论文部分内容阅读
【摘 要】智能变电站是坚强智能电网的重要组成部分，智能变电站的实现建立在智能设备信息的数字化采集、网络化通信和标准化共享等功能基础上。目前主要依靠商用的网络测试仪来施加网络负载，而这种网络负载的数据内容和流量特点都与实际智能变电站的相应特点有一定的差别。文章讨论了智能变电站过程层网络性能测试的分析。
【关键词】智能变电站;层网络性能;测试分析
在针对智能变电站的研究中，要积极展开过程层的研究与分析，要将过程层的网络性能测试技术作为主要的技术要点进行研究，把握过程层网络性能测试技术的要点，保证过程层的网络性能测试技术能够发挥积极作用。因此，我们有必要对智能变电站过程层的概念及组成进行分析，明确智能变电站过程层的组成要求，对过程层网络性能测试技术进行积极的试验和测试，保证该技术能够发挥积极的作用，提高智能变电站过程层网络性能测试技术研究的最终效果。
一、智能变电站过程层网络性能测试内容首先分别进行单装置测试和规约一致性测试，在基本功能和性能满足相关标准的基础上，再进行智能变电站系统级的整体测试，重点进行智能变电站网络中各个设备之间的相互配合和相互影响测试，以及智能变电站网络的性能和可靠性测试。在对智能变电站过程层网络进行测试时，需要对典型智能变电站的网络流量包括正常流量和最大流量（如在变电站雪崩试验情况下产生的流量）进行理论分析，并根据网络流量，进行网络传输延时分析、业务限速及广播抑制应用分析、母差保护动作延时分析、变电站雪崩时交换机数据转发分析等。在网络研发、建设或管理过程中，OSI参考模型为认识、分析和解决计算机网络问题提供了很好的思维方法与指导，网络测试也不例外，也应该强调从网络的体系结构出发，按照网络分层的思想，参照OSI及TCP/IP分层模型，自下而上地进行。由于底层的基础性作用，网络测试应首先从物理层开始。并且根据软件测试的思想，先正常测试，后异常测试。
二、智能变电站过程层概念及组成分析
对于智能变电站而言，过程层是其重要组成部分，也是智能变电站与传统变电站的重要区别，所以我们要对智能变电站过程层的概念有准确的了解。就智能变电站来说，主要采用了分层网络系统、分布网络系统、开放式网络系统实现系统连接，其中过程层是最底层的系统，属于一次设备和二次设备相结合的层面，其任务主要是对设备的状态进行监测，并执行系统的操作和控制命令，同时对运行的电气量进行采集，并完成系统基本状态变量的输入和输出，保证信号数字化。智能变电站的过程层组成主要包含以下几个部分：变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。智能变电站与传统变电站的区别主要在于一次设备和二次设备的选择上。智能变电站主要采用电子式互感器，传统变电站采用的是电磁互感器。智能变电站采用了智能开关，传统变电站采用了传统开关。此外，最突出的特征是智能变电站可以实现多个智能电子设备信息传输，所采用的传输协议主要是GOOSE和采样值机制。
三、智能变电站过程层的基本组成要求
1.采样值传输技术的基本要求
在智能变电站的过程层与间隔层之间要想实现信息通信，就需要借助采样值传输技术，而智能变电站的过程层与间隔层的信息传递过程中数据流往往很大，需要使用电子式互感器进行保护，所以采样值传输技术对实时性有特殊要求。采样值传输是变电站自动化系统过程层与间隔层通信的重要内容，智能变电站过程层上最大的数据流出现在电子式互感器和保护、测控之间的采样值传输过程中。采样值报文（以及跳闸报文）的传输有很高的实时性要求，即使在极端情况下也要确保报文响应时间是可确定性的。根据IEC61850-9-2标准定义，采样值传输以光纤方式接入过程层网络，间隔层保护、测控、计量等设备不与合并单元直接相连，而是通过过程层交换机获取采样值信号，以实现信息共享。
2.GOOSE实时传输技术基本要求
GOOSE是一种面向通用对象的变电站事件，其基于发布/订阅机制，能快速和可靠地交换数据集中的通用变电站事件数据值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC8802-3帧之间的映射。智能变电站中GOOSE服务主要用于智能一次设备、智能单元等与间隔层保护测控装置之间的信息传输，包括传输跳合闸信号或命令，GOOSE报文数据量不大但具有突发性。由于在过程层中GOOSE应用于保护跳闸等重要报文，必须在规定时间内传送到目的地，因此对其实时性要求远高于一般的面向非嵌入式系统，对报文传输的时间延迟在4ms以内。
3.合并单元与智能终端技术的基本要求
