虹科分享 | 电力行业如何在 HSR/PRP/PTP 网络中经济高效地进行持续监控？

今后，电力系统朝着智能化、信息化方向发展的趋势十分明显，例如，HSR/PRP/PTP协议的提出，使得变电站得以应用高可用性网络和亚微秒同步的新技术，但同时也带来了许多挑战和困难。以西班牙为例，为了保障电力系统的稳定运行，西班牙国家发电厂和输电局（UTE）需要使用标准工具记录和监控HSR/RPR网络的流量。

案例背景

现代自动化系统的复杂性不仅需要在设备投入使用之前进行调试，还需要持续监控。因为如果发生意外情况，这种方法可以进行有效的取证分析，并基于大数据分析实现高级预防性维护。

IEC 61850变电站自动化标准中引入使用高可用性网络和亚微秒同步的新技术，如HSR/PRP和PTP，有利于提高公共事业公司的服务质量。然而，这种先进的数字化水平也带来了新的技术挑战，需要为连续和分布式监控提供全面的手段。

西班牙国家发电厂和输电局(UTE)需要为36,000多个配电变电站提供超过4000 MVA的电力。为了保障电力系统的稳定运行，技术人员需要使用标准工具记录和监控HSR/RPR网络的流量，并且是基于可远程访问的系统，以免影响网络性能。

困难与挑战

首先，必须考虑到，在 PTP (IEEE 1588) 同步电力系统中，需要在整个系统使用的同一亚微秒时间参考内关联所有正在分析的信息。该时间参考在合并单元、IED、远程变电站甚至更高级的智能电网之间共享。

其次，在这些数字环境中，GOOSE或SMV等实时控制消息通过以太网进行数字传输，更频繁地通过零延迟恢复时间冗余以太网解决方案进行传输。

为了应对这些挑战，从系统的角度来看，有必要为基于简单以太网、PRP和HSR网络的持续监控设计配置建议。这些设置应该允许网络流量分析，以实现系统验证和网络评估。 下方图 a)、b) 和 c) 分别描绘了标准以太网、PRP 和 HSR 网络的时间感知监控设置。

图a)

图b)

图c)

为此，可以使用专门的流量记录仪来对电力系统进行持续监控。以虹科RELY-REC为例，虹科RELY-REC是一种时间感知解决方案，可用于支持高可用性以太网、智能记录和过滤的持续监控。如上图所示，每个连续监控单元（图中的RELY-REC）负责分析、时间戳和记录网络流量。另外，如果网络拓扑要求所有节点都像一个交换机一样，这个监控设备应该能够根据一个环节点的预期行为来切换帧。因此，预计IEEE 1588帧的适当校正将与该节点而引入的低延迟相结合。

虹科RELY-REC时间感知记录器是一种能够充分满足客户需求的时间感知解决方案，可用于支持高可用性以太网、智能记录和过滤的持续监控。当任何该设备运行时，允许通过专用通信链路从远程位置进行读取和配置访问。每个RELY-REC记录设备可以根据所需设置的复杂性分配一个或多个RELY-REC单元。

配置工具允许设置所有与网络相关的功能，包括触发和过滤选项。因此，设备能够选择特定的流量，例如要记录的GOOSE或PTP。过滤和数据存储文件格式都与PCAP兼容，并且可以轻松定义。远程PC单元能够实时访问正在记录在设备中的流量，并且事件同时将所选文件传输到PC。对于基本的流量分析，可以使用众所周知的Wireshark工具。IEEE 1588时间戳应用于帧，它以Wireshark工具能够管理和表示的方式完成。此外，用于分析GOOSE完整性或网络性能的高级测试工具无缝集成到设备的功能中。而对于部分应用对记录常规以太网和时间敏感网络流量的需求，则可以选择时间敏感网络记录仪RELY-TSN-REC。

虹科RELY-REC部分关键特性如下：
• GOOSE完整性或网络性能是无缝的
• 本地工业存储介质，可远程访问所需信息
• 检查活动的高级过滤
• 允许与第三方应用程序进行数据集成