远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法及系统与流程

本发明涉及电力系统故障录波领域，具体涉及到一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法及系统。
背景技术：
：故障录波装置是用于电力系统故障事故后分析的重要设备。在电力系统发生故障时，故障录波装置能自动、准确地记录故障前/后过程的各种电气量的变化情况，通过这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有着重要作用。每个变电站的故障录波装置能同时对多个一次设备的多路模拟量和开关量进行录波，为了能正确描述录波波形并实现录波高级分析功能，需要对故障录波装置的各项录波参数进行配置。故障录波装置在正式投运前，必须根据现场情况，正确配置各项参数。接入信号变化时，必须及时修改。目前，现有的远程配置故障录波器方法一般是通过有线依赖于数据调度网进行的，若变电站没有安装数据调度网或者数据调度网在特定情况下不可使用就无法实现远程配置功能。而数据调度网的安装成本高、工期长，且和其他业务共用，相互之间会存在一定的干扰和影响。技术实现要素：本发明的目的，在于提供一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法，利用具有‘双机非网’架构的安全隔离设备组建的专用无线信道，通过特定报文格式的协议数据对不同报文类型的识别，判断需进行配置的参数类型，实现远程对故障录波装置的各项录波参数进行配置。本发明为达目的所采用的技术方案是：提供一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法，包括以下步骤：通过服务器启动变电站故障录波装置的专用远程配置软件，发送故障录波装置配置所需关键参数的数据给无线安全隔离与加密主站装置的传输层，该传输层对数据进行解析判别，判断是否为合法数据，若是，则进行压缩加密；无线安全隔离与加密主站装置的通信模块通过专用无线信道将压缩加密后的数据传输到无线安全隔离与加密子站装置的通信模块，该专用无线信道为无线安全隔离与加密主站装置、无线安全隔离与加密子站装置、网络运营服务商的gre隧道之间建立的实现apn专网通信的专用无线信道组成；变电站内的故障录波装置与无线安全隔离与加密子站装置连接；无线安全隔离与加密子站装置的传输层将接收到的数据进行解密解压处理，再经无线安全隔离与加密子站装置的传输层解析识别后传递给故障录波器，故障录波装置完成关键参数的远程配置。接上述技术方案，在专用无线信道建立后，对该专用无线信道进行通道检测，具体包括步骤：故障录波装置通过与之连接的无线安全隔离与加密子站装置并通过专用无线信道向服务器发送自身状态心跳包；该自身状态心跳包为基于相应网络协议的不间断定时发送的在线报文；专用远程配置软件通过唯一身份标识获取故障录波装置的状态信息；根据获取的状态信息综合判断专用无线信道两个方向的链路状态信息，实现通道检测。接上述技术方案，服务器与故障录波装置的链路状态信息包括：服务器与故障录波装置均在线、服务器与故障录波装置均不在线、服务器在线/故障录波装置不在线、服务器不在线/故障录波装置在线。接上述技术方案，故障录波装置配置所需关键参数具体包含：母线参数、线路参数、主变压器参数、模拟量通道参数、开关量通道参数。接上述技术方案，故障录波装置配置所需关键参数具体为：母线参数包含母线电压互感器的原副边额定值及安装位置；线路参数包含线路名称，线路长度，线路单位正序电阻，线路单位零序电阻，线路单位正序电抗，线路单位零序电抗，线路单位正序电容，线路单位零序电容，线路单位正序电导，线路单位零序电导，线路单位互感电阻，线路单位互感电抗，并联电抗器电抗，电流互感器的原副边额定值；主变压器参数包含变压器名称，变压器额定容量，变压器绕组类型，高中低压侧额定电压、分支数、接线方式，高中低压侧电流互感器原副边额定值；模拟量通道参数包含通道类型，相关一次设备，互感器a、b、c三相通道名称、额定值、量程、修正系数；开关量通道参数包含相关一次设备，信号类型，通道标志，正常状态，通道名称。