（1.云南电网有限公司大理供电局 云南大理；2.珠海市一通电力科技有限公司 广东珠海）
摘要：结合目前电网实际，应用通信嗅探与报文剖析技术，研究实现变电站自动化系统在线监视及数据异常的智能识别、准确定位及快速排查，提供独立于变电站自动化系统的通道、数据监视功能，及时发现并定位变电站自动化系统异常数据及通信中断故障，提高故障处理效率，确保变电站自动化系统可靠稳定运行，本论文详细介绍了该系统的功能特点、结构及应用案例。
关键词：调度自动化系统、在线监视、异常告警、通信规约
1 引言
随着电网的快速发展，电力网络的结构和运行模式变得越来越复杂。作为电网监视、控制以及其他高级应用的基础，调度自动化系统的重要性愈加突出，系统中的数据正确性直接关系到调度运行人员对电网运行工况的分析、判断、状态估计、调度员潮流和电网远方遥控操作的正确性。
传统依赖人工方式进行二次设备的性能监视、故障排查和诊断、巡检等运维手段存在较大的局限性，系统运维人员工作繁重，单靠人工运维保证系统24小时正常运行越发困难。不能及时发现调度自动化系统网络故障隐患及了解各业务系统的整体运行工况，管理较为被动。目前现状经常是在故障发生后才安排人紧急处理，已不能适应当前电网业务的快速发展需要。
因此，各系统运维单位迫切需要有一套自动化的运检工具——变电站自动化系统在线监视检修系统（以下简称监视系统），能自动及时发现系统出现的故障，快速排查故障，对错误数据进行分析，从源头上减少错误数据的发生，提高电网调度自动化数据可靠性，对于重要的物理监测对象，系统分析其历史参数，完成其状态的诊断以及其未来运行安全的评估，并借助自动化的仿真工具辅助检修工作。
2研究目标
1）实现对各电网公司目前使用的IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、IEC 60870-6/TASE.2、IEC61850、DL476-92、部颁CDT、南瑞DISA等常用规约实现报文的完整记录及解析，通过配置相应的告警规则，对可疑数据进行实时告警，并可根据报文刷新及数据分析，判断通道通断及中断的时长和频率，也可通过存储的报文进行离线分析，提升自动化专业人员发现问题、分析问题和解决问题的能力。
2）在变电站侧实现站内通信数据的完整记录分析，并将记录分析的数据传输到运维主站，与调度主站前置侧交换机监视的数据合并，统一进行分析处理并展示诊断分析结果。
3 技术难点与解决思路
3.1 规约多样性
目前，各个电网公司使用的调度自动化系统仍具有多个厂家和规约版本问题，使用的规约包括：IEC101、IEC103、IEC104、IEC 60870-6-503 TASE.2、IEC61850、DL476-92、CDT、南瑞DISA等。
本监视系统应能够准确解析不同厂家的不同规约及其版本，监听并解释其报文内容，因此，需要灵活方便地配置规约解析库。
3.2 报文完整获取
网络IEC103、IEC104、IEC 60870-6-503 TASE.2、IEC61850 、DL476-92为TCP网络通信规约；IEC 101、串口IEC103、DISA、CDT为串口通信规约，如Moxa等网络型串口扩展方式，两者的实现方式不尽相同。
1）若采用网络通信规约，可通过交换机直接监听，获取通信报文；
2）若采用串口通信规约，该串口通信报文可通过终端服务器的网络通信获取，尽量避免在串口或Modem上接线监听。
3.3 异常数据判别及挖掘分析
当今的电力调度自动化系统涉及的数据源多，数据量广，如何判断当前的数据是否真实可靠，对于调度自动化系统至关重要。系统的异常情况主要包括：通信异常和数据异常两大类。
1）通信异常主要包括通道中断、帧错误两类，前者是收不到通信帧，后者可通过帧校验判断。
2）数据异常又包括遥测量和遥信量异常两大类，具体情况如下：
遥测量越限：针对特定遥测点设置上限及下限，越限触发告警；
遥测量跳变/不变：特定/全部遥测点的变化率监测，可设定最大变化率或变化量；
遥信量最小时变：对特定或全部遥信点设定最小变化时间，小于设定时间的连续变化触发告警。
遥信量不刷新：遥信量长期不变。
4 系统设计
4.1 软件结构
图1是监视系统软件结构图，该系统主要由参数配置器、数据监视记录模块、数据分析器和事件查看器四部分软件模块构成。
图1 系统软件结构图
