网络报文记录分析及故障录波在数字化变电站中的应用副本

1、数字化变电站数字化变电站 数字化变电站的特征 网络通信的重要性 网络通信的复杂性 网络通信的不直观性 第一代：记录+离线分析 第二代：实时分析 第三代：实时分析+网络监测 第四代：状态监测? 网络报文记录分析必要性及其作用网络报文记录分析必要性及其作用 网络报文记录分析在数字化变电站中存在的必要性 网络报文记录分析可在数字化变电站中发挥的作用(本质功能) 网络报文记录分析将数字化变电站的通信网络可视化 网络报文记录分析将数字化变电站的二次回路可视化 网络报文记录分析对数字化变电站网络通信故障定位 网络报文记录分析需要满足的特性 PCR-901网络报文记录分析装置网络报文记录分析装置 （高端（高

2、端FPGAFPGA）采集、时间戳、解码采集、时间戳、解码嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统(RT Linux)环形缓冲技术环形缓冲技术（网络报文实时分析）（网络报文实时分析）录波单元PCI-E/DMACF卡（操作系统/循环日志存储）企业级硬盘（网络报文原始数据）LAN后台管理机后台管理机(实时数据库实时数据库)超容量日志/事件存储PCR-901PCR-901 FPGA并行处并行处理理(采集采集时间戳时间戳解码解码)PCI-E32位高速嵌入式位高速嵌入式硬件系统硬件系统（RT Linux）PCI-E2Gb/s企业级硬盘企业级硬盘Ethernet/FiberEthernet/FiberEther

3、net/FiberEthernet/FiberEthernet/FiberEthernet/Fiber 前向网络报文采集通道共前向网络报文采集通道共6路路100Mb/s，采集模块配置两块，采集模块配置两块128MB内内存存采用单片采用单片FPGA完成报文接收、加盖时间戳，连续报文采集分辨力完成报文接收、加盖时间戳，连续报文采集分辨力【记录仪管理及配置记录仪管理及配置】中配置），并调用离线分中配置），并调用离线分析软件进行详细分析。见析软件进行详细分析。见图：图：文件类型说明：文件类型说明：ncap文件：文件： 正常记录存储正常记录存储的报文文件的报文文件mcap文件：站控层文件：站控层MMS报

4、报文文件文文件gcap文件：文件： GOOSE报文报文文件文件所有文件所有文件:： 包含包含ncap、gcap、mcap文件文件ecap文件文件:：异常报文文件：异常报文文件 离线分析程序用来离线分析程序用来对历史报文文对历史报文文件（文件格式件（文件格式包括包括wireshark软软件支持的件支持的pcap格式和格式和本系统的专有本系统的专有文件格式含文件格式含ncap、mcap、gcap、ecap）来再现通信过来再现通信过程，详细分析程，详细分析报文产生故障报文产生故障或者异常的原或者异常的原因因 在运行过程中，通过系统日在运行过程中，通过系统日志可以方便快捷查看各种信志可以方便快捷查看各

5、种信息。息。 系统日志实时显示系统运系统日志实时显示系统运行过程中的告警事件信息、行过程中的告警事件信息、错误事件信息和其它信息。错误事件信息和其它信息。信息按报文协议类型（信息按报文协议类型（MMS、SAV、GOOSE、其它和系、其它和系统）分类，并按信息类型统）分类，并按信息类型（常规信息、告警信息、错（常规信息、告警信息、错误信息）分类误信息）分类 提供按提供按APPID或装置名称、或装置名称、信息关键字等组合进行信息信息关键字等组合进行信息过滤过滤,方便查找相关信息。双方便查找相关信息。双击某一条信息（系统信息除击某一条信息（系统信息除外），会自动下载包含该信外），会自动下载包含该信息

6、的报文文件并调用离线软息的报文文件并调用离线软件打开文件、定位到相应位件打开文件、定位到相应位置置 系统运行过程中，由在线软件实时分析报文，分析结果通过系统日志以文字方式呈现用户。对异常事件的处理分三系统运行过程中，由在线软件实时分析报文，分析结果通过系统日志以文字方式呈现用户。对异常事件的处理分三步：步：（1） 浏览系统日志信息，查看异常事件详细信息，双击对应事件信息，下载包含该事件信息的报文文件。浏览系统日志信息，查看异常事件详细信息，双击对应事件信息，下载包含该事件信息的报文文件。（2） 或者在第一步记录该异常事件的发生时间，切换到主程序的或者在第一步记录该异常事件的发生时间，切换到主程

