况下，该网络交换机将这些通信接口的数据均映射到该以太网侦听端口，由该以太网侦听端口接入信息记录装置。理论上，所设以太网侦听端口的速率大于各需侦听通信接口速率之和。

2）当自动化***的网络交换机无端口映射功能时，则将以太网侦听端口设于以太网通信通路上，经分电器将通信通路上的收、发报文接入信息记录装置。

对于利用光纤实现网络通信的智能变电站，特别是当自动化***的网络交换机无端口映射功能时，可采用光侦听方式设置侦听端口，如图2所示，由于一个光通信通路中采用不同的通道进行报文收、发，故需在收、发通道上分别设置一侦听端，用以分别接入收、发报文，因为各通道中的报文以光信号形式传送，故经各侦听端的光信号还需根据分光技术基本原理，经分光器分为两路，一路接入原被侦听装置，按原来路线传输；另一路则接入该网络通信记录分析***，光侦听端口可根据被监听网络光纤类型（多模、单模）以及通信速率（10M/100M/1000Mbps），选用不同类型的无源分光器。

如图3所示，所述的信息记录装置包括控制模块、电源输入模块、处理及缓存模块、存储模块、通信模块、GPS时钟模块、异常输出模块以及第一显示模块，这些模块亦可根据实际需要进行配置。

其中，控制模块控制电源输入模块、处理及缓存模块、存储模块、GPS时钟模块、异常输出模块以及第一显示模块的运行，并监视这些模块的运行状态，在这些模块出现异常或信息记录装置无法正常工作时重新启动，以提高***稳定性。

电源输入模块将外接电源接入信息记录装置。

处理及缓存模块通过各侦听端口，读取智能变电站通信通路上的收、发报文，对所读取的所有报文添加时标后将其缓存，并在控制模块的控制之下周期性地将缓存报文形成一个报文文件，存入存储模块。每当处理及缓存模块缓存报文达到预设缓存时间例如10分钟时，处理及缓存模块在控制模块指示下将该预设缓存时间内缓存的报文形成一个报文文件，即每10分钟形成一个报文文件，并将该报文文件存入存储模块，其中，各报文文件可根据其来源端口以及时标信息等进行命名。

存储模块用于根据控制模块的指令连续存储处理及缓存模块形成的报文文件，保证对报文进行不间断记录。该存储模块由控制模块检测其工作状态和存储容量，并在其存储容量达到预定值时根据记录时间的先后将所存储的报文文件删除。

GPS时钟模块可接入外部时钟源，以接收标准时钟并更新***时间。该外部时钟源可为外部485串行时钟信号和脉冲时钟信号，时钟同步误差，校正周期内小于1毫秒。

异常输出模块用于输出该信息记录装置的运行状况，特别是当控制模块检测到该信息记录装置20各模块存在异常运行状况时，输出该信息记录装置故障的指示信息。例如，在信息记录装置运行正常时，异常输出模块输出高电平；当控制模块检测到信息记录装置各模块存在异常运行状况时，异常输出模块由控制模块控制输出低电平。因此，当该信息记录装置投入运行后，由于各种原因出现了运行故障时，可以通过测控装置采集该异常输出模块27的输出信号，来通知远方***。

信息记录装置还通过第一显示模块，采用面板指示灯、显示屏等方式直观显示各个模块的工作状态。

所述的信息分析装置对报文文件中的报文进行分析，判断其是否符合IEC61850标准以及是否存在其他错误和隐患，并将相关报文信息中的电网信号予以显示，如图4所示，该信息分析装置包括报文文件处理模块、MMS（Manufacturing Message Specification，制造报文规范）报文处理模块、GOOSE/SMV（Generic Object Oriented Substation Event/Sampled Measured Values，面向通用对象的变电站事件/采样测量值）报文处理模块、ACSI（Abstract Communication Service Interface，抽象通信服务接口）处理模块以及第二显示模块。

其中，报文文件处理模块对报文文件中的报文进行链路层分析，判断报文是否符合链路层协议要求，即分析报文是否完整、报文地址是否合法、并判断其报文类型是否IEC61850标准所允许的以太类型。在报文不完整、报文地址不合法或报文类型不是IEC61850标准所允许的以太类型时，将该报文列为错误报文，标识其错误类型，并在第二显示模块中予以显示。对于错误报文，做丢弃处理；对于正确报文，报文文件处理模块则根据报文的报文类型是MMS报文或是GOOSE/SMV报文，将其送入对应的MMS报文处理模块或GOOSE/SMV报文处理模块。

MMS报文处理模块接收到MMS报文后，对该MMS报文进行网路层分析和通讯过程分析，判断该MMS报文是否符合MMS应用协议要求：首先，对MMS报文进行网络层分析，判断其信息类型是否合法，并进行拓扑分析，判断MMS报文IP地址是否合法、端口号是否合法；其次，对MMS报文的通讯过程进行分析，包括通断分析和报文连续性分析。在分析过程中，无论是对其进行网络层分析的过程中还是进行通讯过程分析的过程中，若判断出MMS报文不符合MMS应用协议要求，则将该MMS报文列为错误报文，标识其错误类型，并在第二显示模块中予以显示。对于错误报文，若错误影响后续处理，则进行标识后，MMS报文处理模块直接处理下一个报文；对于正确报文，MMS报文处理模块则将其送入ACSI处理模块。

