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摘 要：智能变电站过程层网络的稳定对变电站的可靠运行起着至关重要的作用，如果遇到网络风暴必然会对全站网络的信息传输和相关设备造成不利的影响。本文根据报文的结构分析，计算了网络风暴在交换机中的传输速率，进而分析了网络风暴的形成原理，评估了SV和GOOSE报文网络风暴对站内装置的影响，并分析了应对网络风暴的措施，如报文校验、引入虚拟局域网、生成树协议等多种形式，这些措施可以有效避免过程层的网络风暴。
关键词：智能变电站；过程层；网络风暴
中图分类号：TM406.64 ；TP393.09 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0084-02
1 概 述
对于智能变电站来说，过程层网络的作用是对间隔信息进行采样，完成设备间及上层报文操作命令的指令传输。因此，过程层网络关系着继电保护设备的正常运行，也会对电能计量设备产生影响，对智能变电站的稳定、可靠运行起着至关重要的作用。
在过程层网络中进行传输的报文有两种，一种是SV报文，一种是GOOSE报文。SV报文可以包括所有的采样信息，信息流大，一般不会有突发性的流量；GOOSE报文传输的是设备间的配合信息，信息流小，但突发流量较大，对实时性的要求较高。
采用不同的报文，就会产生不同的流量特征，所以必须进行合理的网络配置，保证报文的正常传输，避免网络风暴。过程层有时还采用SV+GOOSE的结合网络，所以如果仅是采用某一种报文过滤方法，是不能应对所有过程层网络风暴的。
本文针对智能变电站中可能发生的网络风暴，提出了应对网络风暴事故的处理办法和一些预防措施。
2 智能变电站的网络结构
智能变电站的设备是通過报文进行通信的，合并单元发出SV报文传输所有电压、电流在某个时点的采样值，智能终端发出GOOSE报文传输刀闸的开关信息，包括跳闸、重合闸以及联闭锁信息等。同时还可以发送其他的GOOSE报文信息，如自检状态、报警信息等。
相关标准规定，对采样信号和跳闸指令进行保护，传输时采用直接连接方式，不会形成网络。站内的GOOSE网络采用组网方式，合并单元发送给故障录波器、网络分析仪和电能表等的SV报文有时也可以采用组网的形式。
在网络中进行传输的报文通过交换机进行交换，会受到吞吐量和时延的影响，现在的智能变电站一般都采用工业以太网交换机。
3 网络报文的流量分析
3.1 GOOSE网络报文的流量分析
GOOSE报文每五秒钟传递一次，一帧报文大约有200-1000个字节，如果出现了电网故障，GOOSE报文会按照时间递增的规律进行发送，所以GOOSE报文的供求率一般不超过每秒4 Mb，这个传输速率远远低于交换机的限额速率。GOOSE报文还要进行时间间隔时的信息传输，将各时间间隔的GOOSE信息连接成GOOSE网络。
3.2 SV网络报文的流量分析
SV报文的长度一般在200个字节左右，每秒钟可以传输
4 000帧的报文，这个速度相当于传输一帧报文大约需要200 μs，所以单组的SV报文的传输速率大约是每秒8 Mb，按这个传输速率，一台交换机中只有传输13组的SV报文才可以达到每秒100 Mb的速率。
发送给智能电子设备的采样值可以按照间隔进行划分，根据相关标准规定，在同一光口进行传输的SV报文不能超过五组，所以利用SV形成全站统一的网络是不可行的，每个间隔的SV网中只会传输本间隔中的SV报文。
智能变电站的网络报文分析仪是记录网络流量信息的，如果用一个网口传输GOOSE报文信息，传输速率会低于单组报文的传输速率上限（500 kB/s），如果每个网口接入一组SV报文进行传输，可以达到理论分析值的上限。
4 网络风暴的形成原理及危险
4.1 网络风暴的形成原理
