基于iec61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于IEC61850標準的交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機的內(nèi)部實時溫度；檢測交換及的內(nèi)部溫度的變化以及變化趨勢，預(yù)防由于內(nèi)部過熱導(dǎo)致的交換機不能正常工作；監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的光口接收和發(fā)送光功率，來檢驗光信號的接收功率是否大于接收靈敏度以及冗余度；監(jiān)測交換機內(nèi)部端口狀態(tài)：包含各個端口的通斷狀態(tài)以及相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)字化變電站交換機的數(shù)據(jù)流向以及瞬時流量：交換機的數(shù)據(jù)流向和瞬時流量能夠揭示交換機內(nèi)部的多播數(shù)據(jù)或報文是否按照認為設(shè)定的方式流通，某種報文的瞬時流量的驟變均可能導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生某些異常；本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)。在數(shù)字化變電站中，會成為智能化變電站系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的重要指標和評價依據(jù)。
【專利說明】基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中通訊領(lǐng)域，交換機網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在數(shù)字化變電站中交換機扮演者越來越重要的角色，大量的網(wǎng)絡(luò)報文通過交換機這一網(wǎng)絡(luò)元件進行實時傳輸，交換機的實時運行狀態(tài)直接影響到站控層和過程層網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，決定了站內(nèi)設(shè)備能否正確動作。因此，針對交換機這一網(wǎng)絡(luò)元件進行實時的在線監(jiān)測顯得尤為重要。
[0003]在現(xiàn)階段尚無過程層設(shè)備廠家(交換機廠家)能夠提供交換機設(shè)備的在線監(jiān)測，傳統(tǒng)的方式為使用SNMP網(wǎng)管軟件對交換機的實時數(shù)據(jù)進行查詢，但查詢到的數(shù)據(jù)信息極為有限，只能查看到交換機運行中的端口模式以及一些基本配置，對影響交換機交換性能的技術(shù)指標基本毫無涉及(例如光口的收發(fā)功率以及交換機的實時內(nèi)部溫度等)，且用特定網(wǎng)管軟件來管理交換機數(shù)據(jù)不便于在集成IEC61850標準的監(jiān)控系統(tǒng)上推廣，技術(shù)可行性較差。
[0004]由于交換機是站內(nèi)所有設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，因此在正常情況下對其進行停電檢修近乎不可行，在數(shù)字化變電站推行IEC61850標準的基礎(chǔ)之上，開發(fā)基于IEC61850標準的交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)元件的健康狀態(tài)以及內(nèi)部元器件的健康狀態(tài)趨勢，為設(shè)備的檢修提供一定的依據(jù)，為有效及時地發(fā)現(xiàn)故障，排除故障和預(yù)防故障提供數(shù)據(jù)和技術(shù)途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，提出一種基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)，就是在現(xiàn)有數(shù)字化變電站中，不改變交換機的硬件結(jié)構(gòu)以及站內(nèi)的組網(wǎng)布局方式，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對交換機的實時在線監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是基于IEC61850標準實現(xiàn)數(shù)字化變電站交換機實時數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，查看數(shù)字化變電站交換機的各類實時運行參數(shù):
[0008]監(jiān)測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機的內(nèi)部實時溫度；檢測交換及的內(nèi)部溫度的變化以及變化趨勢，預(yù)防由于內(nèi)部過熱導(dǎo)致的交換機不能正常工作；監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的光口接收和發(fā)送光功率，來檢驗光信號的接收功率是否大于接收靈敏度以及冗余度；
