为了处理电网调度体系在晋级或许换型进程中或许发生的遥信方位不对应、遥测跳变、遥控错位等严重影响其正常运转的问题，东方电子股份有限公司的研讨人员唐军沛、常晓萌、韩珊珊、王玉琴、王建功，在2021年第11期《电气技能》上撰文，规划并完结依据端口镜像的数据收集与监控（SCADA）仿真体系。该体系把出产体系中的前置通讯报文镜像到晋级/换型体系，完结仿真收集，电网遥测、遥信信号验证，模仿遥控等功用。工程实践证明，这种办法降低了电网调度体系晋级的危险，为电网的安稳运转供给了有力保证。

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电网调度体系对电网数据的实时性要求很高，若体系晋级，有必要无缝切换。前置收集和数据收集与监控（supervisory control and data acquisition, SCADA）核算服务不能停机，无法进行在线测验。可是测验环境很难同出产环境共同，用不能在出产环境验证的程序版别晋级，存在很大危险。当晋级、换型发生在不同厂家的体系之间时，它们的图模差异较大，还需接入几百个通道调试体系，严重影响了项目测验、调试工期。

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为处理上述问题，本文规划完结依据端口镜像的SCADA仿真体系。在不影响出产体系正常运转的前提下，将出产体系通讯报文经过前置收集网交流机端口镜像到晋级体系。在晋级体系中模仿出产体系的运转，验证晋级体系的各项功用是否正常，然后保证出产体系、晋级体系无缝切换。

端口镜像是经过交流机或路由器，将一个或多个源端口的数据流量转发到某一个指定端口来完结网络监听的办法。端口镜像可以用来捕获镜像端口的数据流，在网络故障定位、侵略检测、路由器取证、网络客户剖析等各个领域都有广泛的使用。

电网调度体系首要用于完结电力信号的收集、操控、数据剖析等功用。其中心技能首要包含：面向服务的双总线、一体化渠道；时序紧缩算法；依据基准信号、敞开规矩的智能告警技能等。

端口镜像仿真收集技能现在在电网调度体系中没有有比较深化的研讨与使用。本文是端口镜像仿真技能在电网调度体系中使用的一个全新探究。本文所规划的仿真收集办法不需求在晋级/换型体系接入冗余通道，而是经过镜像“虚拟通道”到晋级/换型体系完结仿真收集。这种办法为电网体系晋级/换型供给了一种安全高效的处理思路。

依据端口镜像的SCADA仿真体系总体规划如图1所示。

图1 体系总体规划

依据端口镜像的SCADA仿真体系针对电网调度主动化体系晋级/换型的实践需求，首要完结电网参数建模、前置通讯报文镜像、报文自适应处理及数据解析等功用。各功用完结进程如下。

1）参数建模

晋级/换型体系参数建模，包含前置长途终端单元（remote terminal unit, RTU）参数、途径参数、通道参数和各个厂站的遥测、遥信、遥控点参数等，各种参数需求与运转体系保持共同。

2）前置收集网交流机端口镜像

装备出产体系前置收集网交流机的镜像端口，将出产体系的通讯报文镜像到晋级/换型体系。

3）前置模型匹配

将出产体系的通讯报文和晋级/换型体系的参数模型进行匹配，辨认出通道参数和镜像通讯报文的对应联系。

4）报文处理

对镜像通讯报文进行处理，剖分出使用层镜像报文。

5）分发缓存

将使用层镜像报文分发到对应通道的报文缓冲区。

6）缓存报文提交报文处理器

将缓冲区报文提交晋级/换型体系验证功用，包含数据改写、状况改变告警、遥控模仿等功用。

7）无缝切换

晋级/换型体系的功用验证完结，代替出产体系投入运转，完结无缝切换。

图2为依据端口镜像的SCADA仿真体系流程。该体系共包含三个通讯处理子体系：电网模型处理子体系、端口镜像子体系和镜像报文数据解析子体系。

图2 体系流程

3.1 电网模型处理子体系

电网镜像模型处理子体系是把出产体系的电网模型参数，导入晋级/换型体系。首要将出产体系联系数据库中的电网模型导入晋级/换型体系联系数据库，再用联系库/内存库同步东西将晋级体系联系库中的电网模型同步到内存库，最终用参数共同性校核东西查看参数有用性。晋级/换型体系的通讯模型收效，即可依据导入的电网镜像模型信息，解析镜像报文。

3.2 端口镜像子体系

端口镜像子体系是依据端口镜像的SCADA仿真体系的中心子体系，首要功用是镜像报文会聚和镜像报文自适应分配。

1）镜像报文会聚

镜像报文会聚是把出产体系收集交流机上收集通讯的端口作为镜像源端口，一起在出产体系的收集交流机上选取某个闲暇的端口作为镜像意图端口，并把镜像意图端口连到晋级/换型体系收集服务器收集网卡上，完结在晋级/换型体系获取出产体系的镜像通讯报文。报文会聚程序把镜像通讯报文共同存储到报文会聚容器中。

为保证报文会聚程序正常运转，需在镜像装备文件中记载一切的装备信息，包含：出产体系收集网交流机上的镜像源端口、镜像意图端口；出产体系的前置收集网络、前置收集网卡、前置通讯服务器等参数信息；晋级/换型体系的前置收集网络、前置收集网卡、前置通讯服务器等参数信息。

报文会聚程序经过镜像模型装备信息检测镜像收集网卡状况是否正常。假如收集网卡状况正常，则进行实时报文捕获，获取镜像通讯报文；然后，经过网络包解析技能，解分出需求和电网模型进行匹配的相关网络参数信息，如网络报文中的IP地址和端口号等；最终，用模型匹配技能，依据电网的模型信息，选用报文主动过滤及报文传递算法，主动对镜像报文进行过滤和模型匹配，匹配成功的报文分类存放于报文会聚容器。

