隨著風(fēng)光新能源發(fā)電占比越來越高，需要加強(qiáng)對老舊新能源電站的智能化改造和數(shù)據(jù)采集，采集逆變器箱變保護(hù)等，增加對老舊場站的數(shù)字化管理和調(diào)度響應(yīng)能力，或者需要集中采集老舊電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以便于更加精準(zhǔn)的進(jìn)行一次調(diào)頻二次調(diào)頻和功率因素調(diào)節(jié)。
但老舊網(wǎng)站十余年幾十年過去，原有的設(shè)備老舊，臺賬不清晰，需要新增采集通道，對過去分散采集的數(shù)據(jù)、未完全采集的數(shù)據(jù)重新采集，并重新轉(zhuǎn)發(fā)上傳給新能源大數(shù)據(jù)平臺，群調(diào)群控平臺等。原有的逆變器、保護(hù)、箱變一般103采集、104轉(zhuǎn)發(fā)，出于安全的策略，限制了定向轉(zhuǎn)發(fā)IP，一些逆變器內(nèi)置104通道也有IP限制，104通道轉(zhuǎn)發(fā)的IP能否重用就成為一個(gè)場站智慧改造升級中亟需解決的問題。如果有IP資源，且原服務(wù)商能夠增加配置IP，就很好處理，如果原服務(wù)商原設(shè)備沒有IP資源，或密碼遺失，或無法更改配置，只能借助于現(xiàn)有的IP復(fù)用技術(shù)，增加新的通訊管理機(jī)和集采網(wǎng)關(guān)設(shè)備，共用原有的站內(nèi)104上位機(jī)IP地址，同時(shí)不能影響原有系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息流轉(zhuǎn)。
IEC 104為通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于連接第三方管理系統(tǒng)。由于無安全認(rèn)證機(jī)制，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不經(jīng)過加密。為減少網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，通過IEC104協(xié)議連接到第三方管理系統(tǒng)的功能默認(rèn)關(guān)閉。由于該協(xié)議可傳輸電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制命令，存在用戶數(shù)據(jù)泄露以及被竊取控制權(quán)限的風(fēng)險(xiǎn)，需要謹(jǐn)慎使用。
在遠(yuǎn)動雙機(jī)冗余情況下，IEC104網(wǎng)絡(luò)通道雙網(wǎng)卡IP共享和物理地址的冗余備份的幾種實(shí)現(xiàn)方式。首先介紹通過外接路由型防火墻硬件設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案，由此引出使用MCU單片機(jī)以及VLAN技術(shù)進(jìn)行的硬件模型簡化授計(jì)，可有效的節(jié)約其硬件功能實(shí)現(xiàn)的成本；之后給出了利用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)ping命令的純軟件的實(shí)現(xiàn)方案，通過雙網(wǎng)卡以及網(wǎng)關(guān)間的互聯(lián)互ping來檢測對方狀態(tài)，編寫程序邏料實(shí)現(xiàn)備份IP和實(shí)際廠站端IP之間切換，避免在周一時(shí)刻出現(xiàn)重復(fù)IP而影響正常網(wǎng)絡(luò)通信；最后提出一種基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案，通過雙機(jī)間通信實(shí)現(xiàn)通道狀懸的藍(lán)測，在發(fā)現(xiàn)通信正常一方網(wǎng)絡(luò)異常后，可以自動使能另一方處于無效狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，做到智能切換。在應(yīng)用程序中通過對網(wǎng)卡的動態(tài)添加刪減，實(shí)現(xiàn)了雙網(wǎng)卡P共事和物理地址的冗余備份。
隨著IEC104網(wǎng)絡(luò)規(guī)約在電力綜合自動化系統(tǒng)中的普及，各地區(qū)用戶對其實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究探討，并對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性等提出了更高的要求。其中，有些地區(qū)調(diào)度中心，為節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源等目的，要求廠站端遠(yuǎn)動裝置實(shí)現(xiàn)雙機(jī)104通道的以太網(wǎng)IP共享。即兩臺遠(yuǎn)動機(jī)各出一個(gè)用作104規(guī)約通信的以太網(wǎng)通道，作為雙機(jī)冗余接入調(diào)度端的路由器與調(diào)度通信，而兩臺遠(yuǎn)動機(jī)只分配一個(gè)IP地址，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)資源的占用和管理，同時(shí)簡化主站端的設(shè)置工作。但是由此帶來的IP重復(fù)引起的網(wǎng)絡(luò)問題，需要廠站端進(jìn)行冗余防誤處理。這就需要要通過某種手段，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余和異常后自動切換功能，即正常時(shí)只1路主通道IP有效進(jìn)行通信，若主通通信不正常，應(yīng)自動切換到從通道，保證調(diào)度與廠站端通信正常。