不论哪种网络都是由交换机来进行连接的，如果是正常的运行，交换机之间会有一条链路进行信息交换。对间隔进行检修时，因为交换机上的光口很多，所以如果发生光口的接线错误，会出现网络的重复链路，在交换机的内部信号会形成环路，交换机会不自主的进行信息的转发，于是就形成了网络风暴。有时网络的装置出现故障或者内部芯片出现故障也会造成网络风暴，一般会表现为很多的重复报文在网络中进行快速传播。
4.2 网络风暴造成的危害
发生网络风暴以后，交换机的光口转发速率会升高，甚至达到最大的转发速率。如果在SV网络中发生网络风暴，会形成报文重复，秩序混乱，SV报文帧间隔会在20 μs左右，与正常情况下的间隔是有很大差距的，采样的序号不连续，报文的波形不呈正弦波的样子，测控、故障录波器、电能表的记录也不能准确的反映各间隔的测量值。
所以为了避免SV网络风暴，进行保护采样时会采用直采，不经过SV网络，这样可以避免保护被闭锁或者误动。
如果在GOOSE网络中发生网络风暴，则报文也会重复和乱序，对站中保护的失灵、跳闸、解除电压闭锁、开关刀闸位置、告警等信号的传输造成影响，进而影响保护对应功能的正常运行。所以为了避免GOOSE网络风暴，保护装置会采用直跳，使用保护动作时不经过网络，这样可以保证保护正确动作。
网络风暴会对报文的正常传输与处理造成影响，这是因为网络风暴占用了交换机的资源，一些数据帧被迅速的进行转发，交换机的转发资源受到占用而不能进行正常的报文传输。在工业以太网交换机中，网络风暴会占用99%的带宽，在网络风暴发生时交换机仅能提供每秒1 Mb的带宽进行报文的传输，于是报文就会丢失。
5 网络风暴的应对建议
5.1 网络风暴的发现和处理
如果在站内发生网络风暴，接收网络报文的装置会告警，告警信号显示收到的报文是异常的。如果有多个装置都告警网络异常，后果就更加严重了。发生网络风暴以后，报文会重复和乱序，通过网络报文分析仪的显示，虽然可以确定发生了网络风暴，但是不能确定发生风暴的位置，由于受到网络风暴的所有报文都会被交换机进行重复转发，所以不能确认光口连接错误的间隔，所以必须核查受到风暴影响的间隔，根据图纸确认光口的连接，进而检查出连接的错误处。 5.2 网络风暴的避免建议
由于报文被重复快速转发，所以会形成网络风暴，可以在报文接收设备中进行循环冗余检验，如判断出相继接收的报文校验信息相同，则可以将此报文认定为风暴发生，直接丢弃，这样可以使设备的处理报文数量减少。但是在交換机中发生网络风暴时，并不是只有一帧报文会被重复转发的，还会有多帧不同的报文被重复转发，所以这种方法的局限性是非常明显的。
可以在交换机内部或者不同的交换机之间划分虚拟局域网，将智能变电站内的GOOSE网络和SV网络进行分离，分别进行传输，这样可以保证报文的实时性。同时两种报文的报文头都是带局域网标记的，排列布置各个光口的局域网准入列表，如果报文的局域网标记不一致就不允许进入交换机，从而避免形成网络风暴。
现在很多的交换机都支持生成树协议，智能变电站内的交换机进行生成树配置后，交换机之间发送、接收报文会检测到网络中是否有回环现象。如果检测到发生回环现象，即会将网络修剪为没有环路的树形网络。利用生成树协议进行配置，可以避免在交换机环网内形成网络风暴。
6 结 语
随着大量智能变电站的成功投运，智能变电站技术得到了迅速发展。但在智能变电站运行过程中，会不可避免的出现网络风暴，进而影响智能变电站全站的正常运行。
本文对网络风暴的原理和危害进行了分析，分析站内网络报文的流量特点并进行比对，可以发现网络风暴产生的位置，并对风暴进行排查，这样可以减少智能变电站的运行危害。在变电站进行规划建设时要引入先进的交换机技术来杜绝网络风暴的发生，并加强交换机的网络管理，减少网络风暴的发生机率，来保证智能变电站的正常运行。
参考文献：
[1] 高翔.数字华变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2] 王宾，董新洲，薄志谦.智能配电变电站集成保护控制信息共享分析[J].
中国电机工程学报，2011，31（S1）：1-6.
