網絡狀態

簡單的網絡狀態工具，是一個監控TCP/IP網絡的非常有用的工具，它可以顯示路由表、實際的網絡連接以及每一個網絡接口設備的狀態信息。Netstat用於顯示與IP、TCP、UDP和ICMP協議相關的統計數據，一般用於檢驗本機各端口的網絡連接情況以及不同網絡元件間能量流動與分配的細節。

電力市場化的環境要求掌握不同運行狀態下不同網絡元件間能量流動與分配的細節。潮流跟蹤技術成為該工作的主要手段，它需要解決進出某一節點的功率分配問題和不同功率流過某一線路的損耗分攤問題，它們是解決原問題的關鍵。其中，前一問題由比例共享原則得到解決，該原則在網絡原有節點處使用時是正確合理的，但在將有損線路變成無損線路而產生的虛擬節點處使用時，產生了偏差，因為虛擬節點的構造過程本身就存在不嚴格遵守電力網絡的基爾霍夫電流和電壓定律的缺陷。對後一問題，主要的解決方法有：按電流幅值平方比和電流幅值比分攤網損，並有針對有功和無功分量分別或聯合進行的具體做法。其中，文獻 ^[1]  將各用户功率單獨和同時流過有損元件而產生的損耗區別處理: 前者按電流幅值平方比分攤，後者按電流幅值比分攤。該做法有新意，但分攤的公正合理性和準確性仍需加強。除此以外，文獻 ^[2]  等更多地是通過數學工具分析網損分攤問題。儘管數學分析本身可以做到比較嚴密，但對數學分析過程遵守電力網絡基本定律的程度還普遍缺乏嚴格的論證，其正確性和合理性有待進一步研究。

損耗分攤的結果應是網絡狀態的函數。當網絡狀態改變後，損耗分攤的結果也應隨之改變。通常，實際應用往往是先給定某一網絡狀態，然後在保持該網絡狀態不變的前提下求損耗分攤的結果；當實際的網絡狀態改變後，可以類似地在使改變後的網絡狀態保持一定的前提下求得新的損耗分攤結果。因此，對圖1中(a) 所示情形，需要分析的問題應歸結為：在維持網絡狀態不變的前提下(即在該網絡狀態條件下)，如何將電氣路徑Z上的損耗分攤給受端 n 個用户或負荷。

首先通過網絡狀態嚴格等值的途徑來分析電氣路徑的獨立解耦問題。該問題是解決損耗分攤問題的關鍵。對應到圖1中(a)情形，若公用電氣路徑Z能被等值解耦成 n 個獨立的子路徑，則問題也就迎刃而解了。

無論是將線路復功率損耗分攤給受端用户，還是分攤給送端用户，其分配原則是一致的，即只需按照各用户的復功率比或覆電流的共軛比對總的線路復功率損耗進行分攤。

在建立網損分攤原則的過程中，有必要對相關的注意事項加以研究，從而確保原則的公正、合理。這些注意事項既可以用來指導原則的建立，也可以用來判別或檢驗所提原則的嚴密性。一般應對如下一些事項加以注意。

（1）網損分攤過程應嚴格保證系統運行狀態不變

網損的分攤是在某一特定運行狀態下進行的。若系統運行狀態發生改變，則分攤的結果也應隨之改變；若狀態不變，則分攤的結果就應確定不變。即網損分攤的結果是系統運行狀態的單值函數。因此，網損分攤過程應注意嚴格遵守系統的運行狀態，不能因為方法的原因而對系統的運行狀態造成人為的改變或破壞。若不能做到這一點，則求出的網損分攤結果只能對應於人為改變或破壞後的系統運行狀態(它偏離了原始運行狀態)，其結果不能保證充分正確。既然正確性都不能得到保證，那麼公正合理性也就缺少了基礎。

（2）網損分攤過程應嚴格遵守電路理論的基爾霍夫電流定律和電壓定律

實際的電力網絡是滿足基爾霍夫電流定律和電壓定律的。在網損分攤過程中，因方法等原因而新產生的電流和電壓等物理量也應注意嚴格遵守這2個定律，這是電路理論最基本的要求。

（3）不同用户所分攤的網損在表達形式上應明顯可分解

不同用户的功率流過同一線路後造成的損耗總量是一個綜合作用的結果。要想將這一綜合作用的損耗總量毫無疑義地或爭議較少地分攤給各用户，就必須注意至少使不同用户所分攤的網損在表達形式上明顯可分解。

（4）不同用户的公用電氣路徑的獨立分解應在網絡嚴格等值的條件下進行

不同用户的公用電氣路徑若能分解成相互獨立的電氣子路徑，則各自承擔的損耗份額就會一目瞭然。但在做電氣路徑的獨立分解時，應注意嚴格遵循網絡等值原理，即在不破壞外部網絡端口條件的同時，各獨立的子路徑應嚴格與原路徑等效。研究建立網絡損耗分攤原則的過程是密切注意到上述各點的基本要求的，因此，所提出的分攤原則的公正合理性得到了理論保證。 ^[3] 