2）镜像报文自适应分配

镜像报文自适应分配是为每个镜像通道创立一个对应的设备驱动实例，自适应读取报文会聚容器中的镜像通讯报文，读取成功后提交通道报文缓冲区，等候下一级报文传递。

首要，以镜像通道为最小单位，为每个镜像通道实例化一个设备目标。依据电网模型信息给每个通道在报文会聚容器中分配一个读写镜像报文的“网络号”和“衔接号”。

其次，使用“网络号”和“衔接号”、镜像录波检测函数从镜像报文会聚器中实时检测归于本通道的通讯报文，镜像报文获取算法会回来镜像报文会聚器中通讯报文的内容及字节数，若会聚器中有报文，调用“镜像读”操作获取镜像报文会聚器中的镜像报文。

最终，调用“镜像写”操作将镜像报文保存到通道报文缓冲区，提交镜像报文数据解析子体系处理。

3.3 镜像报文数据解析子体系

镜像通讯报文不同于惯例通讯报文，没有报文发送流程，只要报文接纳流程。镜像报文数据解析子体系有必要支撑监听接纳形式，才干主动辨认出镜像报文。

镜像报文数据解析子体系为每个通道创立一个数据处理目标及相应的途径目标、规约目标、报文缓冲区目标。它们作业在监听形式，实时检测通道报文缓冲区，读取镜像报文之后，发送给不同的规约目标进行数据解析处理。

规约目标将通讯报文送入“规约接纳”流程进行解析，解析完结后使用长途进程调用将数据提交给SCADA体系进行数据改写。

3.4 数据验证

为了更直观地进行出产体系和晋级/换型体系的信号比照验证，专门规划完结两个体系的遥信比照界面、遥测越限告警比照界面。验证进程如下。

遥信方位的验证进程：以RTU为单位，恣意挑选想要比照的RTU，比照界面别离显现两个体系的遥信方位信息，假如遥信信号不共同，则进行符号。遥信数据比照如图3所示。

图3 遥信数据比照

遥测跳变的验证进程：以RTU为单位，恣意挑选想要比照的RTU，经过遥测比照界面可以调查两个体系的遥测改写是否共同，是否有遥测越限的告警，且告警信息是否共同。假如遥测数据改写不共同，则进行符号。遥测数据比照如图4所示。

图4 遥测数据比照

遥控模仿下发进程验证：遥控报文的正确下发对电网安稳运转具有十分重要的含义。因而在体系晋级/换型前，有必要对体系中的一切遥控进行“预置”操作，在两个体系中别离发送同一个遥控方位的“预置”指令，并别离提取“预置”报文进行比较。查看晋级/换型体系下发的遥控报文（遥控号、遥控分合信息等）是否和出产体系共同，完全共同之后才干进行体系晋级。

传统的电网调度体系晋级时，需求实践接入通讯通道来验证晋级体系的遥测改写频率、遥信方位对应状况，以及遥控报文的正确性。这种办法需求在晋级体系接入几百个通讯通道来验证体系的功用，极大地增加了调试作业量。传统调度体系的晋级工期一般在几个月到半年之间。

自2018年起，依据端口镜像的SCADA仿真体系现已使用到广东广州供电局、珠海供电局、佛山供电局等三十多个地调晋级项目中，体系晋级进程中遥测、遥信、遥控的信号比对作业，缩短到两周左右，极大地缩短了信号比对的工期，且现场实践运转状况标明：

1）电网模型处理子体系可以将出产体系的电网模型完好导入晋级/换型体系，包含前置通讯模型，SCADA点参数的模型信息，而且可以完结主动校核。若有模型信息不共同的状况会发生告警信息。调度运转人员可以依据告警信息及时处理模型不共同的问题，有用避免了因模型不共同影响电网数据改写的问题。

2）端口镜像子体系可以将出产体系中的通讯报文实时镜像到晋级/换型体系，并可以成功地完结镜像报文和电网参数模型的匹配，将镜像报文分类存放到报文会聚器中。镜像报文自适应，可以正确辨认报文会聚器中的通讯报文并分发到相应的通道报文缓冲区。

3）镜像报文数据解析子体系可以主动读取通道报文缓冲区中的报文，并可以正常解析通讯报文，然后将解析的数据提交SCADA体系，进行晋级/换型体系的数据改写及操控功用的验证。

4）晋级/换型体系经过仿真收集的办法和出产体系并排运转，并经过信号比对界面，实时比较两个体系的电网收集信号。并排运转期间的电网遥测、遥信、遥控数据的差异信号得到了及时的确诊处理。体系实践切换时，两个体系的遥测改写频率、遥信方位信号完全共同，信号共同率到达100%，一起监测两个体系的遥控模仿报文，遥控报文正确率到达100%，契合电网调度体系晋级查验的规范，可以做到电网体系的无缝切换。

依据端口镜像的SCADA仿真体系给晋级/换型体系供给了实践运转环境，可以验证晋级/换型体系的各项功用,有用预防了遥信方位信号不对应、遥测跳变等异常状况的呈现，为电网体系安全、高效的晋级切换供给了很好的参阅。

在遥控功用验证时，现在该体系经过比较遥控报文来查验遥控流程的正确性，晋级体系同RTU子站没有实践的通讯衔接，因而下行的遥控报文不能到达RTU子站，也无法接纳子站的遥控返校报文，因而无法验证遥控返校信息的正确性。此项功用验证应作为电网体系晋级进程中需要点处理的问题进一步研讨。

本文编自2021年第11期《电气技能》，论文标题为“依据端口镜像的数据收集与监控仿真体系规划与完结”，作者为唐军沛、常晓萌 等。