7、序的【文件、日志检索文件、日志检索】页面，调整检索时间，找到页面，调整检索时间，找到包含该事件的报文文件，双击下载。说明：报文文件名称以时间命名，通过比对相邻文件名中包含的时间信息，结包含该事件的报文文件，双击下载。说明：报文文件名称以时间命名，通过比对相邻文件名中包含的时间信息，结合事件发生时间定位相应文件。合事件发生时间定位相应文件。（3）在离线分析软件中，定位到异常事件的报文，通过上下关联帧的报文分析，结合软件提供的统计、过滤等功）在离线分析软件中，定位到异常事件的报文，通过上下关联帧的报文分析，结合软件提供的统计、过滤等功能，快速查找异常事件发生的原因能，快速查找异常事件发生的原因 S

8、V采样值报文丢包采样值报文丢包/错序错序/配配置不一致置不一致/失步案例失步案例 下图是下图是SV报文相邻报文相邻2帧报帧报文截图，从图中可以看出相文截图，从图中可以看出相邻邻SV帧帧smpCnt计数器分别计数器分别为为3499和和3501，中间丢了一，中间丢了一帧帧 同一设备发出的同一设备发出的2帧相邻帧相邻GOOSE报文截图，报文截图，从图中可以看出从图中可以看出goID和数据集条目数和数据集条目数配置不一致，是由于配置不一致，是由于SCD文件和装置文件和装置模型（模型（ICD）文件配置不一致导致的。）文件配置不一致导致的。同时相邻同时相邻2帧帧goose报文中的前一帧报文中的前一帧stN

9、um=1，sqNum=30，后一帧，后一帧stNum=2，sqNum=0，,并且数据集并且数据集有改变，说明有改变，说明GOOSE状态有变化状态有变化 监控主机通过站控层网络遥控开关，监控主机通过站控层网络遥控开关，但没有成功。诊断栏中红色部但没有成功。诊断栏中红色部分提示遥控操作的对象不存在，分提示遥控操作的对象不存在，通过分析诊断是由于通过分析诊断是由于SCD文文件和保护装置模型中对象配置件和保护装置模型中对象配置不一致造成的不一致造成的 SV报文分析报文分析 分析分析APDU、ASDU是否符合标准；是否符合标准；confNo、svID、datSet、entriesNum等参数是否与配置文

10、件一致；对丢帧、帧计数不连续、等参数是否与配置文件一致；对丢帧、帧计数不连续、采样值同步变化、采样值品质位变化、采样值频率抖动、通信中采样值同步变化、采样值品质位变化、采样值频率抖动、通信中断等进行分析；对重要日志事件通过日志系统模块触发告警；实断等进行分析；对重要日志事件通过日志系统模块触发告警；实时监测合并单元的时监测合并单元的SV发布中断、恢复状况并显式提示。发布中断、恢复状况并显式提示。GOOSE报文分析报文分析 分析分析APDU、ASDU是否符合标准；是否符合标准；confNo、goRef、datSet、entriesNum是否与配置文件一致；对是否与配置文件一致；对stNum、sq

11、Num变化错误、变化错误、GOOSE IED重启、新事件、报文间隔超过规范、通信重启、新事件、报文间隔超过规范、通信中断等进行分析；对重要日志事件通过日志系统模块触发告警；中断等进行分析；对重要日志事件通过日志系统模块触发告警；实时监测实时监测IED终端的终端的GOOSE发布中断、恢复状况并显式提示。发布中断、恢复状况并显式提示。MMS报文分析报文分析 分析是否符合每种服务定义的格式，对编码错误、服务错误、分析是否符合每种服务定义的格式，对编码错误、服务错误、ACSI服务错误进行告警；对服务错误进行告警；对MMS报文详细解码、报文详细解码、MMS命令交互命令交互过程解析、过程解析、MMS到到A