以全站信息數字化、通信平台網絡化和信息共享標準化為基本特徵的智能變電站得到了迅猛發展。通信網絡是智能變電站的重要組成部分，承擔着實時和可靠傳輸採樣值、斷路器分合狀態，甚至是跳閘命令、時鐘同步信號等關鍵信息的重任。實現通信網絡在線狀態監測，對於保障智能變電站和電網的安全運行具有重要意義。

網絡報文記錄分析裝置在智能變電站通信網絡狀態監測方面發揮了重要作用，其主要功能是記錄通信網絡上傳輸的各種報文，檢測報文編碼的正確性、時序的合理性及數據的合法性等。然而，通信網絡中的各種設備（如交換機、保護裝置等）都含有表徵通信網絡運行狀態的參數，如果能直接對這些參數進行在線監測和分析，就可以更準確地掌握通信網絡的運行狀態，更好地實現網絡狀態監測、告警、故障診斷及故障定位等功能。

建立統一信息模型對各種表徵網絡運行狀態的參數進行規範化表達，是實現通信網絡狀態監測的前提。但是IEC61850標準中主要提供了保護、測控等二次設備的信息模型，未建立通信網絡的狀態監測信息模型。儘管該標準的第2版中提出了少量與通信網絡相關的邏輯節點模型，如通信信道監視（LCCH）、 通信服務跟蹤（LTRK）、 主時鐘監視（LTMS）等，但上述模型還較為簡單，難以滿足通信網絡狀態監測的應用需求。文獻提出將交換機作為獨立的二次設備來進行監測和管理，並建立了基於IEC61850的交換機狀態監測信息模型，但未能涉及保 護、測控等裝置通信狀態的信息模型。此外，現有的通信網絡配置描述方法還難以滿足通信網絡狀態監測的需求。變電站配置描述語言（SCL）主要描述了變電站一次拓撲和二次設備，但對通信網絡的描述則較為簡單，僅描述了二次設備間的邏輯連接關係和網絡地址，缺少對網絡拓撲和通信網絡狀態監測信息模型的詳細描述。

圖2所示為智能變電站通信網絡示意圖，該網絡主要由交換機、各種智能電子設備（IED）及通信鏈路等組成，圖2中PRP表示並行冗餘協議。

僅對交換機的運行狀態進行監測還難以全面掌握整個通信網絡的運行狀態。隨着PRP、高可用無縫環協議（HSR）以及IEEE1588精確時鐘協議等在智能變電站中的應用，普通IED中也含有一些可以表徵網絡運行狀態的參數。例如：智能變電站通信網絡可通過冗餘配置來滿足高可靠性及零故障恢復時間的要求。如圖2所示，IED通過2個端口分別接入PRP網絡的A網和B網，實現數據的“ 雙發雙收”。此時，IED能否正確發送或接收數據報文取決於IED中PRP協議的運行狀態（即針對冗餘報文的處理）。如果能直接對IED的通信運行狀態進行監視， 則可以更方便地實現網絡故障告警、診斷及定位等功能。此外，在IEEE1588時鐘同步體系中，IED一般作為從時鐘，可以監測到從時鐘端口狀態、時鐘同步報文傳輸延遲、主從時鐘偏差以及主時鐘性能等信息。因此，對普通IED的通信狀態進行監測也很有必要。

智能變電站通信網絡中交換機的主要功能包括數據交換（透明網橋）、服務質量、虛擬局域網、快速生成樹、端口鏡像、多播過濾、廣播風暴抑制和時鐘同步等。文獻已建立了較為完善的交換機狀態監測信息模型，研究通過映射MIB對現有模型進行補充。

以基於PRP網絡的IED為 例，説明應用功能分解/信息提取的方法建立普通IED狀態監測信息的過程。圖3所示為 PRP網絡的狀態信息圖。PRP網絡可監測的狀態信息包括2類：一類是PRP節點自身的運行狀態及統計信息；另一類是PRP節點所監測的網絡其他節點信息。各種具體的狀態信息如表1所示。PRP節點自身的運行狀態可用邏輯節點類NPRP來表示，而被監測的節點可用邏輯節點類NNOD來表示，每一個被監測的實際節點均為該邏輯節點類的一個實例。表1中的只讀和可控信息應分別採用 IEC61850標準中的整數狀態（INS）和整數可控狀態（ING）公共數據類。此外，文獻中定義了PRP網絡和HSR網絡的MIB，通過映射MIB也可以補充相關的數據對象，如製造商、軟件版本、運行模式等。 ^[4]