XMPP和GOOSE在分布式馈线自动化中的应用

为实现分布式馈线自动化的智能终端间的互操作,保证终端的通信安全,文中提出了采用内置安全的可扩展消息和在线表示协议(XMPP)与基于用户数据报协议(UDP)的通用面向对象变电站事件(GOOSE)结合的IEC 61850通信映射方案。该方案使用基于哈希获取随机子集(HORS)一次性签名的安全防护方案以保证GOOSE报文的通信安全。在配电终端上使用该方案开发了基于代理式的分布式馈线自动化(FA)测试系统。测试结果说明,该方案能够满足速动型分布式FA要求。     

基于ARM的GOOSE通信系统研究

为实现IEC61850协议下的GOOSE通信,首先分析GOOSE通信的映射方式、传输控制方法,然后提出一种基于ARM的GOOSE通信系统,介绍了系统的组成,阐明其硬件架构和软件设计。通过实验,详细分析GOOSE的协议数据单元,验证报文重发机制,测量通信时间。经测试,该系统能够满足IEC61850协议下GOOSE通信的实时性和可靠性要求,并且结构简单,成本低廉,在智能变电站领域有一定的应用前景。     

新型电力系统终端通信协议的逆向分析及模糊测试

现有新型电力系统终端大都采用第三方厂商私有协议，难以对其进行解析分析。针对现有新型电力系统终端常用的Modbus协议开展逆向分析解析，基于协议分层的特点，通过从网络报文头部字段提取未知协议的有效字段部分，基于统计N-gram算法对协议字段进行分词，利用协议关键词构建Modbus协议状态机。对协议源码编译插桩，通过生成随机测试用例对Modbus服务器端程序进行模糊测试，并对测试崩溃结果进行了分析。实验结果表明，该方法能对新型电力系统终端的私有协议进行快速逆向识别和模糊测试，有较高的实用价值。     

面向服务端的变电站自主可控站控层服务协议一致性测试技术

变电站二次系统通信报文规范（CMS）协议定义了将IEC 61850标准中抽象通信服务接口直接映射到传输控制协议/网际协议（TCP/IP）进行数据交换的方法,实现了对制造报文规范（MMS）的替代。为了实现变电站二次系统CMS协议的推广应用,需要开展一致性测试。在深入理解二次系统CMS协议编码规则的基础上,分析了其与MMS的区别,面向扩展服务设计了测试用例,提出了基于协议插件的二次系统CMS协议一致性测试方法。基于所提一致性测试方法,开发了一致性测试工具,并将其应用于自主可控变电站二次设备出厂验收,提升了一致性测试效率,保证了一致性测试的准确性与可靠性。     

基于协议特征的电力工控网络流量异常行为检测方法

随着信息通信技术在电力工控系统中的广泛应用,电力工控系统遭受网络攻击的风险不断增加。电力工控系统的信息传输和交互以通信协议的流量数据为载体,流量数据的应用层报文在传输过程中存在被窃取及篡改等风险。文中以IEC 60870-5-104协议为例,在对其脆弱性分析的基础上提出了基于协议特征的电力工控流量异常行为检测方法。首先,对电力工控流量进行应用层报文的提取及解析,并结合报文字段特征以及典型电力业务特征建立起电力工控流量正常行为模型。其次,依据正常行为模型对流量数据进行单字段畸形校验、多字段耦合逻辑校验、帧与帧时序逻辑校验、帧与帧上下文异常校验,实现流量异常行为的识别。最后,基于某220 kV变电站的实际流量数据集进行仿真,结果表明所提方法对于典型异常行为检测准确率约为99.98%,能够有效辨识电力工控系统流量异常行为,提升电力系统的安全性。     

智能变电站故障录波系统设计与探索

智能变电站故障录波系统是针对当前智能电网的发展而设计开发的故障录波分析系统.系统可接入智能变电站过程层网络的IEC61850-9-1或IEC61850-9-2模拟量采样值(SMV)报文和IEC61850-8-1面向变电站事件的通用对象(GOOSE)报文,并将GOOSE解析成实际的开关状态,并且系统也支持SMV+GOOSE共网模式,直接从交换机获取SMV和GOOSE.系统与站控层设备的通信采用IEC61850制造报文规范(MMS ISO 9506)通信规约,实现与站控层设备的互操作.系统采用嵌入式POWERPC硬件平台和嵌入式实时多任务VxWorks操作系统,满足了当前智能变电站对故障录波器提出的新要求.     