12、CSI映射分析、映射分析、ACSI服务分析；实时监测服务分析；实时监测IED终端的通信中断、恢复状况并显式提示。终端的通信中断、恢复状况并显式提示。IEEE1588(PTP)报文分析报文分析 分析报文结构与标准是否吻合，对分析报文结构与标准是否吻合，对PTP进行应用分析，分析时进行应用分析，分析时钟源改变、时钟精度变化等信息；实时监测时钟源退出、加入状钟源改变、时钟精度变化等信息；实时监测时钟源退出、加入状况并显式提示。况并显式提示。GMRP报文分析报文分析 分析分析GMRP报文结构、报文结构、GMRP报文应用信息报文应用信息TCP/IP协议栈分析协议栈分析 反追踪反追踪TCP/IP协议栈，协

13、议栈，TC连接、断开、复位、连接、断开、复位、重组乱序报文、丢弃重复报文、拼接分片报文；使整个重组乱序报文、丢弃重复报文、拼接分片报文；使整个分析过程完全还原真正的分析过程完全还原真正的TCP/IP协议栈机制，为上层协议栈机制，为上层分析提供坚实可靠基础分析提供坚实可靠基础TPKT/COTP协议分析协议分析 完整的校验完整的校验TPKT层完整性；拼接层完整性；拼接COTP分段报分段报文，重组成完整的上层报文文，重组成完整的上层报文SES会话层、会话层、PRES表示层分析表示层分析 以报文文件为时间断面回放以报文文件为时间断面回放SV曲线曲线自动根据自动根据SCD显示对应的通道名称显示对应的通道

14、名称查看通道有效值、一次查看通道有效值、一次/二次切换二次切换SV数据保存为数据保存为COMTRADE格式、格式、EXCEL(CVS)格式格式提供快捷方式查看提供快捷方式查看SV对应的报文对应的报文提供快捷方式定位异常报文对应的时刻，并可直接定位此刻报文提供快捷方式定位异常报文对应的时刻，并可直接定位此刻报文提供快捷方式定位提供快捷方式定位SV有效值突变时刻，并可直接定位此刻报文有效值突变时刻，并可直接定位此刻报文 以报文文件为时间断面回放以报文文件为时间断面回放GOOSE曲线曲线自动根据自动根据SCD显示对应的通道名称显示对应的通道名称GOOSE状态数据保存为状态数据保存为COMTRADE格

15、式格式提供快捷方式查看提供快捷方式查看GOOSE对应的报文对应的报文提供快捷方式查看提供快捷方式查看GOOSE变位时刻，并可直接定位此刻报文变位时刻，并可直接定位此刻报文 事后分析的重要工具，与历史数据库相辅相成事后分析的重要工具，与历史数据库相辅相成最精细的分析过程，提供丰富手段查看通信行为最精细的分析过程，提供丰富手段查看通信行为按照通信协议分类、以按照通信协议分类、以IED节点对为最小分析单位，快速定位节点对为最小分析单位，快速定位IED的特定协议的通信过程的特定协议的通信过程按照按照IED节点分类、快速定位节点分类、快速定位IED的所有通信过程的所有通信过程按照通信发生时间顺序列出分析

16、结果按照通信发生时间顺序列出分析结果提供绝对时间戳显示、提供相对时间差显示、提供报文时间间隔提供绝对时间戳显示、提供相对时间差显示、提供报文时间间隔提供按照指定基准值，快速定位报文间隔差超过指定阀值的报文，特别适用于查找提供按照指定基准值，快速定位报文间隔差超过指定阀值的报文，特别适用于查找SV报文报文对异常报文、包含重要事件的报文以直观的结果提示对异常报文、包含重要事件的报文以直观的结果提示提供过滤手段，直接查看异常报文、包含重要事件的报文提供过滤手段，直接查看异常报文、包含重要事件的报文分析窗口层次明了，按照协议分层，可以隐藏分析窗口层次明了，按照协议分层，可以隐藏/显示，操作界面友好，适

17、用于不同需求的人员显示，操作界面友好，适用于不同需求的人员以树状图显示报文结构层次、十六进制以树状图显示报文结构层次、十六进制/二进制显示报文内容，结构层次和报文内容可以直观关联，二进制显示报文内容，结构层次和报文内容可以直观关联， 便于学习通信协议便于学习通信协议简要报文分析结果简要报文分析结果网络流量按协议种类统计网络流量按协议种类统计网络报文大小分布统计网络报文大小分布统计MU离散值分析统计离散值分析统计SV曲线回放曲线回放GOOSE信号状态回放信号状态回放报文检索功能报文检索功能报文定位功能报文定位功能报文标签功能报文标签功能报文格式转换导出报文格式转换导出PFR-601 数字化故障录