在智能变电站过程层的合并单元中，主要对工作地点有具体要求，要求必须是无爆炸危险，并且远离干扰源、同时要在室内，并具有防静电功能。智能终端技术主要是与GOOSE技术对接的系统，因此要求能够与GOOSE技术实现同步传输。首先，合并单元正常情况下的对时精度应为±1μs，守时精度范围为±4μs。其次当外部同步信号失去时，合并单元应该利用内部时钟进行守时。当守时精度满足同步要求时，采样值报文中的同步标识位“SmpSynch”应为TRUE。当守时精度不满足同步要求时，采样值报文中的同步标识位“Smp―Synch”应为FALSE。
四、智能变电站过程层的三网合一方案分析
在智能变电站过程层的三网合一方案中，主要采用了IEC61850-9-2采样信息、GOOSE信息、IEEE1588对时信息共网传输。间隔层与过程层合并单元遵循IEC61850-9-2標准，与过程层智能终端采用GOOSE通信协议。过程层网络按间隔配置独立的间隔交换机，各间隔通过主干网交换机组成过程层网络实现信息共享。
本方案的优点是实现了GOOSE、采样值传输、IEEE1588三网合一，最大程度地实现了信息共享，网络结构清晰，节省了大量的光缆，便于设计、维护，是代表未来技术发展的一种方案;但由于网络技术的要求比较高，技术难度大，且欠缺有效的冗余手段，其可靠性受到一定的质疑和担忧。因此，基于IEC62439标准的PRP冗余技术得到广泛的关注。
五、智能变电站过程层网络性能测试技术研究
为了有效保证智能变电站过程层的正常工作，我们需要对过程层的网络性能进行测试。针对三网合一的智能变电站过程层，我们需要利用采样值传输、GOOSE技术及IEEE1588技术对三网合一的可靠性和传输效率进行测试。目前主要的方式是通过试验测试GMRP组播协议稳定性、IEEE1588性能检查、大背景流量下网络试验、时钟切换试验、智能终端动作固有延时测量和同步报文的拷机能力。通过这些试验，得出智能变电站过程层的网络性能的结论。
结束语
在智能变电站过程层的网络性能测试中，我们选用了试验测试GMRP组播协议稳定性、IEEE1588性能检查、大背景流量下网络试验、时钟切换试验、智能终端动作固有延时测量和同步报文的拷机能力的方法，并取得了积极效果。所以，我们要利用这一有效的试验方法，实现对智能变电站过程层网络性能的测试。
参考文献：
[1] 易永辉.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制，2010.
[2] 赵应兵.电子式互感器合并单元的研制[J].电力系统保护与控制，2010.
（作者单位：国网山西省电力公司检修公司）
【关键词】智能变电站;层网络性能;测试分析
在针对智能变电站的研究中，要积极展开过程层的研究与分析，要将过程层的网络性能测试技术作为主要的技术要点进行研究，把握过程层网络性能测试技术的要点，保证过程层的网络性能测试技术能够发挥积极作用。因此，我们有必要对智能变电站过程层的概念及组成进行分析，明确智能变电站过程层的组成要求，对过程层网络性能测试技术进行积极的试验和测试，保证该技术能够发挥积极的作用，提高智能变电站过程层网络性能测试技术研究的最终效果。
一、智能变电站过程层网络性能测试内容首先分别进行单装置测试和规约一致性测试，在基本功能和性能满足相关标准的基础上，再进行智能变电站系统级的整体测试，重点进行智能变电站网络中各个设备之间的相互配合和相互影响测试，以及智能变电站网络的性能和可靠性测试。在对智能变电站过程层网络进行测试时，需要对典型智能变电站的网络流量包括正常流量和最大流量（如在变电站雪崩试验情况下产生的流量）进行理论分析，并根据网络流量，进行网络传输延时分析、业务限速及广播抑制应用分析、母差保护动作延时分析、变电站雪崩时交换机数据转发分析等。在网络研发、建设或管理过程中，OSI参考模型为认识、分析和解决计算机网络问题提供了很好的思维方法与指导，网络测试也不例外，也应该强调从网络的体系结构出发，按照网络分层的思想，参照OSI及TCP/IP分层模型，自下而上地进行。由于底层的基础性作用，网络测试应首先从物理层开始。并且根据软件测试的思想，先正常测试，后异常测试。
二、智能变电站过程层概念及组成分析
对于智能变电站而言，过程层是其重要组成部分，也是智能变电站与传统变电站的重要区别，所以我们要对智能变电站过程层的概念有准确的了解。就智能变电站来说，主要采用了分层网络系统、分布网络系统、开放式网络系统实现系统连接，其中过程层是最底层的系统，属于一次设备和二次设备相结合的层面，其任务主要是对设备的状态进行监测，并执行系统的操作和控制命令，同时对运行的电气量进行采集，并完成系统基本状态变量的输入和输出，保证信号数字化。智能变电站的过程层组成主要包含以下几个部分：变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。智能变电站与传统变电站的区别主要在于一次设备和二次设备的选择上。智能变电站主要采用电子式互感器，传统变电站采用的是电磁互感器。智能变电站采用了智能开关，传统变电站采用了传统开关。此外，最突出的特征是智能变电站可以实现多个智能电子设备信息传输，所采用的传输协议主要是GOOSE和采样值机制。