[0009]監(jiān)測交換機內(nèi)部端口狀態(tài):數(shù)字化變電站交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接都是通過PHY實現(xiàn)，其中包含了各個端口的通斷狀態(tài)以及相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)字化變電站交換機的數(shù)據(jù)流向以及瞬時流量:交換機的數(shù)據(jù)流向和瞬時流量能夠揭示交換機內(nèi)部的多播數(shù)據(jù)或報文是否按照認為設(shè)定的方式流通，某種報文的瞬時流量的驟變均可能導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生某些異常；[0010]利用數(shù)字化變電站交換機側(cè)上傳的各個端口接收報文的源MAC以及目標MAC生成交換機內(nèi)部的數(shù)據(jù)動態(tài)潮流圖，并能實時顯示各個流向的實時流量大??；
[0011]實現(xiàn)步驟如下:(1)監(jiān)測信息的采集:在數(shù)字化變電站交換機中交換芯片完成數(shù)據(jù)交互的功能；利用數(shù)字化變電站交換機的管理CPU進行檢測信息的數(shù)據(jù)采集；管理CPU通過I2C總線訪問監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的內(nèi)部實時溫度的溫度芯片以及監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的光口接收和發(fā)送光功率的光模塊接口，讀取溫度芯片和光模塊中的寄存器內(nèi)容(溫度以及光功率);交換芯片與管理CPU之間通過SPI方式連接，管理CPU直接讀取交換芯片的相關(guān)寄存器來獲取各個端口的通斷狀態(tài)以及FCS校驗錯誤等數(shù)據(jù)；通過中斷的方式利用報文的統(tǒng)計結(jié)果粗略的計算出當時的瞬時流量；數(shù)字化變電站交換機在接收到報文時會聯(lián)系到與之相連的裝置的MAC地址，管理CPU將每個端口的MAC地址上送至監(jiān)控系統(tǒng)；
[0012](2)監(jiān)測信息的傳輸:交換機在完成監(jiān)測信息的采集之后，基于IEC61850協(xié)議將采集到的相應(yīng)信息通過MMS報文映射的方式傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)；對于通斷狀態(tài)以及光功率等數(shù)據(jù)分別通過遙信和遙測的方式上送給監(jiān)控系統(tǒng)，同時定期的以數(shù)據(jù)集的形式上送報告；
[0013](3)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整理及圖形化；對于溫度指標可設(shè)定溫度上下限，當其超過限值時產(chǎn)生異常告警信息；對于數(shù)字化變電站交換機側(cè)上送的光口的接收和發(fā)送光功率直接在光口圖符處體現(xiàn)；，管理CPU將每個端口的MAC地址通過MMS報文上送至監(jiān)控系統(tǒng)；，監(jiān)控系統(tǒng)通過檢索全站的SCD文件找出與該MAC相同的裝置，并將裝置的相關(guān)信息在端口出顯示；
[0014]數(shù)字化變電站交換機將數(shù)字化變電站交換機內(nèi)部的VLAN配置信息上送至監(jiān)控系統(tǒng)，每一個VLAN生產(chǎn)一個小的局域網(wǎng)絡(luò)圖，在該VLAN的端口上將端口學(xué)習(xí)到的MAC地址予以顯示，并且根據(jù)交換機每個端口的源MAC地址以及目標MAC地址動態(tài)生成數(shù)據(jù)流向的潮流圖，并標注出此時該流向中具體SV或者是GOOSE的瞬時流量。
[0015]監(jiān)控系統(tǒng)亦可根據(jù)實際需求在遠端通過寫值操作對交換機的VLAN情況進行實時的劃分或修改。
[0016]基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)，將數(shù)字化變電站交換機及檢測信息的設(shè)備等價于一臺IED設(shè)備，通過MMS報文將IED設(shè)備的運行工況向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)在接收到MMS報文之后將實時信息以一定的方式呈現(xiàn)或顯示；基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)，基于IEC61850標準實現(xiàn)數(shù)字化變電站交換機實時數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，查看數(shù)字化變電站交換機的上述監(jiān)測信息的內(nèi)容即各類實時運行參數(shù)。