智能變電站冗余網絡監視方法研究實現

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摘要：站在智能變電站過程層冗余組網工程實施角度，分析了IEC62439-3標準引入的并行冗余協議（PRP）和高可用性無縫冗余協議（HSR），研究了基于PRP/HSR的冗余組網方案。將研究的網絡監視方法應用至過程層冗余組網，提出了監視幀及IED狀態上送兩種網絡監視管理方案并進行了分析比較，給出了應用于智能變電站過程層冗余網絡的可選監視管理方案，解決了智能變電站冗余網絡的監視問題，為智能變電站發展提供了有益的技術支撐。

關鍵詞：智能變電站；并行冗余協議；高可用性無縫冗余協議；監測幀

引言

目前變電站普遍采用IEC62439-3標準[1]對PRP/HSR兩種網絡協議進行解釋，兩種協議分別采用環形拓撲和雙星型拓撲。通過RedBox（redundancybox）或Quadbox兩種方式，可方便地組建變電站冗余網絡系統，也可與其他網絡互通[2]。PRP/HSR冗余網絡具有網絡冗余的特點，同時僅上送一份應用數據，降低了IED設備的處理器任務量。相對于傳統變電站中的雙星型，PRP/HSR冗余網絡產生了未預計到的情況，智能變電站運行中的網絡狀態若出現問題，告警無法實時告知，無法實現邏輯鏈路狀態的識別[3]。IEC62439-3中基于SNMP協議，搭建出變電站中網絡狀態監視方案，需要采集大量專業數據，信息過于密集，不符合實時監測需求，難以幫助維護人員實現運維管理的提升。本文基于IEC61850-90-4標準[4]及IEC62439-3標準進行了PRP/HSR冗余組網方案的研究分析，給出了適合運維管理的組網方案，并對冗余網絡的監視方法進行了研究和實現。

1冗余組網方案研究

IEC62439-3標準中給出了PRP/HSR冗余組網方案的示意圖，根據不同工程的裝置配置情況，選擇不同的組網方案。方案一：PRP/HSR混合冗余網絡（圖1）。方案二：PRP冗余網絡（圖2）。

2監視方案研究

在IEC62439標準中，PRP/HSR實體實現了類似ARP的地址解析協議：通過簡單網絡管理協議（SNMP），可以獲取冗余網絡的節點信息，進而管理和監測網絡故障。但是IEC62439并未給出智能變電站過程層冗余網絡的具體實施方案。因此，通過探討邏輯狀態關系，對比兩種可行方案。過程層冗余網絡監視系統網絡示意圖如圖3所示。

2.1監測幀方案

本監視方案利用PRP/HSR的監測幀實現，要求PRP/HSR網絡的所有節點開啟監測幀功能。IEC62439-3規定了運用上述協議組網后監測幀的格式，下面以PRP監視幀為例進行介紹。PRP監測幀如表1所示。監控幀的處理遵循PRP消息的處理機制。當從任何局域網接收到PRP監視幀時，節點根據接收到的消息中包含源MAC地址信息以及接收和丟棄數據幀中標識的復制幀，在節點表中創建入口地址。該方案采用的監視幀中，源MAC地址是發送IED設備的唯一標示。但是，在鏈路訂閱關系中采用目的組播MAC地址作為標示，因此需要進行源MAC地址和目的組播MAC地址的映射才能判斷出故障設備。該方案通過網絡運維管理單元的后期綜合分析，并結合網絡交換機設備的通信狀態，可定位出故障的大概位置。

2.2IED狀態上送方案

在該方案中，IED設備將設備自身節點表中的timelastseena和timelastseenb結合起來，判斷每個鏈路的A、B通信狀態，實現設備中源MAC地址和目的地多播MAC地址的一對一通信，并通過發送標準GOOSE消息來判斷IED設備各鏈路的狀態。該方案通過網絡運維管理單元的后期綜合分析，并結合網絡交換機設備的通信狀態，可定位出故障的大概位置。

2.3監視方案比較

表2對IEC62439提出的SNMP監視方案以及本文提出的兩種監視方案進行了綜合分析比較。從表2可以看出，IEC62439提出的使用SNMP進行監視管理具有較好的標準一致性和故障定位準確性，但SNMP專業性太強且信息過于繁瑣，難以滿足電力系統專業人員的運維管理需求。在本文提出的兩種監視方案中，IED設備狀態上送的方案符合現有智能變電站的使用習慣，且利用現有GOOSE機制發送，不增加額外的報文。因此，智能變電站過程層冗余網絡具體實施中應根據實際情況選擇適合的監視管理方案。

3結語

PRP/HSR冗余協議實現了0ms通信故障恢復時間，降低了IED設備處理器負載，實現了與國際標準統一。同時，HSR組網方案可以有效降低組網成本，因而在智能變電站中具有廣闊的應用前景。但是，由于PRP/HSR冗余協議的雙網消息只發送和處理一份，單鏈路故障時，監控系統不易監控。在充分了解PRP/HSR冗余原理的基礎上，本文提出了兩種監控方案，并對其進行了綜合分析和比較，為智能變電站過程層冗余網絡的后續工程實施提供了一種可行的監控管理方法。

［參考文獻］

[2]李俊剛，宋小會，狄軍峰，等.基于IEC62439-3的智能變電站通信網絡冗余設計[J].電力系統自動化，2011，35（10）：70-73.

[3]張憲軍，劉穎，余華武，等.IEC62439PRP冗余丟棄算法設計[J].電力系統保護與控制，2014，42（21）：110-115.

[4]易永輝，王雷濤，陶永健.智能變電站過程層應用技術研究[J].電力系統保護與控制，2010，38（21）：1-5.

作者：莊研 李成棟 單位：廣東電網有限責任公司茂名供電局