繼電保護(hù)信息遠(yuǎn)傳可靠性提升系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

黃樂++戎春園++姜健琳+宋亮

摘 要：系統(tǒng)針對電網(wǎng)繼電保護(hù)故障信息處理系統(tǒng)（以下簡稱保信系統(tǒng)）主子站之間報文傳輸過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究。為保證用戶能直觀觀察到報文傳輸過程中出現(xiàn)的問題而能及時采取預(yù)防和糾正措施，系統(tǒng)提供圖形化的報文動態(tài)展示界面，同時自動對傳輸過程中出現(xiàn)的各種異常進(jìn)行識別、記錄以及統(tǒng)計，并以圖表的方式展示給用戶。協(xié)助用戶對保信系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)和預(yù)防。

關(guān)鍵詞：保信系統(tǒng)；報文傳輸；可靠性

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0143-04

1 前言

保信系統(tǒng)從投運(yùn)以后，接入的各保信子站繼電保護(hù)報文上傳可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真問題，對上級機(jī)構(gòu)根據(jù)保信信息進(jìn)行電網(wǎng)監(jiān)視、故障分析等高級應(yīng)用功能造成影響，嚴(yán)重制約了上級機(jī)構(gòu)依托繼電保護(hù)報文開展業(yè)務(wù)的能力。針對此種情況，有必要對保護(hù)信息系統(tǒng)繼電保護(hù)報文傳輸可靠性開展研究，按照變電站、設(shè)備生產(chǎn)廠家、故障原因等多種統(tǒng)計口徑開展分析統(tǒng)計。

借助本系統(tǒng)統(tǒng)計出的通信問題以及問題趨勢，用戶可針對性的優(yōu)化繼電保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保在電網(wǎng)發(fā)生故障時，能夠及時準(zhǔn)確地獲取繼電保護(hù)報文信息，提高上級機(jī)構(gòu)依托繼電保護(hù)報文開展業(yè)務(wù)的能力；同時也實(shí)現(xiàn)了對不同生產(chǎn)廠家的保信子站運(yùn)行情況進(jìn)行量化評估，對進(jìn)一步保障保護(hù)信息系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行及提高自動化管理水平具有切實(shí)意義。

2 保信系統(tǒng)報文傳輸?shù)奶匦苑治?/p>

2.1 報文概述

保信系統(tǒng)主子站間報文可概括為兩層。

鏈路層：保信系統(tǒng)基于TCP協(xié)議進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，主站作為連接的客戶端，子站作為連接的服務(wù)器端。圖1是保信系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

應(yīng)用層：應(yīng)用層是故障信息系統(tǒng)中主站與子站之間數(shù)據(jù)通信的核心，主要是遵循《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng) 第5部分 傳輸規(guī)約 第103篇 繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)》和《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng) 第5部分 傳輸規(guī)約 第104篇 使用標(biāo)準(zhǔn)傳送文件的IEC 60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪向》。

2.2 傳輸特性

站間規(guī)約規(guī)范且統(tǒng)一：保信系統(tǒng)經(jīng)過多年的運(yùn)行，站間通信協(xié)議日趨規(guī)范和統(tǒng)一。使得單獨(dú)根據(jù)報文進(jìn)行統(tǒng)一的分析處理成為可能，并進(jìn)而形成一套可推廣應(yīng)用的系統(tǒng)。目前站間通信規(guī)約日漸形成南網(wǎng)范圍內(nèi)以《南網(wǎng)103規(guī)約》，國網(wǎng)范圍內(nèi)以《國網(wǎng)103規(guī)約》為主的格局。

通信總線模式易于轉(zhuǎn)發(fā)：保信系統(tǒng)的通信模式是總線方式，所有站間報文均以網(wǎng)絡(luò)通信方式的匯聚到主站的通信總線上，這便可以使得其他系統(tǒng)在總線上做接口，在不影響保信系統(tǒng)功能的前提下，分發(fā)總線上的通信報文，并進(jìn)行后續(xù)的分析應(yīng)用等。如圖2所示。

2.3 報文傳輸過程中存在的問題

傳輸過程不透明：站間報文傳輸是實(shí)時的，是按協(xié)議格式化后的字符流。而目前系統(tǒng)只側(cè)重報文轉(zhuǎn)成信息后的處理，很少對報文層做出處理，使得過程不透明，用戶無法識別，只有保信系統(tǒng)的廠家的專業(yè)人員才能識別和判斷。

問題反應(yīng)不實(shí)時：在報文的傳輸過程中，保信系統(tǒng)對于傳輸層的問題無法實(shí)時反映到用戶界面，像上送時標(biāo)錯誤這種情況，保信系統(tǒng)也無法自動將其作為異常來展示，只能靠人工去事后識別。