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種基于IEC61850標準的交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)，不需對現(xiàn)有的數(shù)字化變電站交換機硬件結(jié)構(gòu)做過多的修改，確保了原有的數(shù)據(jù)交換的安全穩(wěn)定性，利用IEC61850標準使得監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r查看到數(shù)字化變電站交換機的各個參數(shù)的運行工況，便于實時了解交換機的自檢狀況，并根據(jù)異常結(jié)果推斷可能存在的異常，做出及時的預(yù)防措施，有效的規(guī)避了因交換機內(nèi)部故障而導(dǎo)致站內(nèi)系統(tǒng)異常的風險。本發(fā)明的實現(xiàn)無需在現(xiàn)有工業(yè)交換機的基礎(chǔ)上做過多的改動，無需增加專用處理芯片，控制了開發(fā)成本，具有很好的適用性，可操作性，同時又能夠最大化開發(fā)交換機的實用功能。
[0018]本發(fā)明提供了一種基于IEC61850標準的交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)。在數(shù)字化變電站中，尤其是用交換機組網(wǎng)的數(shù)字化變電站中，交換機在整個系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色，交換機取代了原有的二次連接電纜和回路，交換機傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和準確性直接會影響到站內(nèi)保護測控裝置的正常工作，與站控層、過程層通訊可靠性和穩(wěn)定性密切相關(guān)。就智能化變電站中網(wǎng)絡(luò)通訊的作用和重要性，以及智能化變電站對二次設(shè)備狀態(tài)的要求，交換機作為一種網(wǎng)絡(luò)通訊元件，對其運行狀態(tài)的監(jiān)視，必將會被越來越重視，成為智能化變電站系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的重要指標和評價依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1交換機監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方式。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
[0021]基于IEC61850標準的交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)。該方法在現(xiàn)有數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于IEC61850標準實現(xiàn)交換機網(wǎng)絡(luò)元件的在線監(jiān)測，實現(xiàn)了交換機設(shè)備的在線實時檢修。溫度傳感器、光功率采集、交換芯片，通過管理CPU，MMS報文至實時監(jiān)測系統(tǒng)
[0022]基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)，要實現(xiàn)交換機基于IEC61850標準的在線監(jiān)測，需將數(shù)字化變電站交換機及檢測信息的設(shè)備等價于一臺IED設(shè)備，通過MMS報文將IED設(shè)備的運行工況向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)在接收到MMS報文之后將實時信息以一定的方式呈現(xiàn)或顯示。數(shù)字化變電站交換機作為一臺智能設(shè)備，將自身CID中所囊括的信息通過報文形式傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)過程中重要的一部便是確定CID中應(yīng)包含的檢測信息。
[0023]檢測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機的內(nèi)部溫度:數(shù)字化變電站交換機采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，特別是具備多光口的交換機，由于接口集成度比較密，其一般散熱量較高，若是整體機箱設(shè)計不合理可能會導(dǎo)致交換機內(nèi)部溫度過高，在一定程度上會直接影響到交換機交換芯片的數(shù)據(jù)傳輸功能。
[0024]檢測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機光纖接口的收發(fā)功率:交換機光纖接口的收發(fā)功率過高或者過低均會導(dǎo)致交換機接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生一定的誤碼，直接影響傳輸數(shù)據(jù)的正確性。