[3] 徐春霞.智能变电站过程层网络数据流的分析与研究[J].中国电力，
2013，46（8）：153-159.
[4] 王海柱，蔡泽祥.智能变电站过程层网络关键对象建模与枋真[J].中国 电力，2013，46（6）：80-84.
关键词：智能变电站；过程层；网络风暴
中图分类号：TM406.64 ；TP393.09 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0084-02
1 概 述
对于智能变电站来说，过程层网络的作用是对间隔信息进行采样，完成设备间及上层报文操作命令的指令传输。因此，过程层网络关系着继电保护设备的正常运行，也会对电能计量设备产生影响，对智能变电站的稳定、可靠运行起着至关重要的作用。
在过程层网络中进行传输的报文有两种，一种是SV报文，一种是GOOSE报文。SV报文可以包括所有的采样信息，信息流大，一般不会有突发性的流量；GOOSE报文传输的是设备间的配合信息，信息流小，但突发流量较大，对实时性的要求较高。
采用不同的报文，就会产生不同的流量特征，所以必须进行合理的网络配置，保证报文的正常传输，避免网络风暴。过程层有时还采用SV+GOOSE的结合网络，所以如果仅是采用某一种报文过滤方法，是不能应对所有过程层网络风暴的。
本文针对智能变电站中可能发生的网络风暴，提出了应对网络风暴事故的处理办法和一些预防措施。
2 智能变电站的网络结构
智能变电站的设备是通過报文进行通信的，合并单元发出SV报文传输所有电压、电流在某个时点的采样值，智能终端发出GOOSE报文传输刀闸的开关信息，包括跳闸、重合闸以及联闭锁信息等。同时还可以发送其他的GOOSE报文信息，如自检状态、报警信息等。
相关标准规定，对采样信号和跳闸指令进行保护，传输时采用直接连接方式，不会形成网络。站内的GOOSE网络采用组网方式，合并单元发送给故障录波器、网络分析仪和电能表等的SV报文有时也可以采用组网的形式。
在网络中进行传输的报文通过交换机进行交换，会受到吞吐量和时延的影响，现在的智能变电站一般都采用工业以太网交换机。
3 网络报文的流量分析
3.1 GOOSE网络报文的流量分析
GOOSE报文每五秒钟传递一次，一帧报文大约有200-1000个字节，如果出现了电网故障，GOOSE报文会按照时间递增的规律进行发送，所以GOOSE报文的供求率一般不超过每秒4 Mb，这个传输速率远远低于交换机的限额速率。GOOSE报文还要进行时间间隔时的信息传输，将各时间间隔的GOOSE信息连接成GOOSE网络。
3.2 SV网络报文的流量分析
SV报文的长度一般在200个字节左右，每秒钟可以传输
4 000帧的报文，这个速度相当于传输一帧报文大约需要200 μs，所以单组的SV报文的传输速率大约是每秒8 Mb，按这个传输速率，一台交换机中只有传输13组的SV报文才可以达到每秒100 Mb的速率。
发送给智能电子设备的采样值可以按照间隔进行划分，根据相关标准规定，在同一光口进行传输的SV报文不能超过五组，所以利用SV形成全站统一的网络是不可行的，每个间隔的SV网中只会传输本间隔中的SV报文。
智能变电站的网络报文分析仪是记录网络流量信息的，如果用一个网口传输GOOSE报文信息，传输速率会低于单组报文的传输速率上限（500 kB/s），如果每个网口接入一组SV报文进行传输，可以达到理论分析值的上限。
4 网络风暴的形成原理及危险
4.1 网络风暴的形成原理
不论哪种网络都是由交换机来进行连接的，如果是正常的运行，交换机之间会有一条链路进行信息交换。对间隔进行检修时，因为交换机上的光口很多，所以如果发生光口的接线错误，会出现网络的重复链路，在交换机的内部信号会形成环路，交换机会不自主的进行信息的转发，于是就形成了网络风暴。有时网络的装置出现故障或者内部芯片出现故障也会造成网络风暴，一般会表现为很多的重复报文在网络中进行快速传播。