以太網(wǎng)路由型硬件防火墻利用三層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的概念，實(shí)現(xiàn)了針對網(wǎng)絡(luò)之間的安全通訊和監(jiān)護(hù)，它采用了幀類型過濾、協(xié)議過濾、IP地址過濾、網(wǎng)口過濾等安全措施。對來往于網(wǎng)絡(luò)中任意兩臺主機(jī)或兩個(gè)局域網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)通道上雙向的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包按照指定的過濾規(guī)則進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了兩側(cè)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)之間的隔離，從而達(dá)到對任意一側(cè)主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)的目的。
該方案利用路由型硬件防火墻其特有的IP路由代理功能，實(shí)現(xiàn)雙遠(yuǎn)動機(jī)共用一個(gè)IP地址(IP3)與一個(gè)主站通信，自動切換功能由其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，切換條件可以通過調(diào)試口配置。配置運(yùn)行過程中，兩臺遠(yuǎn)動
裝置的IP地址應(yīng)設(shè)置為任意兩個(gè)不同的IP地址(IP1/IP2),經(jīng)路由代理IP3,使得僅其中一臺遠(yuǎn)動裝置能夠使用子站端IP4,與104主站進(jìn)行通信，并在網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)實(shí)現(xiàn)104網(wǎng)絡(luò)通道的切換。
利用MCU和VLAN技術(shù)的硬件模型簡化實(shí)現(xiàn)
VLAN英文全稱VirtualLocalAreaNetwork,即虛擬局域網(wǎng)，VLAN是一種將局域網(wǎng)(LAN)設(shè)備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)的小網(wǎng)段 (即更小的局域網(wǎng)),從面實(shí)現(xiàn)虛擬工作組(單元)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。該技術(shù)主要應(yīng)用于交換機(jī)和路由器中，但目前主流應(yīng)用還是在三層以上交換機(jī)之中。
VLAN在交換機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方法，可以大致劃分為六類。其中，基于端口的VLAN,是最常應(yīng)用的一種VLAN劃分方法，應(yīng)用也最為廣泛、最有效，目前絕大多數(shù)VLAN協(xié)議的交換機(jī)都提供這種VLAN配置方法。這種劃分VLAN的方法是根據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的交換端口來劃分的，它是將VLAN交換機(jī)上的物理端口和VLAN交換機(jī)內(nèi)部的PVC(永久虛電路)端口分成若干個(gè)組，每個(gè)組構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)，相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的VLAN交換機(jī)。這種劃分方法的優(yōu)點(diǎn)是在定義VLAN成員時(shí)非常簡單，只要將相關(guān)的端口定義為相應(yīng)的VLAN組即可。
結(jié)合MCU和VLAN技術(shù)的特點(diǎn)，通過硬件邏輯程序，對遠(yuǎn)動雙機(jī)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)口同與主站通訊的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)口進(jìn)行劃分，保證同一時(shí)刻只有一個(gè)遠(yuǎn)動機(jī)的網(wǎng)絡(luò)口和與主站通信的網(wǎng)絡(luò)口處于同一個(gè)VLAN網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)上電初始化后，MCU控制器將默認(rèn)VLAN1生效，通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)芯片控制網(wǎng)口1和網(wǎng)口3進(jìn)行通信，此時(shí)網(wǎng)口2不處于VLAN1中，對于網(wǎng)口1和網(wǎng)口3都是不可見的，因此不會影響這兩個(gè)網(wǎng)口的通信。MCU控制模塊定時(shí)檢測遠(yuǎn)動網(wǎng)口1和網(wǎng)口2的電氣信號，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)口1失效 (即失去電氣信號)而網(wǎng)口2有效時(shí)，會通知交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)芯片VLAN2生效，系統(tǒng)自動切換到網(wǎng)口2和網(wǎng)□3上繼續(xù)通信。類似的，當(dāng)網(wǎng)口2失效而網(wǎng)口1有效時(shí)，系統(tǒng)也會自動切換到VLANI上進(jìn)行工作。由此可知，此方案簡化了之前的配置，遠(yuǎn)動雙機(jī)的兩個(gè)網(wǎng)口均可配置為同一個(gè)IP地址。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不會發(fā)生網(wǎng)絡(luò)IP沖突，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)自動切換功能，從而保證了遠(yuǎn)動雙機(jī)冗余下104通道的可靠通訊。該方案由目前主流的技術(shù)組合而成，成本較低，配置簡單，實(shí)時(shí)性好。但由于不能監(jiān)測到遠(yuǎn)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)遇到遠(yuǎn)動機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)問題，而電氣連接尚好的情況，則不能做到智能切換。