[0025]檢測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機內(nèi)部端口狀態(tài):交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接都是通過PHY實現(xiàn)，其中包含了各個端口的通斷狀態(tài)以及相關(guān)數(shù)據(jù)，例如FCS校驗錯誤和短中貞出錯等。
[0026]檢測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機的數(shù)據(jù)流向以及瞬時流量:交換機的數(shù)據(jù)流向和瞬時流量能夠揭示交換機內(nèi)部的多播數(shù)據(jù)是否按照認為設(shè)定的方式流通(大多數(shù)情況下采用VLAN方式來劃定報文的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則)，某種報文的瞬時流量的驟變均可能導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生某些異常，對瞬時流量驟變的告警有助于提早識別系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的異常。
[0027]本發(fā)明的實施包括以下步驟:
[0028](I).本發(fā)明的實施包括交換機根據(jù)IEC61850標準的建模，現(xiàn)有數(shù)字化變電站交換機已經(jīng)能夠完成此模型，以及建模之后模型中所包含的信息的采集。設(shè)有溫度傳感器、光功率采集、交換芯片信息量(包括數(shù)據(jù)流向、數(shù)據(jù)流等)的數(shù)據(jù)采集；
[0029](2).實時監(jiān)測系統(tǒng)主要是服務(wù)器及軟件模塊，其工作需根據(jù)數(shù)字化變電站交換機側(cè)傳輸?shù)膶崟rMMS報文，動態(tài)生成數(shù)字化變電站交換機各個網(wǎng)絡(luò)元件(包括溫度傳感器、光功率采集、交換芯片信息量)的工作狀態(tài)，并且動態(tài)的顯示出數(shù)字化變電站交換機內(nèi)部復(fù)雜的數(shù)據(jù)流向以及每個數(shù)據(jù)流的瞬時流量。
[0030](3)監(jiān)測信息的采集:在交換機中交換芯片扮演著數(shù)據(jù)交互的角色?？衫霉芾?PU進行檢測信息的數(shù)據(jù)采集。管理CPU可以通過I2C總線訪問溫度芯片以及交換機的光模塊接口，讀取其中的寄存器內(nèi)容(溫度以及光功率)。交換芯片與管理CPU之間通過SPI方式連接，管理CPU可以直接讀取交換芯片的相關(guān)寄存器來獲取各個端口的通斷狀態(tài)以及FCS校驗錯誤等數(shù)據(jù)。針對不同類型的報文，我們可以通過中斷的方式利用報文的統(tǒng)計結(jié)果粗略的計算出當時的瞬時流量。交換機在接收到報文時會學(xué)習(xí)到與之相連的裝置的MAC地址，管理CPU將每個端口的MAC地址上送至監(jiān)控系統(tǒng)。
[0031](4)監(jiān)測信息的傳輸:交換機在完成監(jiān)測信息的采集之后，基于IEC61850協(xié)議將相應(yīng)的信息通過MMS報文映射的方式傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。對于各個端口的通斷狀態(tài)以及FCS校驗錯誤數(shù)據(jù)以及光功率等數(shù)據(jù)分別通過遙信和遙測的方式上送給監(jiān)控系統(tǒng)，同時定期的以數(shù)據(jù)集的形式上送報告。對于端口的MAC地址等則以字符串的形式表示。
[0032](5)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整理及圖形化?；贗EC61850的監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)交換機側(cè)上送的MMS報文解析出其中所攜帶的監(jiān)測信息。對于溫度指標可設(shè)定溫度上下限，當其超過限值時產(chǎn)生異常告警信息。對于交換機側(cè)上送的光口的接收和發(fā)送光功率可直接在光口圖符處體現(xiàn)。交換機每個端口學(xué)習(xí)到的MAC地址會通過MMS報文上送至監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過檢索全站的SCD文件找出與該MAC相同的裝置，并將裝置的相關(guān)信息在端口出顯示。交換機會將交換機內(nèi)部的VLAN配置信息上送至監(jiān)控系統(tǒng)，每一個VLAN生產(chǎn)一個小的局域網(wǎng)絡(luò)圖，在該VLAN的端口上將端口學(xué)習(xí)到的MAC地址予以顯示，并且根據(jù)交換機每個端口的源MAC地址以及目標MAC地址動態(tài)生成數(shù)據(jù)流向的潮流圖，并標注出此時該流向中具體SV或者是GOOSE的瞬時流量。監(jiān)控系統(tǒng)亦可根據(jù)實際需求在遠端通過寫值操作對交換機的VLAN情況進行實時的劃分或修改。
【權(quán)利要求】