类似地，GOOSE/SMV报文处理模块接收到GOOSE/SMV报文后，对该GOOSE/SMV报文进行通讯过程分析，判断该GOOSE/SMV报文是否符合GOOSE/SMV应用协议要求，即对GOOSE/SMV报文的通讯过程进行分析，包括通断分析和报文连续性分析。在分析过程中，若判断出GOOSE/SMV报文不符合GOOSE/SMV应用协议要求，则将该GOOSE/SMV报文列为错误报文，标识其错误类型，并在第二显示模块中予以显示。对于错误报文，若错误影响后续处理，则进行标识后，GOOSE/SMV报文处理模块直接处理下一个报文；对于正确报文，GOOSE/SMV报文处理模块则将其送入ACSI处理模块。

ACSI处理模块接收到MMS报文处理模块和GOOSE/SMV报文处理模块传送的报文后，对其进行应用分析。首先，对单一报文进行分析，根据IEC61850变电站配置文件（SCD，Staging Configuration Directory）判断报文所携带的信息是否完整、正确。其次，对报文应用过程进行分析，这些应用过程包括，但不限于，初始化过程、控制操作过程、定值操作过程。对报文应用过程进行分析时，首先根据报文类型、报文数据信息以及报文时间信息对报文应用过程进行界定，也就是界定特定应用过程所包含的报文；待将报文应用过程界定后对该应用过程进行分析，根据IEC61850标准判断分析应用过程是否完整、是否符合逻辑以及应用过程各步骤所涉及的报文类型及报文信息是否正确、是否符合逻辑。在ACSI处理模块对报文进行应用分析的过程中，若判断出单一报文或报文应用过程存在错误，则将该单一报文或报文应用过程所涉及的报文列为错误报文，标识其错误类型，并在显示模块中予以显示。

信息分析装置上述各模块根据相应标准或协议对报文进行的各具体分析判断过程，是本领域技术人员根据上述描述可易知的，故在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，包括侦听端口、信息记录装置和信息分析装置，其中，所述侦听端口设置于智能变电站自动化***通信通路上，将该自动化***通信通路上的收、发报文接入所述信息记录装置；所述信息记录装置读取来自侦听端口的所述收、发报文，周期性地将所读取的收、发报文存储为报文文件；所述的信息分析装置分析所读取的报文文件中的报文，判断其是否符合IEC61850标准，并将相关报文中所包含的电网信号予以显示。

2.根据权利要求1所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，所述侦听端口为设于以太网通信通路的以太网侦听端口或者设于光纤通信通路的光侦听端口。

3.根据权利要求2所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，智能变电站自动化***的网络交换机具有端口映射功能时，由该网络交换机分配一个通信接口作为以太网侦听端口。

4.根据权利要求2所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，智能变电站自动化***的网络交换机没有端口映射功能时，以太网侦听端口包括分电器，分电器输入端连接收、发通道，分电器输出端接入信息记录装置。

5.根据权利要求2所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，所述的光侦听端口包括分光器，分光器的输入端连接收、发通道，分光器输出端分为两路，一路接入原被侦听装置，按原来路线传输；另一路则接入信息记录装置。

6.根据权利要求1所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，所述的信息记录装置包括控制模块以及受该控制模块控制的电源输入模块、处理及缓存模块、存储模块、异常输出模块和GPS时钟模块，所述电源输入模块连接外接电源；所述处理及缓存模块连接至所述侦听端口，经侦听端口读取所述自动化***各通信通路上的收、发报文，对所读取的收、发报文添加时标后将其缓存，并在所述控制模块控制下周期性地将所缓存的报文形成报文文件，将该报文文件存入所述存储模块；异常输出模块用于输出该信息记录装置的运行状况；所述GPS时钟模块接入外部时钟源。

7.根据权利要求6所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，所述的信息记录装置还包括用于显示所述信息记录装置各模块的工作状态的第一显示模块。

8.根据权利要求1所述的一种智能变电站网络通信信号探测装置，其特征在于，所述的信息分析装置包括报文处理模块、MMS报文处理模块、GOOSE/SMV报文处理模块、ACSI处理模块以及第二显示模块，所述报文处理模块对报文进行链路层分析，该链路层分析包括判断其是否符合链路层协议要求，并根据该报文是MMS报文或是GOOSE/SMV报文，将其送入对应的MMS报文处理模块或GOOSE/SMV报文处理模块；所述MMS报文处理模块对所接收的MMS报文进行网路层分析和通讯过程分析，判断该MMS报文是否符合MMS应用协议要求，并将符合MMS应用协议要求的MMS报文送入所述ACSI处理模块；所述GOOSE/SMV报文处理模块对所接收的GOOSE/SMV报文进行通讯过程分析，判断该GOOSE/SMV报文是否符合GOOSE/SMV应用协议要求，并将符合GOOSE/SMV应用协议要求的GOOSE/SMV报文送入所述ACSI处理模块；所述ACSI处理模块对所接收的报文进行应用分析，该应用分析包括判断单一报文所携带的信息是否符合IEC61850变电站配置文件要求，以及判断报文应用过程是否符合IEC61850标准，以及是否存在其他错误和隐患，并将相关报文信息予以显示；所述第二显示模块用于显示所述信息分析装置各处理模块所分析出的不符合相应要求的报文。