缺乏對應(yīng)的統(tǒng)計分析：最為關(guān)鍵一點(diǎn)是保信系統(tǒng)的側(cè)重是信息的處理和應(yīng)用，沒有對信息傳輸層的問題進(jìn)行統(tǒng)計和分析，也就無法對問題的解決提供有效分析和解決支撐。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 概述

繼電保護(hù)遠(yuǎn)傳報文可靠性提升系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能： 傳輸報文信息采集、變電站繼電保護(hù)傳輸報文智能分析、子站配置標(biāo)準(zhǔn)化分析、繼電保護(hù)遠(yuǎn)傳后臺圖形化展示和統(tǒng)計。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖3）

接口層：第一是與保信主站的消息總線接口，以組播的方式將總線上消息轉(zhuǎn)發(fā)出來到本系統(tǒng)進(jìn)行判斷和分析。第二是與保信主站的數(shù)據(jù)庫接口，讀取保信主子站的基本配置信息，用以后續(xù)的統(tǒng)計和展示。

后臺層：自動的報文判斷和分析。針對各種類型報文解析識別和判斷，分析出其中的異常，無需人工干預(yù)。

界面層：第一是可展示實(shí)時報文及對應(yīng)解析內(nèi)容展示，用戶可以實(shí)時觀察到當(dāng)前總線的狀態(tài)以及業(yè)務(wù)處理過程。第二是可展示各種分析出的異常結(jié)果，統(tǒng)計結(jié)果。第三是可展示出連續(xù)時間坐標(biāo)下的趨勢結(jié)果。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

鏈路類數(shù)據(jù)統(tǒng)計：針對所有報文中的鏈路消息進(jìn)行解析，識別其中的異常和錯誤。如：識別主子站之間TCP/IP的鏈路錯誤、主子站之間的規(guī)約錯誤。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖4所示。

參數(shù)召喚類數(shù)據(jù)統(tǒng)計：針對參數(shù)的召喚和結(jié)果報文進(jìn)行解析，識別出設(shè)備信息，召喚類型，結(jié)果回復(fù)情況等。計算召喚結(jié)果總幀數(shù)，總耗時。分析失敗的原因，記錄召喚過程中出現(xiàn)的異常。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖5所示。

文件召喚類數(shù)據(jù)統(tǒng)計：針對錄波文件的召喚和結(jié)果報文進(jìn)行解析，識別出設(shè)備信息，召喚文件名，結(jié)果回復(fù)情況等。計算召喚結(jié)果總幀數(shù)，總耗時。分析失敗的原因，記錄召喚過程中出現(xiàn)的異常。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖6所示。

自動上送類數(shù)據(jù)統(tǒng)計：針對子站主動上送給主站的報文進(jìn)行解析，識別其中的異常和錯誤。如：類型錯誤、時鐘錯誤等。識別信息點(diǎn)上送頻率，甄別頻繁上送信息。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖7所示。

模型標(biāo)準(zhǔn)化比對：針對子站初始化過程報文進(jìn)行解析。對比初始化數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)，識別出差異部分。將識別出的差異部分做成用戶可識別內(nèi)容，推送給界面展示并存儲。如圖8所示。

5 數(shù)據(jù)存儲

后臺進(jìn)行分析，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)全部做成xml文件存放。鑒于保信系統(tǒng)主子站間報文的龐大，分析統(tǒng)計結(jié)果將每天做成一個xml結(jié)果文件存放，最終，界面可根據(jù)指定周期進(jìn)行匯總展示和輸出。如圖9所示。

6 數(shù)據(jù)分析和展示

實(shí)時鏈路消息：可展示主子站之間實(shí)時的報文內(nèi)容以及分析出的內(nèi)容。使得用戶可直觀觀察到當(dāng)前總線的報文動態(tài)及相關(guān)業(yè)務(wù)處理情況。如圖10所示。

統(tǒng)計分析：圖形界面顯示后臺自動統(tǒng)計出的按廠家分類的各種報文傳輸信息和異常數(shù)據(jù)。每一種統(tǒng)計圖表均關(guān)聯(lián)各自明細(xì)數(shù)據(jù)展示，并提供導(dǎo)出和查詢功能。如圖11所示。

7 結(jié)語

通過本系統(tǒng)對保信系統(tǒng)站間報文傳輸過程進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)視和分析，并對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行統(tǒng)計和匯總，能夠使得用戶及時發(fā)現(xiàn)傳輸過程中的問題，為用戶優(yōu)化保信系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，解決傳輸中出現(xiàn)的問題提供直觀的、量化的數(shù)據(jù)依據(jù)，從而提升保信系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴２⑶?，根?jù)匯總分析的數(shù)據(jù)，也實(shí)現(xiàn)了對不同生產(chǎn)廠家的保信子站運(yùn)行情況量化評估。對進(jìn)一步保障保信息系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行及提高自動化管理水平具有切實(shí)意義。

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