變電站以太網的網絡性能分析與測量

楊顯睿

(云南電網公司昆明供電局,昆明 650011)

變電站以太網的網絡性能分析與測量

楊顯睿

(云南電網公司昆明供電局,昆明 650011)

闡述了綜合自動化變電站和數字化變電站的網絡結構,然后根據變電站相關規范對變電站網絡性能指標作出分析,最后結合專業網絡測試儀的現場測試數據對網絡性能指標做出測量與評估。

變電站；以太網；網絡性能；性能測量

1 前言

數字化變電站的建設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字化過程中,通信平臺的網絡化程度越來越高,根據變電站相關規范對信息傳輸性能的要求,對網絡性能指標作出分析。并結合某變電站站控層以太網的現場測試數據對其網絡性能進行評估。

2 變電站網絡

綜合自動化變電站網絡結構如圖1所示,站內設備按自動化系統功能分為站控層、間隔層,站控層設備與間隔層設備由雙重冗余配置的以太網進行通信。以太網主要承擔著監控/調度和間隔層設備之間的四遙量數據傳輸。

圖1 綜合自動化變電站網絡結構

數字化變電站是由數字化的一次設備和網絡化的二次設備分層構建,模擬量輸入回路和開關量輸入輸出回路都被過程層網絡取代,網絡結構如圖2所示。站內設備按照變電站自動化系統功能分為站控層、間隔層和過程層,由過程層網絡和站控層網絡進行通信連接。根據相關技術規范, 110 kV及以上電壓等級的站控層MMS(Manufacturing Message Specification制造報文規范)網絡、過程層SV(Sampled Value采樣值)網絡、過程層 GOOSE(Generic Object Oriented Substation E-vent面向通用對象的變電站事件)網絡之間完全獨立,均采用相互獨立的雙重化冗余配置。繼電保護之間的聯閉鎖信息、失靈啟動等信息都采用GOOSE網絡傳輸方式。在未來網絡性能允許的情況下,過程層GOOSE網絡、SV網絡和對時網絡可能共網傳輸。

3 網絡性能指標的分析

變電站網絡的合格與否直接關系到變電站的安全穩定運行,這就需要我們引入一些網絡性能指標來對變電站網絡進行評價。

3.1 延時和抖動

延時用于描述網絡的響應時間。數字化變電站相關規范中規定,保護GOOSE信息響應時間≤4ms。這個信息響應時間主要分為兩個部分：裝置計算和處理 GOOSE的時間、網絡傳遞GOOSE信號的時間,后者就可以用延時測試進行測量。考慮到工業級網絡交換機的固有時延一般要求不大于10 μs,網線和光纖傳輸時延通常也在μs級,網絡延時單向測試的結果應＜1ms。

圖2 數字化變電站網絡結構

抖動則用于描述延時的變化程度,當如果網絡發生擁塞,排隊延時將影響端到端的延時,并導致通過同一連接傳輸的分組延時各不相同。所以在做延時測試的同時,應加入抖動測試,結合兩個測試的結果將使測試數據更具有參考價值。

3.2 誤碼率和丟幀率

誤碼率是衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標。網絡數據都是以數據包的形式傳送,如果在效驗中發現誤碼,整個數據包都將重發,這就導致信息響應時間增加。誤碼率過高可能會使信息響應時間頻繁超標。數字信號在傳輸過程中不可避免地會產生差錯,考慮到現場使用的超五類屏蔽雙絞線誤碼率約為10E-6～10E-8,誤碼率測試的結果不應超過這個數據。

丟幀率是描述網絡數據包的丟失率。理論上網絡在傳送數據包時不應存在丟幀,但是在傳送64 B和128 B小包數據時,由于單位時間內發送的包數量很多,傳輸設備會產生大量的硬件中斷,當中斷響應時間超過了數據發送周期,就會造成丟幀。丟幀主要影響變電站遙測數據的實時性,在變電站內,小包丟幀通常可以由軟件控制數據包的最優幀數來避免,這就要求合格的變電站網絡不應出現其他類型的丟幀現象。

3.3 吞吐量和背靠背

吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下,網絡能達到的最大速率。當保護動作時,有大量的數據沖擊網絡,如果這時吞吐量不達標,可能導致關鍵信號不能及時傳遞。在網絡最大速率滿足數據量要求的前提下,網絡的實際最大速率是否滿足要求非常重要。根據相關規定,網絡接收利用率均＞99.9%,即丟包率應＜0.1%。

背靠背測試用于反映被測設備處理突發數據的能力。在做吞吐量測試的同時,應加入背靠背測試,結合兩個測試的結果將使測試數據更具有參考價值。

4 結束語

隨著變電站的數字化建設,站內網絡性能的需求在不斷提高。投運后的變電站由網絡性能引起的通信質量缺陷是很難檢查和排除的,在變電站網絡的設計和驗收階段對網絡性能進行全面的分析與測量評估,可以排除通信隱患,提高通信質量。

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[4]馬濤,龔榮凡.網絡數據小包吞吐量測試與分析 [J].電子技術應用,2008,(11)：91.

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,云南電網公司昆明供電局,主要從事變電站自動化系統廠站端設備維護工作 (e-mail) dool3510@sina.com。