智能变电站GOOSE组网应用

为了保证智能变电站GOOSE报文传输的实时性和可靠性,分析和比较了MAC地址静态组播、虚拟局域网（VLAN）、组播注册协议（GMRP）3种多播报文过滤技术的特征,指出基于端口的VLAN划分方式是现阶段智能变电站GOOSE组网工程应用中切实可行的方案。分析了智能电子设备（IED）之间GOOSE报文的数据流向和交互范围,提出一种基于GOOSE信息分类和保护间隔的VLAN划分方案,最后结合工程实例给出了GOOSE组网配置方案,该方案易于实现,GOOSE数据流向清晰,能够有效隔离多播报文。     

基于GOOSE的分布式控制数据快速传输技术研究

研究基于相关站点智能终端(Smart Terminal Unit,STU)间实时对等通信的分布式控制实现机理。为实现STU间的实时对等通信以及互操作,使用GOOSE(Generic Object-Oriented Substation Event)机制来传输STU间的实时数据以及控制命令。在分析现有GOOSE传输机制的基础上,提出基于TCP协议的GOOSE报文传输方案及提高报文传输实时性的措施。通过OPNET软件搭建仿真模型,验证了所提方案的可行性。仿真结果表明,当网络平均负载率小于40%时,应用TCP协议传输GOOSE报文的平均传输延时约为0.65 ms,且最大值不超过1 ms,可以满足分布式控制对快速报文传输速度的要求。     

智能变电站继电保护SV及GOOSE输入自动测试方法

智能变电站继电保护测试目前采用手动配置测试项目、人工检查测试结果的方式,测试效率低下且容易出现人为错误。对此,提出了一种智能变电站继电保护GOOSE及SV输入自动测试方法,该方法以SV及GOOSE输入虚端子为参照物,自动建立被测保护装置所订阅的SV及GOOSE报文数据与MMS报文数据的对应关系,解析SCD文件自动获取所订阅的SV,GOOSE报文信息并模拟发送SV,GOOSE报文,读取被测装置的MMS报文以获取被测装置对SV,GOOSE报文的处理结果 ,自动判断测试结果并形成试验报告。该方法能够实现SV及GOOSE输入的全自动测试,有效提高智能变电站继电保护测试工作的效率及质量。     

一种改进的GOOSE报文HMAC认证方法（英文）

IEC 62351标准建议GOOSE报文采用HMAC方法以保证报文完整性,但由于没有考虑报文心跳机制和具体的报文特点,GOOSE报文直接应用HMAC的经典方法的效率并不高。提出将GOOSE报文的常变内容移到报文末端位置进而生成验证码的效率改善方法。该方法根据相同的GOOSE报文内容在哈希函数压缩过程中有相同输出结果的特性,使得同一系列的重发报文可以直接利用第一个GOOSE报文的相同内容运算得到的结果,节省了HMAC方法中大部分的运算时间。文中进而讨论了影响网络带宽的GOOSE报文认证码长度在电力实际通信环境下的优化。嵌入式平台测试结果表明文中方法的高效性,采用OPNET软件仿真不同的GOOSE报文认证码长度对带宽的影响。     

配电网分布式控制实时数据的GOOSE over UDP传输方式

分布式控制是智能配电网实现广域保护、控制应用的重要方式,报文的实时性是影响分布式控制性能的关键因素。文中在分析配电网分布式控制应用对通信的要求基础上,对现有的快速报文传输方式进行了比较,提出了基于用户数据报协议(UDP),用通用面向对象变电站事件(GOOSE)机制传输实时报文(GOOSE over UDP)的方案,可实现快速报文在广域网传输。通过试验平台对该方案的传输性能进行了测试,测得配电终端之间传输延时最大不超过10 ms,满足配电网分布式控制应用的需求。     

智能变电站二次设备端口自动识别方法

为提升智能变电站对二次系统的管理和控制能力,提出一种智基于网络报文解析能变电站二次设备端口自动识别方法.从过程层以太网组网技术和基于IEC61850的通信协议两个方面概要分析了过程层网络通信方式,研究了通过SCD文件解析和交换机端口表统计自动生成携带网络拓扑信息和设备连接情况的IED设备端口表的具体过程和方法.研究内容对过程层网络拓扑管控和二次设备即插即用等技术具有重要意义,给智能变电站二次系统网络管理和控制提供了新的途径.     

