楊顯睿

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局,昆明 650011)

變電站以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能分析與測量

楊顯睿

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局,昆明 650011)

闡述了綜合自動化變電站和數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),然后根據(jù)變電站相關(guān)規(guī)范對變電站網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)作出分析,最后結(jié)合專業(yè)網(wǎng)絡(luò)測試儀的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)做出測量與評估。

變電站；以太網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)性能；性能測量

1 前言

數(shù)字化變電站的建設(shè)已從理論研究階段走向工程實踐階段,在變電站的自動化和數(shù)字化過程中,通信平臺的網(wǎng)絡(luò)化程度越來越高,根據(jù)變電站相關(guān)規(guī)范對信息傳輸性能的要求,對網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)作出分析。并結(jié)合某變電站站控層以太網(wǎng)的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對其網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評估。

2 變電站網(wǎng)絡(luò)

綜合自動化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示,站內(nèi)設(shè)備按自動化系統(tǒng)功能分為站控層、間隔層,站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備由雙重冗余配置的以太網(wǎng)進(jìn)行通信。以太網(wǎng)主要承擔(dān)著監(jiān)控/調(diào)度和間隔層設(shè)備之間的四遙量數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 綜合自動化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站是由數(shù)字化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備分層構(gòu)建,模擬量輸入回路和開關(guān)量輸入輸出回路都被過程層網(wǎng)絡(luò)取代,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。站內(nèi)設(shè)備按照變電站自動化系統(tǒng)功能分為站控層、間隔層和過程層,由過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信連接。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范, 110 kV及以上電壓等級的站控層MMS(Manufacturing Message Specification制造報文規(guī)范)網(wǎng)絡(luò)、過程層SV(Sampled Value采樣值)網(wǎng)絡(luò)、過程層 GOOSE(Generic Object Oriented Substation E-vent面向通用對象的變電站事件)網(wǎng)絡(luò)之間完全獨(dú)立,均采用相互獨(dú)立的雙重化冗余配置。繼電保護(hù)之間的聯(lián)閉鎖信息、失靈啟動等信息都采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。在未來網(wǎng)絡(luò)性能允許的情況下,過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)、SV網(wǎng)絡(luò)和對時網(wǎng)絡(luò)可能共網(wǎng)傳輸。

3 網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的分析

變電站網(wǎng)絡(luò)的合格與否直接關(guān)系到變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行,這就需要我們引入一些網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)來對變電站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評價。

3.1 延時和抖動

延時用于描述網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間。數(shù)字化變電站相關(guān)規(guī)范中規(guī)定,保護(hù)GOOSE信息響應(yīng)時間≤4ms。這個信息響應(yīng)時間主要分為兩個部分：裝置計算和處理 GOOSE的時間、網(wǎng)絡(luò)傳遞GOOSE信號的時間,后者就可以用延時測試進(jìn)行測量?？紤]到工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的固有時延一般要求不大于10 μs,網(wǎng)線和光纖傳輸時延通常也在μs級,網(wǎng)絡(luò)延時單向測試的結(jié)果應(yīng)＜1ms。

圖2 數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

抖動則用于描述延時的變化程度,當(dāng)如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞,排隊延時將影響端到端的延時,并導(dǎo)致通過同一連接傳輸?shù)姆纸M延時各不相同。所以在做延時測試的同時,應(yīng)加入抖動測試,結(jié)合兩個測試的結(jié)果將使測試數(shù)據(jù)更具有參考價值。

3.2 誤碼率和丟幀率

誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)包的形式傳送,如果在效驗中發(fā)現(xiàn)誤碼,整個數(shù)據(jù)包都將重發(fā),這就導(dǎo)致信息響應(yīng)時間增加。誤碼率過高可能會使信息響應(yīng)時間頻繁超標(biāo)。數(shù)字信號在傳輸過程中不可避免地會產(chǎn)生差錯,考慮到現(xiàn)場使用的超五類屏蔽雙絞線誤碼率約為10E-6～10E-8,誤碼率測試的結(jié)果不應(yīng)超過這個數(shù)據(jù)。

丟幀率是描述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的丟失率。理論上網(wǎng)絡(luò)在傳送數(shù)據(jù)包時不應(yīng)存在丟幀,但是在傳送64 B和128 B小包數(shù)據(jù)時,由于單位時間內(nèi)發(fā)送的包數(shù)量很多,傳輸設(shè)備會產(chǎn)生大量的硬件中斷,當(dāng)中斷響應(yīng)時間超過了數(shù)據(jù)發(fā)送周期,就會造成丟幀。丟幀主要影響變電站遙測數(shù)據(jù)的實時性,在變電站內(nèi),小包丟幀通?？梢杂绍浖刂茢?shù)據(jù)包的最優(yōu)幀數(shù)來避免,這就要求合格的變電站網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)出現(xiàn)其他類型的丟幀現(xiàn)象。

3.3 吞吐量和背靠背

吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下,網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到的最大速率。當(dāng)保護(hù)動作時,有大量的數(shù)據(jù)沖擊網(wǎng)絡(luò),如果這時吞吐量不達(dá)標(biāo),可能導(dǎo)致關(guān)鍵信號不能及時傳遞。在網(wǎng)絡(luò)最大速率滿足數(shù)據(jù)量要求的前提下,網(wǎng)絡(luò)的實際最大速率是否滿足要求非常重要。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,網(wǎng)絡(luò)接收利用率均＞99.9%,即丟包率應(yīng)＜0.1%。

背靠背測試用于反映被測設(shè)備處理突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。在做吞吐量測試的同時,應(yīng)加入背靠背測試,結(jié)合兩個測試的結(jié)果將使測試數(shù)據(jù)更具有參考價值。

4 結(jié)束語

隨著變電站的數(shù)字化建設(shè),站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能的需求在不斷提高。投運(yùn)后的變電站由網(wǎng)絡(luò)性能引起的通信質(zhì)量缺陷是很難檢查和排除的,在變電站網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和驗收階段對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行全面的分析與測量評估,可以排除通信隱患,提高通信質(zhì)量。

[1]湯漢松,孫志杰,徐大可.數(shù)字化變電站的現(xiàn)狀與未來[J].江蘇電機(jī)工程,2007(26),增刊：5.

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Analysis and measurement of Substation Ethernet Network Performance

YANG Xianrui
(Kunming Power Supply Bureau,Kunming 650011)

This paper expounds the integrated automation substation and digital substation network structure.According to the relevant specifications,analyze the limit of network performance in substation Ethernet.Evaluate network performance with field test data of a professional network analyzer.

substation；Ethernet；network performance；performance measurement

TM76

B

1006-7345(2014)02-0070-02

2014-03-26

楊顯睿 (1986),男,助理工程師,云南電網(wǎng)公司昆明供電局,主要從事變電站自動化系統(tǒng)廠站端設(shè)備維護(hù)工作 (e-mail) dool3510@sina.com。