鄧烽，何思源，趙高峰

（南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京 211103）

1 引言

2012年，國家電網(wǎng)公司啟動了新一代智能變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)，以“系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體”為目標(biāo)，從設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制技術(shù)3方面入手，采用整體集成設(shè)計(jì)，引導(dǎo)設(shè)備研制，優(yōu)化主接線和平面布局，提高變電站整體設(shè)計(jì)水平。采用一次設(shè)備與傳感器、智能組件的一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能整合。2013年，公司完成6個110 kV/220 kV新一代智能變電站示范建設(shè)和投運(yùn)，2014年開展新一代智能變電站建設(shè)。隨著新一代智能變電站從示范階段步入大規(guī)模建設(shè)階段，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在應(yīng)用中出現(xiàn)一些新問題，如不同電壓等級智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異較大，沒有統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)范；變電站通信網(wǎng)絡(luò)缺乏有效的管理手段，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)存在工程應(yīng)用問題等，已極大影響了變電站系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

2 變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一信息模型的必要性

智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)承載著采樣值和保護(hù)跳閘等重要信號，信息通信是變電站可靠運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視方面，變電站采用網(wǎng)絡(luò)分析儀，雖記錄整個變電站內(nèi)智能單元間的通信報(bào)文，但沒有監(jiān)測整個通信網(wǎng)絡(luò)的通信狀況，智能變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理也沒有納入智能變電站統(tǒng)一管理體系，變電站監(jiān)控系統(tǒng)無法直接獲取通信網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)信息和配置信息。因此，需要針對變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立一套統(tǒng)一的信息模型，實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)信息納入智能變電站統(tǒng)一監(jiān)控管理體系，變電站監(jiān)控系統(tǒng)可直接獲取通信網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)配置信息及網(wǎng)絡(luò)故障、告警等信息，如鏈路狀態(tài)、帶寬占用狀態(tài)、端口轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)、端口分組丟失率、誤碼率等，形成變電站網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)信息監(jiān)控，從而根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備異常診斷，分析變電站異常數(shù)據(jù)流量，達(dá)到排查變電站網(wǎng)絡(luò)安全隱患的目的。

3 變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息模型

3.1 變電站通信監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

考慮到實(shí)現(xiàn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，構(gòu)建的智能變電站統(tǒng)一監(jiān)控管理體系網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建議采用三層一網(wǎng)方案，站控層、間隔層、過程層網(wǎng)絡(luò)合一，如圖1所示。各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中都可監(jiān)測，且站內(nèi)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信平臺，實(shí)現(xiàn)一體化數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡潔，便于工程設(shè)計(jì)和日常維護(hù)。

3.2 變電站網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測需求

根據(jù)變電站網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備以下的功能：

·設(shè)備基本信息及參數(shù)查詢，如設(shè)備名稱、軟件版本等，便于設(shè)備檢修及維護(hù)；

·設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)查詢及配置，如MAC地址、IP地址等，方便根據(jù)變電站通信需要變更網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

·設(shè)備網(wǎng)絡(luò)端口信息監(jiān)測及控制，如端口帶寬占用狀態(tài)、端口轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)、端口分組丟失率、誤碼率等性能數(shù)據(jù)，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能及鏈路鏈接狀態(tài)監(jiān)測；

圖1 實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

·設(shè)備自身監(jiān)視、控制和維護(hù)，用于監(jiān)視設(shè)備自身工作狀態(tài)并產(chǎn)生相關(guān)報(bào)告和日志以及控制重新自啟動等，并利用報(bào)告方式將網(wǎng)絡(luò)故障、告警等網(wǎng)絡(luò)異常診斷信息發(fā)送給運(yùn)行人員；

·傳輸功能及協(xié)議狀態(tài)查詢，如VLAN、端口鏡像、多播轉(zhuǎn)發(fā)表等，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)監(jiān)測，從而全面掌握全網(wǎng)通信狀態(tài)，以此分析變電站各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量和特性，達(dá)到定位優(yōu)化變電站網(wǎng)絡(luò)性能的目的。

3.3 變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息建模

IEC61850[2,3]的分層信息模型包括物理設(shè)備（PHD）、邏輯設(shè)備（LD）、邏輯節(jié)點(diǎn)（LN）、數(shù)據(jù)對象（DO）和屬性數(shù)據(jù)（DA）。邏輯節(jié)點(diǎn)是與其他IED信息交互的最小功能單元，是整個模型的核心。本文將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視為一個物理設(shè)備，物理設(shè)備根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)服務(wù)和其他擴(kuò)展服務(wù)功能需求，分為基本服務(wù)邏輯設(shè)備和高級服務(wù)邏輯設(shè)備2種類型。采用以不同功能模塊整體為對象，根據(jù)上述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能劃分來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測和配置信息邏輯節(jié)點(diǎn)模型。具體建模方法如下：對于設(shè)備基本描述信息，相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)可通過簡單的劃分形成，如設(shè)備信息、設(shè)備參數(shù)、控制信息等；涉及交換機(jī)端口描述信息，如端口轉(zhuǎn)發(fā)速率、端口通信模式、風(fēng)暴抑制模式等控制信息和物理媒體類型和連接狀態(tài)等狀態(tài)信息，根據(jù)不同端口功能，為每個端口組合創(chuàng)建一個邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例；對于同時(shí)與設(shè)備全局性能參數(shù)和端口性能參數(shù)相關(guān)的信息，應(yīng)分別構(gòu)建邏輯節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行描述，如生成樹協(xié)議；對于僅描述交換機(jī)各個端口的信息，應(yīng)為每個端口創(chuàng)建1個邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例，例如廣播風(fēng)暴抑制。