接上述技术方案，无线安全隔离与加密主站装置与服务器之间通过内网交换机连接。接上述技术方案，所述合法数据由预设的私有规约组成的数据报文表示，为符合特定报文格式的协议数据，主要包括报文识别头、报文类型、报文长度、报文数据、校验及报文结束字段。接上述技术方案，无线安全隔离与加密子站装置的传输层具体通过对不同报文类型的识别，判断需要进行配置的参数类型，通过细分参数信息至不同的报文类型进行每种参数可靠配置。接上述技术方案，无线安全隔离与加密主站装置的传输层、无线安全隔离与加密子站装置的传输层均为arm传输层。接上述技术方案，服务器为scada服务器。本发明还提供了一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络系统，包括：服务器，无线安全隔离与加密主站装置，与所述服务器通信连接；变电站，变电站包括相连接的故障录波器、无线安全隔离与加密子站装置；每台录波器配置一台无线安全隔离与加密子站装置，无线安全隔离与加密子站装置、无线安全隔离与加密主站装置之间通过网络运营服务商的gre隧道建立实现apn专网通信的专用无线信道，无线安全隔离与加密主站装置通过该专用无线信道与多个连接无线安全隔离与加密子站装置的故障录波器通讯；服务器中安装有用于变电站故障录波装置关键参数配置的专用远程配置软件，启动该专用远程配置软件后通过所述专用无线信道进行故障录波装置关键参数的配置；无线安全隔离与加密子站装置与无线安全隔离与加密主站装置在远程配置过程中对数据进行加密、解密和解析判别。接上述技术方案，在专用无线信道建立后，对该专用无线信道进行通道检测，具体包括步骤：故障录波装置通过与之连接的无线安全隔离与加密子站装置并通过专用无线信道向服务器发送自身状态心跳包；该自身状态心跳包为基于相应网络协议的不间断定时发送的在线报文；专用远程配置软件通过唯一身份标识获取故障录波装置的状态信息；根据获取的状态信息综合判断专用无线信道两个方向的链路状态信息，实现通道检测。本发明产生的有益效果是：本发明利用具有‘双机非网’架构的安全隔离设备组建的专用无线信道，实现远程对故障录波装置的各项录波参数进行配置。该专用无线通道满足电力系统对数据传输安全性和可靠性的高标准、高要求设计，集网络协议隔离、加密、压缩、解压缩、解密及预防网络攻击于一体，保障了电力数据的安全、可靠传输，有效提高故障录波运维效率，对电力系统安全稳定运行有重要意义。进一步地，通过预设的特定报文格式的协议数据对不同报文类型的识别，根据识别的结果配置不同的参数类型，提高了配置的可靠性。附图说明下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：图1为本实施例的一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法系统图；图2为本实施例的一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法系统数据流向原理图；图3为本实施例的一种远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明实施例远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络系统，包括：服务器，服务器可通过内网交换机与外部通信连接；无线安全隔离与加密主站装置，与所述服务器通信连接；无线安全隔离与加密主站装置可实现数据的隔离、加密等。变电站，变电站包括相连接的故障录波器、无线安全隔离与加密子站装置；变电站内一台录波器配置一台无线安全隔离与加密子站装置，无线安全隔离与加密子站装置与无线安全隔离与加密主站装置之间通过网络运营服务商的gre隧道建立实现apn专网通信的专用无线信道，无线安全隔离与加密主站装置可通过专用无线信道与多个连接无线安全隔离与加密子站装置的故障录波器通讯；服务器中安装有用于变电站故障录波装置关键参数配置的专用远程配置软件，启动该专用远程配置软件后通过所述专用无线信道进行故障录波装置关键参数的配置；无线安全隔离与加密子站装置与无线安全隔离与加密主站装置在远程配置过程中对数据进行加密、解密和解析判别。