1.基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是基于IEC61850標準實現(xiàn)數(shù)字化變電站交換機實時數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，查看數(shù)字化變電站交換機的各類實時運行參數(shù): 監(jiān)測信息的內(nèi)容包括數(shù)字化變電站交換機的內(nèi)部實時溫度；檢測交換及的內(nèi)部溫度的變化以及變化趨勢，預(yù)防由于內(nèi)部過熱導(dǎo)致的交換機不能正常工作；監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的光口接收和發(fā)送光功率，來檢驗光信號的接收功率是否大于接收靈敏度以及冗余度； 監(jiān)測交換機內(nèi)部端口狀態(tài):數(shù)字化變電站交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接都是通過PHY實現(xiàn)，其中包含了各個端口的通斷狀態(tài)以及相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)字化變電站交換機的數(shù)據(jù)流向以及瞬時流量:交換機的數(shù)據(jù)流向和瞬時流量能夠揭示交換機內(nèi)部的多播數(shù)據(jù)或報文是否按照認為設(shè)定的方式流通，某種報文的瞬時流量的驟變均可能導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生某些異常； 利用數(shù)字化變電站交換機側(cè)上傳的各個端口接收報文的源MAC以及目標MAC生成交換機內(nèi)部的數(shù)據(jù)動態(tài)潮流圖，并能實時顯示各個流向的實時流量大??； 實現(xiàn)步驟如下:(I)監(jiān)測信息的采集:在數(shù)字化變電站交換機中交換芯片完成數(shù)據(jù)交互的功能；利用數(shù)字化變電站交換機的管理CPU進行檢測信息的數(shù)據(jù)采集；管理CPU通過I2C總線訪問監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的內(nèi)部實時溫度的溫度芯片以及監(jiān)測數(shù)字化變電站交換機的光口接收和發(fā)送光功率的光模塊接口，讀取溫度芯片和光模塊中的寄存器內(nèi)容(溫度以及光功率);交換芯片與管理CPU之間通過SPI方式連接，管理CPU直接讀取交換芯片的相關(guān)寄存器來獲取各個端口的通斷狀態(tài)以及FCS校驗錯誤等數(shù)據(jù)；通過中斷的方式利用報文的統(tǒng)計結(jié)果粗略的計算出當時的瞬時流量；數(shù)字化變電站交換機在接收到報文時會聯(lián)系到與之相連的裝置的MAC地址，管理CPU將每個端口的MAC地址上送至監(jiān)控系統(tǒng)； (2)監(jiān)測信息的傳輸:交換機在完成監(jiān)測信息的采集之后，基于IEC61850協(xié)議將采集到的相應(yīng)信息通過MMS報文映射的方式傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)；對于通斷狀態(tài)以及光功率等數(shù)據(jù)分別通過遙信和遙測的方式上送給監(jiān)控系統(tǒng)，同時定期的以數(shù)據(jù)集的形式上送報告； (3)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整理及圖形化；對于溫度指標可設(shè)定溫度上下限，當其超過限值時產(chǎn)生異常告警信息；對于數(shù)字化變電站交換機側(cè)上送的光口的接收和發(fā)送光功率直接在光口圖符處體現(xiàn)；，管理CPU將每個端口的MAC地址通過麗S報文上送至監(jiān)控系統(tǒng)；，監(jiān)控系統(tǒng)通過檢索全站的SCD文件找出與該MAC相同的裝置，并將裝置的相關(guān)信息在端口出顯示； 數(shù)字化變電站交換機將數(shù)字化變電站交換機內(nèi)部的VLAN配置信息上送至監(jiān)控系統(tǒng)，每一個VLAN生產(chǎn)一個小的局域網(wǎng)絡(luò)圖，在該VLAN的端口上將端口學(xué)習(xí)到的MAC地址予以顯示，并且根據(jù)交換機每個端口的源MAC地址以及目標MAC地址動態(tài)生成數(shù)據(jù)流向的潮流圖，并標注出此時該流向中具體SV或者是GOOSE的瞬時流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站交換機在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實際需求在遠端通過寫值操作對交換機的VLAN情況進行實時的劃分或修改。
【文檔編號】H04L12/26GK103916292SQ201410147834
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】高吉普, 徐長寶, 陳建國, 王宇, 吳杰, 潘福明 申請人:貴州電力試驗研究院, 南京悠闊電氣科技有限公司