1）参数配置器：通过对实际中的网络结构从监视系统服务器的角度出发以树形的方式把网卡、前置机、任务组、通道依次排列。这里只需要配置到通道层即可，通道下面的设备和该设备下面的遥测集、遥信集都会根据采集到的实际信息自动生成，无需人工添加。
2）数据监听记录模块：完整采集网络通道及串行通道的数据并进行记录。
3）数据分析器：依据异常判据，对通信通道与数据进行实时监听分析，及历史数据追溯分析。
4）事件查看器：主要对“分析服务”上送过来的分析数据及结论，匹配预先设定进行告警处理，告警信息可以短信方式发送给既定管理人员，以达到及时告警的效果。
监视系统软件安装在机架式服务器上，方便现场安装及保证大容量存储。
4.2 硬件结构
硬件安装结构要求如图2所示，将监视系统接到主站EMS系统前置网（或主干网）中，并将交换机的前置机端口与本系统的接入端口配置为镜像口，实现将前置机接收的报文镜像至本系统。
为适应实时分析的需要，主站侧硬件采用PC服务器，在变电站侧安装工业专用记录分析装置，并分析安装相应的分析告警软件和分析记录软件，按照目前各电网调度中心、各地调前置及变电站的网络拓扑，在不改变原网络拓扑结构和稳定性的前提下，可布置适当的交换机，布置的交换机不应成为网络的薄弱点，应充分考虑网络的冗余性。
5 系统主要功能
5.1 数据获取
依据规约解析库，通过交换机或终端服务器监听并获取原始通信报文。
5.2 数据记录及查询
将原始通信报文及时标进行记录和保存，便于随时查询。
5.3 数据分析
依据异常判据对原始通信数据进行分析，甄别通信及数据异常事件，支持：通道状态（中断/连通）、帧错误、通道重连、遥信抖动/跳变、遥测跃变（跳变）、遥测不刷新（长期不变）、遥测等于某个固定值等异常事件判别。
5.4 事件信息告警
图2监视系统布置的典型结构图
对于信息异常或通道异常，系统将触发告警，所有告警时间会在数据库中保存，此外告警信息在告警窗中显示，经人工确认后从告警窗移除。可以通过查询界面查询历史的告警信息。
告警有分组管理，按事件类型及信息点所在的厂站/设备等进行分组。对于分组，在告警窗口和查询窗口，可以按分组过滤。
5.5 短信发送
根据不同的告警分组，可触发不同的动作，如声光，短信等。短信方式可支持网络短信网关或短信Modem，并将告警信息通过短信方式发送至预先定义的责任人。
5.6 通道状态显示
可以实时显示各通道的状态，如各通道的通断情况、通讯流量、误码信息等。
6 应用分析
该监视系统已实现通信数据记录分析、故障诊断、事件统计、发布及告警功能，目前已支持如下多种规约：IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、IEC 60870-6/TASE.2、IEC61850、DL476-92、部颁CDT、南瑞DISA等，具有良好的规约扩充能力，并根据项目实际需要可快速定制/修改自动化系统通信规约。
该系统已成功应用在云南大理供电局，项目配置了1套运维主站，并安装了10套变电站侧的监视记录分析装置，变电站记录分析装置将记录分析的数据上传给运维主站，运维主站进行综合数据分析处理及数据展示，发现故障及时告警。
如下为系统的典型界面图：
7 项目总结
通过大量的实验室模拟环境的测试及现场变电站实际设备的接入测试，本项目开发的系统基本实现预期的功能，达到变电站自动化系统在线监视检修系统项目的预计目标。
1）变电站自动化系统通信数据的完整记录分析。
2）通信数据的智能分析，异常数据及通信中断告警及给出故障原因。
3）所开发的监视系统已经实现基本功能，在用户界面及故障快速查找等方面还可根据现场运维需要进行不断完善，将系统做得更加简单方便易用。
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作者介绍
徐韬(1982.--), 男，云南大理人，工程师，从事变电站二次专业的检修及管理工作；
游浩云（1972- ），男，江西丰城人，高级工程师，从事电力自动化领域通信规约完整解决方案设计及软件开发管理工作。
罗丽华（1986---），女，广西柳州，工程师，从事电力自动化领域通信规约仿真分析软件及系统的测试及技术服务工作。
论文作者:徐韬, 游浩云, 罗丽华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/6
标签：规约论文; 数据论文; 变电站论文; 通信论文; 报文论文; 系统论文; 自动化系统论文; 《电力设备》2016年第4期论文;