基于站控层GOOSE的站域控制实现方案

提出并实现了基于站控层通用面向对象变电站事件(GOOSE)的站域控制系统。该系统由间隔层装置、监控子系统和站域控制子系统3部分构成,实现了智能变电站内的备用电源自动投入(简称备自投)、过负荷联切、过负荷闭锁等站域控制功能,并利用已有的双冗余站控层网络传输GOOSE报文,有效提高了站域控制动作的实时性,可替代现已使用的各种备自投、过负荷联切等装置和系统,已在多个智能变电站中得到应用。     

基于差分序列方差与CPS融合的数字变电站数据异常检测方法

针对传统基于简单阈值的异常检测方法已无法适用于数字变电站过程层网络中可能出现的设备物理故障和恶意入侵导致的数据异常的问题,提出了一种基于差分序列方差(difference sequence variance,VDS)与信息物理系统(cyber-physical system,CPS)融合的数字变电站数据异常检测方法.首...     

具有可视全景功能的智能变电站二次系统

高性能的智能变电站二次系统高可视化全景调测平台,将有助于掌握智能化变电站通信和实时运行状态及操作情况,解决当前变电站二次系统信息缺乏的问题。论文以当前电力系统自动化领域最全面的IEC 61850协议为基础,研究了MMS、GOOSE和SMV三种应用最重要IEC 61850报文的解析方法及其可视化实现,文中针对MMS、GOOSE和SMV三种报文各自的报文特点,分别详细地介绍了报文的解析思路、技术和可视化功能。该系统在智能变电站的应用情况,表明系统具有良好的效果。     

GOOSE快速报文应用与关键测试技术

对IEC 61850系列标准中面向通用对象的变电站事件(generic object oriented substation event,GOOSE)快速通信报文的实时性设计进行分析,概述了GOOSE报文在数字化变电站的组网方式及其传输过程,同时,结合广东电网公司茂名供电局110 kV文冲口数字化变电站案例,探讨现阶段...     

基于GMRP的变电站发布/订阅通信模型设计

针对变电站通信的实时性要求,基于组播注册协议(GARP multicast registration protocol,GMRP)设计了适用于电力系统的发布/订阅(publish/subscribe,P/S)通信模型,描述了模型中各模块的功能,并结合IEC 61850标准中面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文从系统配置、订阅和发布等方面对该模型的工作流程进行了详细阐述。结合实验数据对P/S模型的单播和广播方式进行了分析比较,指出基于GMRP的P/S通信模型不仅能满足变电站通信的网络时延要求,而且在系统数据流量大的情况下能增强实时性。     

一种高效的GOOSE报文完整性认证方法

当前主流研究采用HASH信息验证码(HMAC)认证方法保障面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文的完整性,但分析发现HMAC对经典的GOOSE这类短报文来说效率并不高。设计一种直接采用密钥和顺序调整后的报文作为HASH函数输入的GOOSE报文认证方法,利用GOOSE报文显性长度域、统一报文格式和时序性等属性,降低碰撞攻击和避免长度扩展攻击、重放攻击等风险;将GOOSE心跳报文的时变内容置于待认证报文末端,可重复利用同系列心跳报文中相同内容的HASH压缩运算的中间结果。嵌入式平台验证结果表明算法的高效性。     

智能变电站过程层网络中开关量多设备共享应用方案研究

介绍了智能变电站二次设备之间的过程层网络GOOSE报文交互的基本原则,分析了过程层网络中可能存在的启失灵开入、单双套配合、联闭锁信号等源与接收端之间的多设备共享关系。提出了多个GOOSE源对应于同一个接收设备、多个接收设备对应于同一个GOOSE源、多个二次设备之间GOOSE广泛共享等开关量共享方案。从失灵GOOSE开入共享、充电手合GOOSE开入共享、双套配置间相互闭锁重合闸、测控设备跨双网上送告警等方面阐释了多设备共享的实施方案。给出了此类多设备共享类GOOSE开入在接入二次设备之后基于辅助电气量回路的隔离原则。     

基于IEC 61850的通用变电站事件模型

面向通用对象的变电站事件(GOOSE)和通用变电站状态事件(GSSE)是基于IEC61850的通用变电站事件(GSE)模型2种不同的控制类,从报文传输服务的抽象模型和特定通信服务映射2个方面,对GOOSE和GSSE进行了深入分析和比较,得出结论:在报文传输的实时性及其内容的灵活性上,GOOSE更优越。同时指出了IEC61850中GSSE与UCA2.0中GOOSE的兼容性,为GSE模型的实际应用提供了良好的理论基础。