ping是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工具，用來測試特定主機(jī)能否通過網(wǎng)絡(luò)IP到達(dá)。píing的運(yùn)作原理是向目標(biāo)主機(jī)傳出一個(gè)ICP要求數(shù)據(jù)包，等待接收回應(yīng)數(shù)據(jù)包。程序會按時(shí)間和反應(yīng)成功的次數(shù)，估計(jì)失去數(shù)據(jù)包率(丟包率)和數(shù)據(jù)包來回時(shí)間(網(wǎng)絡(luò)時(shí)延),由此判斷網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。
我們可以利用ping的網(wǎng)絡(luò)偵聽特性，編寫相應(yīng)的軟件邏輯，控制遠(yuǎn)動雙機(jī)間104通道網(wǎng)絡(luò)IP的切換。系統(tǒng)啟動后，遠(yuǎn)動雙機(jī)均默認(rèn)設(shè)置為備用IP(IP1、IP2)。延時(shí)一段后，開始用ping命令檢測對機(jī)(對側(cè)遠(yuǎn)動)是否已經(jīng)使用遠(yuǎn)動主IP(共享IP3),如對機(jī)正使用備用IP,則修改本機(jī)為主IP。定期檢測網(wǎng)關(guān)IP4,當(dāng)發(fā)現(xiàn)無法ping通IP4時(shí)，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)失效，切換為備用IP。如果網(wǎng)關(guān)正常，而對機(jī)IP異常，則主動切換為主IP。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，可保證104網(wǎng)絡(luò)的正常通信和切換。
軟件實(shí)現(xiàn)中用到的IP切換命令，一般各操作系統(tǒng)均有提供，例如WINDOWS XP系統(tǒng)中的“netsh interface ip set address”命令，可以用來在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口上添加IP地址，或添加默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。
此方案的優(yōu)點(diǎn)在于成本低，實(shí)施簡單，僅需配置雙機(jī)對主站的共享IP和網(wǎng)關(guān)IP以及各自的各用IP。但可能受路由網(wǎng)關(guān)的限制，而影響ping的正常使用。
基于網(wǎng)絡(luò)PING命令的軟件實(shí)現(xiàn)
ping是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工具，用來測試特定主機(jī)能否通過網(wǎng)絡(luò)IP到達(dá)。ping的運(yùn)作原理是向目標(biāo)主機(jī)傳出一個(gè)ICMP要求數(shù)據(jù)包，等待接收回應(yīng)數(shù)據(jù)包。程序會按時(shí)間和反應(yīng)成功的次數(shù)，估計(jì)失去數(shù)據(jù)包率（丟包率）和數(shù)據(jù)包來回時(shí)間（網(wǎng)絡(luò)時(shí)延），由此判斷網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。
我們可以利用ping的網(wǎng)絡(luò)偵聽特性，編寫相應(yīng)的軟件邏輯，控制遠(yuǎn)動雙機(jī)間104通道網(wǎng)絡(luò)IP的切換.組網(wǎng)方式如圖2-1所示：
系統(tǒng)啟動后，遠(yuǎn)動雙機(jī)均默認(rèn)設(shè)置為備用IP（IP1、IP2）。延時(shí)一段后，開始用ping命令檢測對機(jī)（對側(cè)遠(yuǎn)動）是否已經(jīng)使用遠(yuǎn)動主IP（共享IP3），如對機(jī)正使用備用IP，則修改本機(jī)為主IP。定期檢測網(wǎng)關(guān)IP4，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無法ping通IP4時(shí)，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)失效，切換為備用IP。如果網(wǎng)關(guān)正常，而對機(jī)IP異常，則主動切換為主IP。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，可保證104網(wǎng)絡(luò)的正常通信和切換。
軟件實(shí)現(xiàn)中用到的IP切換命令，一般各操作系統(tǒng)均有提供，例如WINDOWSXP系統(tǒng)中的“netshinterfaceipsetaddress”命令，可以用來在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口上添加IP地址，或添加默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。