如图1所示，本实施例的远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络系统包括：scada服务器1、交换机2、无线安全隔离与加密主站装置3、gre隧道(4gapn)4、无线安全隔离与加密子站装置5、录波器6。具体地，如图1所示，本系统主要通过无线安全隔离与加密主站装置3、gre隧道(4gapn)4、无线安全隔离与加密子站装置5构建专用无线信道，再由主站端连接交换机2、scada服务器1，无线安全隔离与加密子站装置5连接故障录波器6。无线安全隔离与加密主站装置和无线安全隔离与加密子站装置是自主研制的用于建立安全可靠的电力专用信道的产品。软件功能分为主站和子站，主体硬件结构基本是一样的，包括前面板、电源插件版、4g通信板、串口插件板、内网cpu板、主板、背板。软件功能设计：通信接口为标准的100m/1000m自适应以太网接口，通信协议为tcp/ip协议，tcp端口号为505ah(20570)，传输模式为平衡传输，主从方式是服务器为主，录波装置为从。数据类型定义如下表1所示，数据类型采用了通用x86\x64架构计算机与嵌入式arm架构处理器统一的数据类型，在数据的远程传输过程中能更好的保持格式的统一：表1数据类型定义通过服务器启动变电站故障录波装置的专用远程配置软件，发送故障录波装置配置所需关键参数的数据给无线安全隔离与加密主站装置的传输层，该传输层对数据进行解析判别，判断是否为合法数据，若是，则进行压缩加密；合法数据由预设的私有规约组成的数据报文表示，为符合特定报文格式的协议数据，主要包括8字节的报文识别头、报文类型、报文长度、报文数据、校验和及8字节的报文结束字段。本方法提供了58种报文类型，涵盖了录波装置参数配置所需的所有报文类型，每种报文类型具有唯一性。在远程传输过程中，报文类型的独立与简明能有效降低指令混淆与顺序错乱，对于提高传输的可靠要求有质的提升，报文类型的具体含义如表2示：表2：报文类型及含义根据远程传输的可靠性要求，还需健壮的报文结构，报文的结构如下表3所示，报文结构由8部分组成，包括2部分共计8字节的报文识别头，1部分4字节报文类型，1部分4字节数据域长度，1部分数据域，1部分校验和，2部分报文尾。报文结构依靠报文头、报文类型、报文尾着重突出参数配置用途，通过双重报文头、报文尾结构确定配置信息属性，能有效防止其他类型报文的判读：表3：报文结构字节偏移域符号数据类型意义0～3stxdword7963707ah4～7stxdword7a796864h8～11typdword报文类型(32位无符号整数)12～15lendworddat域长度(32位无符号整数)16～16+lendat任意报文数据(由len指定长度)17+len～20+lenchsdwordtyp、len、dat域的字节累加和21+len～24+lenetxdword7a796864h25+len～28+lenetxdword7963707ah字节序是低字节在前，高字节在后；根据typ的不同，dat域可以是任意类型的数据或数据结构；报文的最大长度为16384字节，因此len的最大值是16384-8＝16376；如果报文中包含字符串信息，则字符串以00h字符结束，如字符串“abc”；在报文中的数据会占用4个字节，依次是：41h，42h，43h，00h。结构定义示例如下表4-8所示，对于每种数据结构都力求简明有效，剔除例如独立校验等无关数据信息，降低首发端报文解析压力，提供传输效率：表4：date_time结构字节偏移域符号宽度(字节)范围说明0～1yearword，21980～2100时间的年份数2～3monthword，21～12时间的月份数4～5dayword，21～31时间的日期数6～7hourword，20～23时间的小时数8～9minuteword，20～59时间的分钟数10～11secondword，20～59时间的秒数12～13msword，20～999时间的毫秒数14～15usword，20～999时间的微秒数表5：packet_return结构字节偏移域符号宽度(字节)说明0～3codedword，4错