18、波分析装置数字化故障录波分析装置 总体架构 数字化故障录波器采用全嵌入式系统设计。高可靠性、高效率CPU；嵌入式操作系统；大规模FPGA技术。数字化故障录波器由管理机单元、数字化录波单元/网络通信单元、数据采集处理模块和其他辅助单元组成。性能指标性能指标 1）.模拟量 SV通道最多可支持96路启动判据，可接入256路参与录波记录 2). 开入量 GOOSE通道最多可达1024路启动判据、录波记录 3). 采样指标 1) 采样速度: 线速采集、最高达背靠背采集 2）采样方式：被动接入采样 3）采集分辨力：100ns 4 ). 测距精度 金属性短路优于2% 性能指标(续)5). 启动要求 所有参与

19、判据的信号均可作为启动量,任一路输入信号满足定值给出的启动条件,均可启动录波。 5.1). 启动方式 (1)相电压高越限和零序电压高越限、相电压突变量和零序电压突变量启动 (2)电压正序高越限、电压负序低越限和零序电压高越限启动 (3)频率越限与变化率启动: 50.5HZf 49.5HZ df/dt0.1HZ/s (4)主变中性点零序电流I0越限启动 (5)同一相电流变化1.5 s内最大值与最小值之差大于平均值10% (6)相电流突变量和零序电流突变量启动 (7)相电流高越限、电流负序越限、零序电流高越限启动 (8)开关量变位启动 (9)手动启动：由人工控制启动录波 (10)遥控启动：由监控主

20、机下达启动命令 5.2)启动精度 越限启动量，优于5%；突变启动量，优于10%。 技术特点 报文采集单元采用高端报文采集单元采用高端FPGA硬件体系和嵌硬件体系和嵌入式实时软件设计入式实时软件设计 采用基于采用基于IEC61850体系建模通信的设计方体系建模通信的设计方案案 FPGA多通道并行解码机制多通道并行解码机制 DMA内存共享技术内存共享技术 支持常见数字化变电站信息发布支持常见数字化变电站信息发布 全面支持全面支持IEC61850,满足一致性测试要求满足一致性测试要求 定值配置 定值配置(续) 通道值、相位监测线路综合监测波形及谐波监测 数据仓库数据仓库/数据引擎数据引擎/数据平台数

21、据平台报文解码报文解码报文捕获报文捕获/时间戳时间戳帧间隔分析统计帧间隔分析统计 流量统计流量统计 数据分析数据分析故障录波故障录波 报文历史追溯报文历史追溯采样数据显示采样数据显示SV曲线回放曲线回放网络概貌网络概貌协议插件协议插件GOOSE序列图序列图报文分析简报报文分析简报事件日志事件日志功能调用消息触发 事件驱动录波判据录波判据 波形分析波形分析 录波应用实时分析基本应用故障分析简要报告故障分析简要报告数据交互1010101100Mb/1000Mb/s事件日志事件日志事件日志事件日志流量统计流量统计 事件日志事件日志帧间隔分析统计帧间隔分析统计 流量统计流量统计 事件日志事件日志事件日

22、志事件日志事件日志事件日志流量统计流量统计 事件日志事件日志帧间隔分析统计帧间隔分析统计 流量统计流量统计 事件日志事件日志数据分析数据分析协议插件协议插件数据分析数据分析数据分析数据分析协议插件协议插件数据分析数据分析报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图报文分析简报报文分析简报SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图网络概貌网络概貌报文分析简报报文分析简报SV曲线回放曲线回放

23、采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图GOOSE序列图序列图GOOSE序列图序列图报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图报文分析简报报文分析简报SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图报文分析简报报文分析简报SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图网络概貌网络概貌报文分析简报报文分析简报SV曲线回放曲线回放采样数据显示采样数据显示报文历史追溯报文历史追溯GOOSE序列图序列图录波判据录波判据 故障录波故障录波 录波判据录波判据 故障录波故障录波 录波判据录波判据 故障录波故障录波 录波判据录波判据 故障分析简要报告故障分析简要报告故障录波故障录波 录波判据录波判据 故障分析简要报告故