此方案的優(yōu)點(diǎn)在于成本低，實(shí)施簡單，僅需配置雙機(jī)對主站的共享IP和網(wǎng)關(guān)IP以及各自的備用IP。但可能受路由網(wǎng)關(guān)的限制，而影響ping的正常使用。
嵌入式軟硬件結(jié)合光伏老電站逆變器數(shù)據(jù)重采104通道主機(jī)IP限制無法訪問其他上位機(jī)
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)針對有較高實(shí)時(shí)性要求的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有可裁剪，資源占用低，功耗低等特點(diǎn)，與通用操作系統(tǒng)相比，在任務(wù)調(diào)度策略、內(nèi)存管理、中斷處理、共享資源的互斥訪問、系統(tǒng)的可重入性等方面作了更適合于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的改進(jìn)。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在航空、航天、軍事、工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在電力系統(tǒng)，當(dāng)有越來越多的嵌入式產(chǎn)品基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，常用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)包括VxWorks、QNX、RT-Linux等。這些系統(tǒng)大器提供有豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，支持TCP/TP等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，并以標(biāo)準(zhǔn)的socket編程接口的形式提供了對網(wǎng)絡(luò)資源的“透明”訪問。
為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動雙機(jī)冗余中104通道的TP共享，雙機(jī)的雙網(wǎng)卡冗余備份時(shí)子應(yīng)用程序而言，體現(xiàn)為同一時(shí)刻只有一臺遠(yuǎn)動機(jī)的一個(gè)網(wǎng)卡在網(wǎng)結(jié)上有效。在發(fā)生故障需要切換時(shí)，首先需要?jiǎng)h除原先的網(wǎng)卡，然后使用兩一個(gè)地址來初始化另一臺遠(yuǎn)動機(jī)的相關(guān)網(wǎng)卡。在Vxworks換作系統(tǒng)下，具體使用的函數(shù)有：刪除網(wǎng)卡ipDetach、添加網(wǎng)卡：pActach、設(shè)置網(wǎng)卡IP地址ifAddrSet、設(shè)置網(wǎng)卡子網(wǎng)掩碼地址ifMaskSet等。
利用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的相關(guān)接口，我們可以對網(wǎng)卡的寄存器避行訪問。其中有一種寄存器，稱作網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)寄存器，該寄存器中保存的是網(wǎng)絡(luò)的跡接狀態(tài)。如果正常工作，則信號置1，否則置0。該功能生效的前提是，網(wǎng)絡(luò)口和網(wǎng)絡(luò)芯片檢測管腳之間的硬件電氣連線必須設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)工作過程中，應(yīng)用程序通過定時(shí)查詢網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)寄存器，判斷是否需要進(jìn)行雙機(jī)網(wǎng)絡(luò)的切換.
同常通過遠(yuǎn)動機(jī)其他的通信口，在遠(yuǎn)動雙機(jī)間進(jìn)行通信，采用主備模式，控制遠(yuǎn)動104通道的網(wǎng)卡進(jìn)行IP切換。當(dāng)遠(yuǎn)動機(jī)為主機(jī)時(shí)網(wǎng)卡及EP有效，為簽機(jī)時(shí)網(wǎng)卡及IP失效，當(dāng)遠(yuǎn)動主機(jī)運(yùn)行異?；蚓W(wǎng)絡(luò)電氣連接中斷后，應(yīng)用程序會將本機(jī)自動切換為備機(jī)，可同時(shí)將本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)緩知對側(cè)。通過雙機(jī)間通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動機(jī)和遠(yuǎn)動通道狀態(tài)的監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)通訊正常一方自身或網(wǎng)絡(luò)異常后，可以自動使能另一方處于無效狀態(tài)的遠(yuǎn)動104通道網(wǎng)絡(luò)，做到智能切換.在應(yīng)用程序中，利用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是供的換口，通過對網(wǎng)卡的動態(tài)添加刪減，實(shí)現(xiàn)了雙網(wǎng)卡IP共享和物理地址的冗余備份。
杭州領(lǐng)祺通訊管理機(jī)，可以快速配置103點(diǎn)表104點(diǎn)表，支持旁路偵聽模式，支持IP分時(shí)重用模式，助力老舊網(wǎng)站數(shù)字化升級和智能化改造，助力縣級新能源數(shù)據(jù)大平臺的數(shù)據(jù)匯集集中和統(tǒng)一群調(diào)群控，挖掘原有分布式場站內(nèi)逆變器調(diào)節(jié)的潛力。
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