误码4～7senderdword，4发送者8～263messagechar[256]，256对错误码的文本表述表6：ptype_buspt_fir结构字节偏移域符号宽度(字节)说明0～3numberdword，4关联的母线号4～7settingdword，4母线互感器原边定值数据表7：ptype_bus_name结构字节偏移域符号宽度(字节)说明0～1numberword，2关联的母线号2～263messagechar[256]，256对母线名称的文本表述表8：ptype_trans_capa结构字节偏移域符号宽度(字节)说明0～3numberdword，4变压器id号4～7settingdword，4变压器容量定值数据主体硬件结构设计：前面板上均有4个指示灯，显示装置运行状态。电源灯：显示装置是否正常加电；运行灯：显示装置是否正常运行；通信灯：显示装置是否正常通信；告警灯：显示装置状态是否正常。电源板采用双电源模式，供电更稳定可靠，兼容直流110v～220v电压，实用性更广泛。4g通信板采用linux实时嵌入式操作系统，稳定可靠。4g通信板由4g模块和arm传输层集合而成，可以对数据进行加密、解密并负责接收和转发无线信道上的数据，筛选指定用户连接，保证专用无线信道不受干扰，并将数据通过内部总线传递给内网cpu板。串口插件板是内网cpu板的扩展单元，是为了满足不同接口需求而配套生产的。内网cpu板是经过8377传输层对接收到的数据进行处理并传递给下级目标，中间通过tcp/ip协议实现内外网的网络协议隔离。主板可扩展接入多个不同功能插件板，为实现不同的装置功能提供坚强后盾。通过上述实施例的可靠传输网络系统进行远程配置故障录波装置关键参数的可靠传输网络方法，如图3所示，具体包括以下步骤：s1、在服务器中启动变电站故障录波装置的专用远程配置软件，发送故障录波装置配置所需关键参数的数据给无线安全隔离与加密主站装置的传输层；s2、该传输层对数据进行解析判别，判断是否为合法的数据；s3、若无线安全隔离与加密主站装置的传输层判断数据为合法数据，则进行压缩加密；不合法则隔离。s4、无线安全隔离与加密主站装置的通信模块通过专用无线信道将压缩加密后的数据传输到无线安全隔离与加密子站装置的通信模块，该专用无线信道为无线安全隔离与加密主站装置、多个变电站的无线安全隔离与加密子站装置、网络运营服务商的gre隧道之间建立的实现apn专网通信的专用无线信道；每个变电站的故障录波装置均与该变电站的无线安全隔离与加密子站装置连接；s5、无线安全隔离与加密子站装置的传输层将接收到的数据进行解密解压处理；s6、将解密解压后的数据经无线安全隔离与加密子站装置的传输层解析识别后传递给故障录波器，故障录波装置完成关键参数的远程配置。本发明实施例中，合法数据由基于电力行业通用规约eth(104)结合本专利的故障录波器特制的私有规约组成的数据报文表示，为符合特定报文格式的协议数据，主要包括报文识别头、报文类型、报文长度、报文数据、校验及报文结束字段。无线安全隔离与加密子站装置的传输层具体通过对不同报文类型的识别，判断需要进行配置的参数类型，通过细分参数信息至不同的报文类型进行每种参数可靠配置。若为非合法数据则因识别不了而进行隔离。本发明的一个实施例中，专用无线信道搭建可通过如下步骤进行：1)变电站录波装置和无线安全隔离与加密子站装置连接，通过特定私有规约上送数据；2)无线安全隔离与加密子站装置、无线安全隔离与加密主站装置和网络运营服务商的gre隧道实现apn专网通信组建的专用无线信道，数据在业务内网和4gapn无线网之间通过无线安全隔离与加密主站装置内部spi总线经私有协议传输，实现网络协议隔离；3)无线安全隔离与加密主站装置与内网交换机和scada服务器连接即完成了录波装置远程配置通道的搭建。其中特定私有规约是基于电力行业标准规约eth(104)规约特定的私有规约，网络协议是tcp/ip协议。数据可以使scada服务器与录波装置之间实现远程配置发出调取数据的相关指令、配置的参数定值及报文。专用无线信道建立后，需要对该专用无线信道进行通道检测。