3.4 變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息建模

3.4.1 基本功能邏輯設(shè)備建模

（1）基本信息邏輯節(jié)點(diǎn)0模型

基本信息邏輯節(jié)點(diǎn)0（LLN0）用于描述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身的相關(guān)信息，見表1，邏輯設(shè)備都有一個唯一的邏輯節(jié)點(diǎn)0（LLN0），可采用建模方法（1）進(jìn)行建模。

（2）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)類LN模型

網(wǎng)絡(luò)參數(shù)類LN模型用于描述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，見表2，可采用建模方法（1）進(jìn)行建模。

（3）端口信息類LN模型

由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口較多，每個端口具有相同的數(shù)據(jù)，每個端口都使用一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)邏輯節(jié)點(diǎn)，包含該端口所有控制信息和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，見表3。

表1 基本信息邏輯節(jié)點(diǎn)0（LLN0）類模型

表2 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)類模型

（4）運(yùn)行報(bào)警類LN模型

對應(yīng)于設(shè)備的所有運(yùn)行報(bào)警服務(wù)統(tǒng)一到基本功能邏輯設(shè)備的運(yùn)行報(bào)警類模型中，見表4，分解為狀態(tài)信息和控制信息兩種信息數(shù)據(jù)，所有告警閾值都通過控制信息配置。

3.4.2 高級應(yīng)用功能類模型

考慮到變電站網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)監(jiān)控需求及建模的適用性，本文結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)擴(kuò)展了高級應(yīng)用數(shù)據(jù)。

表4 運(yùn)行報(bào)警類模型

對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2/3層協(xié)議狀態(tài)信息及相應(yīng)端口傳輸信息，擴(kuò)展出各相應(yīng)高級功能邏輯節(jié)點(diǎn)類型，見表5。其中，對于前文分析的不適合直接建模的VLAN、端口鏡像和鏈路聚合數(shù)據(jù)采用建模方法（2）建立模型，多播轉(zhuǎn)發(fā)表、靜態(tài)單播地址表數(shù)據(jù)和多播過濾采用建模方法（3）進(jìn)行建模，并根據(jù)支持協(xié)議的不同，劃分為3個邏輯節(jié)點(diǎn)類。由于上述的邏輯節(jié)點(diǎn)類所描述的信息均為一組端口的集合，本文定義集合型公共數(shù)據(jù)類用于描述此類端口組合信息。此外，應(yīng)用建模方法（4），可建立對交換機(jī)優(yōu)先級、生成樹和廣播風(fēng)暴抑制等信息進(jìn)行描述的邏輯節(jié)點(diǎn)類。

其中，VLAN、多播過濾、優(yōu)先級和STP等協(xié)議的關(guān)鍵參數(shù)構(gòu)建的定值管理數(shù)據(jù)集最為重要，應(yīng)與繼電保護(hù)定值一同進(jìn)行管理。

3.5 整體模型結(jié)構(gòu)

整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模型結(jié)構(gòu)如圖2所示，分別由基本功能邏輯設(shè)備（LD1）和高級功能邏輯設(shè)備（LD2）組成，LD1中的端口管理類邏輯節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)端口數(shù)目建成多個實(shí)例，而LD2中的邏輯節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)上述建模方法自行建模。

表5 高級應(yīng)用功能類模型

4 結(jié)束語

隨著智能變電站技術(shù)的進(jìn)一步成熟和發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)元素實(shí)現(xiàn)不同IED之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，其重要性更為突出。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置決定了信息的交換和處理方式，對采樣值信息和控制命令等重要信息的發(fā)送和接收有直接影響，這與繼電保護(hù)設(shè)定值同等重要。本文提出了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能信息模型，對能夠表征網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)和可配置參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)，可實(shí)現(xiàn)對變電站通信網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和參數(shù)統(tǒng)一管理，變電站監(jiān)控系統(tǒng)可以直接獲取通信網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)信息和配置信息，通過監(jiān)控鏈路鏈接狀態(tài)、端口轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)及帶寬占用狀態(tài)，判斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否有業(yè)務(wù)報(bào)文傳入及數(shù)據(jù)流是否正常，在通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，診斷是否為設(shè)備故障，對保障智能變電站的可靠安全運(yùn)行具有重要意義。

圖2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IEC61850模型結(jié)構(gòu)

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