4.2 网络风暴造成的危害
发生网络风暴以后，交换机的光口转发速率会升高，甚至达到最大的转发速率。如果在SV网络中发生网络风暴，会形成报文重复，秩序混乱，SV报文帧间隔会在20 μs左右，与正常情况下的间隔是有很大差距的，采样的序号不连续，报文的波形不呈正弦波的样子，测控、故障录波器、电能表的记录也不能准确的反映各间隔的测量值。
所以为了避免SV网络风暴，进行保护采样时会采用直采，不经过SV网络，这样可以避免保护被闭锁或者误动。
如果在GOOSE网络中发生网络风暴，则报文也会重复和乱序，对站中保护的失灵、跳闸、解除电压闭锁、开关刀闸位置、告警等信号的传输造成影响，进而影响保护对应功能的正常运行。所以为了避免GOOSE网络风暴，保护装置会采用直跳，使用保护动作时不经过网络，这样可以保证保护正确动作。
网络风暴会对报文的正常传输与处理造成影响，这是因为网络风暴占用了交换机的资源，一些数据帧被迅速的进行转发，交换机的转发资源受到占用而不能进行正常的报文传输。在工业以太网交换机中，网络风暴会占用99%的带宽，在网络风暴发生时交换机仅能提供每秒1 Mb的带宽进行报文的传输，于是报文就会丢失。
5 网络风暴的应对建议
5.1 网络风暴的发现和处理
如果在站内发生网络风暴，接收网络报文的装置会告警，告警信号显示收到的报文是异常的。如果有多个装置都告警网络异常，后果就更加严重了。发生网络风暴以后，报文会重复和乱序，通过网络报文分析仪的显示，虽然可以确定发生了网络风暴，但是不能确定发生风暴的位置，由于受到网络风暴的所有报文都会被交换机进行重复转发，所以不能确认光口连接错误的间隔，所以必须核查受到风暴影响的间隔，根据图纸确认光口的连接，进而检查出连接的错误处。 5.2 网络风暴的避免建议
由于报文被重复快速转发，所以会形成网络风暴，可以在报文接收设备中进行循环冗余检验，如判断出相继接收的报文校验信息相同，则可以将此报文认定为风暴发生，直接丢弃，这样可以使设备的处理报文数量减少。但是在交換机中发生网络风暴时，并不是只有一帧报文会被重复转发的，还会有多帧不同的报文被重复转发，所以这种方法的局限性是非常明显的。
可以在交换机内部或者不同的交换机之间划分虚拟局域网，将智能变电站内的GOOSE网络和SV网络进行分离，分别进行传输，这样可以保证报文的实时性。同时两种报文的报文头都是带局域网标记的，排列布置各个光口的局域网准入列表，如果报文的局域网标记不一致就不允许进入交换机，从而避免形成网络风暴。
现在很多的交换机都支持生成树协议，智能变电站内的交换机进行生成树配置后，交换机之间发送、接收报文会检测到网络中是否有回环现象。如果检测到发生回环现象，即会将网络修剪为没有环路的树形网络。利用生成树协议进行配置，可以避免在交换机环网内形成网络风暴。
6 结 语
随着大量智能变电站的成功投运，智能变电站技术得到了迅速发展。但在智能变电站运行过程中，会不可避免的出现网络风暴，进而影响智能变电站全站的正常运行。
本文对网络风暴的原理和危害进行了分析，分析站内网络报文的流量特点并进行比对，可以发现网络风暴产生的位置，并对风暴进行排查，这样可以减少智能变电站的运行危害。在变电站进行规划建设时要引入先进的交换机技术来杜绝网络风暴的发生，并加强交换机的网络管理，减少网络风暴的发生机率，来保证智能变电站的正常运行。
参考文献：
[1] 高翔.数字华变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2] 王宾，董新洲，薄志谦.智能配电变电站集成保护控制信息共享分析[J].
中国电机工程学报，2011，31（S1）：1-6.
[3] 徐春霞.智能变电站过程层网络数据流的分析与研究[J].中国电力，
2013，46（8）：153-159.
[4] 王海柱，蔡泽祥.智能变电站过程层网络关键对象建模与枋真[J].中国 电力，2013，46（6）：80-84.