1)对于无线加密与隔离设备，其在专用无线信道内具有唯一身份标识；2)故障录波装置可通过专用无线信道向scada服务器发送自身状态“心跳包”，并在服务器进行状态监视；3)远程配置软件根据1)中身份标识的唯一性主动索取与无线加密与隔离设备相连的故障录波装置状态信息；通过2)，3)的综合判断即可获得专用无线信道两个方向的链路状态信息，实现通道检测。在专用无线信道内具有唯一身份标识指的是设定的静态ip具备唯一性。自身状态“心跳包”指的是基于tcp/ip网络协议的在线报文，具有不间断定时发送的特性。综合判断指的是结合通道检测2)，3)判断主站端scada服务器与子站端故障录波装置的链路状态信息。一般分为四种：主站端服务器与子站端录波装置均在线、主站端服务器与子站端录波装置均不在线、主站端服务器在线/子站端录波装置不在线、主站端服务器不在线/子站端录波装置在线。建立连接的过程如下表9所示，scada服务器首先与录波装置建立socket连接，之后录波装置回复typ＝ptype_return类型的报文，若报文中的code＝econn_success，则表示连接成功，scada服务器回复确认信息，录波装置确认scada服务器的确认信息后连接建立完成；若录波装置有故障，则根据错误码回复相应code及message信息，scada服务器收到错误码后关闭连接。表9：scada服务器与录波装置建立连接过程通道监测成功后，就可以进行远程配置：在scada服务器上启动专用远程配置软件，依次对变电站故障录波装置进行远程配置，关键参数配置具体包含：母线参数配置、线路参数配置、主变压器参数配置、模拟量通道参数配置、开关量通道参数配置。1)母线参数配置：可配置的母线参数包含母线电压互感器的原副边额定值及安装位置。2)线路参数配置：可配置的线路参数包含：线路名称，线路长度，线路单位正序电阻，线路单位零序电阻，线路单位正序电抗，线路单位零序电抗，线路单位正序电容，线路单位零序电容，线路单位正序电导，线路单位零序电导，线路单位互感电阻，线路单位互感电抗，并联电抗器电抗，电流互感器的原副边额定值。3)主变压器参数配置：可配置的主变压器参数包含：变压器名称，变压器额定容量，变压器绕组类型，高中低压侧额定电压、分支数、接线方式，高中低压侧电流互感器原副边额定值。4)模拟量通道参数配置：可配置的模拟量通道参数包含：通道类型，相关一次设备，互感器a、b、c三相通道名称、额定值、量程、修正系数。5)开关量通道参数配置：可配置的开关量通道参数包含：相关一次设备，信号类型，通道标志，正常状态，通道名称。如图2所示，本实施例的系统数据流向原理图中，图中包含scada服务器1、主站8377传输层7、主站arm传输层8、主站4g模块9、子站4g模块10、子站arm传输层11、子站8377传输层12、录波器6。录波装置6通过特定规约上送数据到无线安全隔离与加密子站装置的8377传输层12，8377传输层12的作用是对数据解析识别判断，判断是否为合法的数据。确定数据的合法性后通过无线安全隔离与加密子站装置的arm传输层11进行压缩加密，加密方法可采用国密sm4对称加密算法。再通过无线安全隔离与加密子站4g模块10与网络运营服务商的gre隧道实现apn专网通信传输到无线安全隔离与加密主站装置的4g模块9，无线安全隔离与加密主站装置的arm传输层8将接收到的数据进行解压解密再经无线安全隔离与加密主站装置8377传输层7解析识别后传递到scada服务器1。scada服务器1发出的数据传递给无线安全隔离与加密主站装置8377传输层7，主站8377传输层7对数据作出解析判别后经数据总线传输给无线安全隔离与加密主站装置arm传输层8压缩加密，再经由无线安全隔离与加密主站装置4g模块9与网络运营服务商的gre隧道实现apn专网通信传输到无线安全隔离与加密子站装置的4g模块10，无线安全隔离与加密子站装置arm传输层11将接收到的数据进行解密解压处理，再经无线安全隔离与加密子站装置8377传输层12解析识别后传递给录波器6。以配置母线电压互感器的原副边额定值过程为例进行说明，如下表10所示：表10：配置母线电压互感器的原副边额定值的具体过程应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。当前第1页12