智能变电站网络报文分析及应用探讨

摘 要

网络报文记录及分析系统应用于智能变电站自动化系统，对智能变电站发挥着重要的作用，本文针对智能变电站过程层网络报文分析的难点进行分析，介绍了网络报文分析的作用、构成及运行维护。

【关键词】智能变电站 网络报文分析 过程层

与传统变电站相比，智能变电站引入了过程层，将传统变电站通过电缆实现的模拟量、信号量采集、一次设备的控制转化为过程层光纤网络实现，取消了传统的交流电缆和控制电缆。智能变电站网络，尤其是过程层网络的工作状态好坏将直接影响变电站的运行安全，部分智能变电站还采用了基于 IEEE1588 协议的网络化对时协议，这就要求有专门的网络分析系统，能够符合 IEC 61850 标准的智能变电站站控层及过程层网络进行监视、记录和分析。

1 智能变电站网络报文分析的业务描述

智能变电站网络报文分析功能主要应用于智能变电站站控层及过程层网络系统，通过在线分析系统网络内的所有通讯报文，实时监视自动化系统的运行状况并及时对异常进行报警，并可根据所记录的系统通讯报文进行离线分析，从而查找系统存在的隐患和异常、分析系统异常和错误原因，指导有关人员定位排除系统隐患和故障。

智能变电站是利用先进环保的设备，满足站内的通信平台网络化、全站信息的数字化以及信息共享的标准化需求。同时，能自动进行信息的计量、保护、测量、控制、采集等任务。还能根据电网条件实现职能调整、实时控制、在线分析等功能的变电站。

2 智能变电站网络报文分析配置原则

网络报文分析系统由网络报文记录单元和网络报文分析单元构成，网络报文记录单元按电压等级和网络配置，当SV和GOOSE接入量较多时，单个网络可配置多台网络报文采集单元，网络报文记录单元单独组网将信息上传给网络报文分析单元。网络报文记录单元通过网络方式接收SV报文和GOOSE报文，网络报文记录单元每个百兆SV采样值接口接入合并单元的数量不宜超过5台。

3 智能变电站网络报文分析构成

现阶段实现智能变电站网络报文分析功能的方式是智能变电站网络报文分析系统，智能变电站网络报文分析系统的结构采用“1 台网络报文分析单元+N 台网络报文记录单元”的构成模式。

工程在具体实施的过程中根据每个智能变电站配置一台网络报文分析装置的结构，使子网络进行划分。例如，针对电压的不同等级将智能变电站过程层划分为若干个子网段，使其逐一进入网络报文的记录装置。而网络报文的记录装置可在不同位置安装于各个过程层的主干网通信屏，接入主通信网络后记录所有的通信报文并向网络报文分析传达运行信息。在网络报文分析装置获取了网络报文记录装置中的信息，就可以对系统通信的正常运行进行监控。

4 智能变电站网络报文分析功能

4.1 为什么需要网络报文分析

4.1.1 缺少针对网络模型的监视手段

智能设备和通信网络的健康状况将直接影响整个智能变电站的通信，网络报文的发送端、接收端及通信网络异常或故障均可能导致电力系统重大事故，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。

4.1.2 原始数据的记录与追溯

当电力系统故障发生时，不仅能对记录的网络原始报文进行分析，还能还原电力系统一次设备故障波形以及二次设备动作行为，便于事故发生后进行分析和快速查找故障原因。

4.2 监视和分析的对象

从物理设备上分：合并单元、智能终端、保护测控、监控后台、交换机；从协议类型和逻辑接点分：SV接点、GOOSE接点、IP接点、1588.

4.3 报文数据记录

（1）记录数据的分辨率：≤1us。

（2）SV报文连续记录存储：≥3天。

（3）GOOSE报文连续记录存储：≥15天。

（4）MMS报文连续记录存储：≥15天。

（5）报文异常事件记录存储：≥1000条。

（6）文件格式：pcap格式。

4.4 报文实时监视与分析

实时分析报文，给出预警信息并启动报文记录。启动报文记录的条件包括：报文格式错误，如SV、GOOSE、MMS等报文格式错误；报文不连续，如丢帧、重复、超时等；报文不同步，如SV报文不同步等；数据属性变化， 如品质因数变化、同步标志变化等；SV采样异常，如频率不稳定，双A/D不一致等：GOOSE StNum与SqNum的变化规律，如变位、重启、状态虚变等；对时服务事件，如时钟加入、时钟退出、时钟切换、报文超时等；与SCD配置不一致，如数据集、条目数、地址、参引等；ACSI服务分析，如名称解析、数据解析、服务过程解析、捕获时间、否定响应等。

4.5 网络状态实时监视及分析

装置能够实时监视及分析网络状态。能够实时监视网络中节点的增加和删除、报文流量、帧速、通信状态等，给出预警信息并启动报文记录。启动报文记录的条件包括：流量异常、网络风暴、节点突增、通信超时、通信中断等。

4.6 电力系统数据实时监视及分析

实时监视电力系统数据，如有效值、相角、频率、有功功率、无功功率、功率因数、差流、阻抗等当前量值及开关量当前状态的能力。 实时分析以下异常：电压突变、电压（相/正序）越限、负序电压越限、零序电压越限、二次谐波电压越限、三次谐波电压越限、五次谐波电压越限、七次谐波电压越限、电流突变、电流越限、负序电流越限、零序电流越限、频率越限、频率变化率、开关量变位等，并给出相应的告警信息。

5 总结

随着智能变电站的推进和发展，网络报文记录分析装置开始推广应用，但由于没有建立相关标准，产品的功能、技术性能等重要指标没有统一的标准，对产品水平的整体提高形成障碍。随着工程的实际应用，经验的逐步积累，相关标准的建立，新的网络报文记录分析装置无论在软件功能上还是在物理接口上都比老产品有了质的飞跃。但由于存储等相关技术的限制，产品还存在着容量小，体积大、成本高、综合处理能力不高的问题，网络报文记录分析的发展趋势是：大容量、小型化、智能化、低成本。

参考文献

[1]王兴安，窦中山，金华蓉，魏勇.智能变电站新型网络报文记录与分析装置的实现[J].电气技术，2014，02：82-85.

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[3]窦中山，魏勇，王兴安，金华蓉.智能变电站网络报文分析关键技术研究[J].电气技术，2014，06：96-99.

[4]莫衍胜.智能变电站关键技术的分析[J].电子技术与软件工程，2014，23：151-152.

作者简介

赵红丽（1972-），女，河南省许昌市人。现为许继电气股份有限公司保护自动化系统公司工程师，从事工程管理工作。

作者单位

许继电气股份有限公司保护自动化系统公司 河南省许昌市 461000