三、智能变电站过程层的基本组成要求
1.采样值传输技术的基本要求
在智能变电站的过程层与间隔层之间要想实现信息通信，就需要借助采样值传输技术，而智能变电站的过程层与间隔层的信息传递过程中数据流往往很大，需要使用电子式互感器进行保护，所以采样值传输技术对实时性有特殊要求。采样值传输是变电站自动化系统过程层与间隔层通信的重要内容，智能变电站过程层上最大的数据流出现在电子式互感器和保护、测控之间的采样值传输过程中。采样值报文（以及跳闸报文）的传输有很高的实时性要求，即使在极端情况下也要确保报文响应时间是可确定性的。根据IEC61850-9-2标准定义，采样值传输以光纤方式接入过程层网络，间隔层保护、测控、计量等设备不与合并单元直接相连，而是通过过程层交换机获取采样值信号，以实现信息共享。
2.GOOSE实时传输技术基本要求
GOOSE是一种面向通用对象的变电站事件，其基于发布/订阅机制，能快速和可靠地交换数据集中的通用变电站事件数据值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC8802-3帧之间的映射。智能变电站中GOOSE服务主要用于智能一次设备、智能单元等与间隔层保护测控装置之间的信息传输，包括传输跳合闸信号或命令，GOOSE报文数据量不大但具有突发性。由于在过程层中GOOSE应用于保护跳闸等重要报文，必须在规定时间内传送到目的地，因此对其实时性要求远高于一般的面向非嵌入式系统，对报文传输的时间延迟在4ms以内。
3.合并单元与智能终端技术的基本要求
在智能变电站过程层的合并单元中，主要对工作地点有具体要求，要求必须是无爆炸危险，并且远离干扰源、同时要在室内，并具有防静电功能。智能终端技术主要是与GOOSE技术对接的系统，因此要求能够与GOOSE技术实现同步传输。首先，合并单元正常情况下的对时精度应为±1μs，守时精度范围为±4μs。其次当外部同步信号失去时，合并单元应该利用内部时钟进行守时。当守时精度满足同步要求时，采样值报文中的同步标识位“SmpSynch”应为TRUE。当守时精度不满足同步要求时，采样值报文中的同步标识位“Smp―Synch”应为FALSE。
四、智能变电站过程层的三网合一方案分析
在智能变电站过程层的三网合一方案中，主要采用了IEC61850-9-2采样信息、GOOSE信息、IEEE1588对时信息共网传输。间隔层与过程层合并单元遵循IEC61850-9-2標准，与过程层智能终端采用GOOSE通信协议。过程层网络按间隔配置独立的间隔交换机，各间隔通过主干网交换机组成过程层网络实现信息共享。
本方案的优点是实现了GOOSE、采样值传输、IEEE1588三网合一，最大程度地实现了信息共享，网络结构清晰，节省了大量的光缆，便于设计、维护，是代表未来技术发展的一种方案;但由于网络技术的要求比较高，技术难度大，且欠缺有效的冗余手段，其可靠性受到一定的质疑和担忧。因此，基于IEC62439标准的PRP冗余技术得到广泛的关注。
五、智能变电站过程层网络性能测试技术研究
为了有效保证智能变电站过程层的正常工作，我们需要对过程层的网络性能进行测试。针对三网合一的智能变电站过程层，我们需要利用采样值传输、GOOSE技术及IEEE1588技术对三网合一的可靠性和传输效率进行测试。目前主要的方式是通过试验测试GMRP组播协议稳定性、IEEE1588性能检查、大背景流量下网络试验、时钟切换试验、智能终端动作固有延时测量和同步报文的拷机能力。通过这些试验，得出智能变电站过程层的网络性能的结论。
结束语
在智能变电站过程层的网络性能测试中，我们选用了试验测试GMRP组播协议稳定性、IEEE1588性能检查、大背景流量下网络试验、时钟切换试验、智能终端动作固有延时测量和同步报文的拷机能力的方法，并取得了积极效果。所以，我们要利用这一有效的试验方法，实现对智能变电站过程层网络性能的测试。
参考文献：
[1] 易永辉.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制，2010.
[2] 赵应兵.电子式互感器合并单元的研制[J].电力系统保护与控制，2010.
（作者单位：国网山西省电力公司检修公司）