智能變電站網絡現場測試方法

崔玉芳

【摘 ?要】智能變電站是堅強智能電網的重要組成部分，智能變電站的實現建立在智能設備信息的數字化采集、網絡化通信和標準化共享等功能基礎上。目前主要依靠商用的網絡測試儀來施加網絡負載，而這種網絡負載的數據內容和流量特點都與實際智能變電站的相應特點有一定的差別。文章討論了智能變電站過程層網絡性能測試的分析。

【關鍵詞】智能變電站;層網絡性能;測試分析

在針對智能變電站的研究中，要積極展開過程層的研究與分析，要將過程層的網絡性能測試技術作為主要的技術要點進行研究，把握過程層網絡性能測試技術的要點，保證過程層的網絡性能測試技術能夠發揮積極作用。因此，我們有必要對智能變電站過程層的概念及組成進行分析，明確智能變電站過程層的組成要求，對過程層網絡性能測試技術進行積極的試驗和測試，保證該技術能夠發揮積極的作用，提高智能變電站過程層網絡性能測試技術研究的最終效果。

一、智能變電站過程層網絡性能測試內容首先分別進行單裝置測試和規約一致性測試，在基本功能和性能滿足相關標準的基礎上，再進行智能變電站系統級的整體測試，重點進行智能變電站網絡中各個設備之間的相互配合和相互影響測試，以及智能變電站網絡的性能和可靠性測試。在對智能變電站過程層網絡進行測試時，需要對典型智能變電站的網絡流量包括正常流量和最大流量（如在變電站雪崩試驗情況下產生的流量）進行理論分析，并根據網絡流量，進行網絡傳輸延時分析、業務限速及廣播抑制應用分析、母差保護動作延時分析、變電站雪崩時交換機數據轉發分析等。在網絡研發、建設或管理過程中，OSI參考模型為認識、分析和解決計算機網絡問題提供了很好的思維方法與指導，網絡測試也不例外，也應該強調從網絡的體系結構出發，按照網絡分層的思想，參照OSI及TCP/IP分層模型，自下而上地進行。由于底層的基礎性作用，網絡測試應首先從物理層開始。并且根據軟件測試的思想，先正常測試，后異常測試。

二、智能變電站過程層概念及組成分析

對于智能變電站而言，過程層是其重要組成部分，也是智能變電站與傳統變電站的重要區別，所以我們要對智能變電站過程層的概念有準確的了解。就智能變電站來說，主要采用了分層網絡系統、分布網絡系統、開放式網絡系統實現系統連接，其中過程層是最底層的系統，屬于一次設備和二次設備相結合的層面，其任務主要是對設備的狀態進行監測，并執行系統的操作和控制命令，同時對運行的電氣量進行采集，并完成系統基本狀態變量的輸入和輸出，保證信號數字化。智能變電站的過程層組成主要包含以下幾個部分：變壓器、斷路器、隔離開關、電流/電壓互感器等一次設備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子裝置。智能變電站與傳統變電站的區別主要在于一次設備和二次設備的選擇上。智能變電站主要采用電子式互感器，傳統變電站采用的是電磁互感器。智能變電站采用了智能開關，傳統變電站采用了傳統開關。此外，最突出的特征是智能變電站可以實現多個智能電子設備信息傳輸，所采用的傳輸協議主要是GOOSE和采樣值機制。

三、智能變電站過程層的基本組成要求

1.采樣值傳輸技術的基本要求

在智能變電站的過程層與間隔層之間要想實現信息通信，就需要借助采樣值傳輸技術，而智能變電站的過程層與間隔層的信息傳遞過程中數據流往往很大，需要使用電子式互感器進行保護，所以采樣值傳輸技術對實時性有特殊要求。采樣值傳輸是變電站自動化系統過程層與間隔層通信的重要內容，智能變電站過程層上最大的數據流出現在電子式互感器和保護、測控之間的采樣值傳輸過程中。采樣值報文（以及跳閘報文）的傳輸有很高的實時性要求，即使在極端情況下也要確保報文響應時間是可確定性的。根據IEC61850-9-2標準定義，采樣值傳輸以光纖方式接入過程層網絡，間隔層保護、測控、計量等設備不與合并單元直接相連，而是通過過程層交換機獲取采樣值信號，以實現信息共享。

2.GOOSE實時傳輸技術基本要求

GOOSE是一種面向通用對象的變電站事件，其基于發布/訂閱機制，能快速和可靠地交換數據集中的通用變電站事件數據值的相關模型對象和服務，以及這些模型對象和服務到ISO/IEC8802-3幀之間的映射。智能變電站中GOOSE服務主要用于智能一次設備、智能單元等與間隔層保護測控裝置之間的信息傳輸，包括傳輸跳合閘信號或命令，GOOSE報文數據量不大但具有突發性。由于在過程層中GOOSE應用于保護跳閘等重要報文，必須在規定時間內傳送到目的地，因此對其實時性要求遠高于一般的面向非嵌入式系統，對報文傳輸的時間延遲在4ms以內。

3.合并單元與智能終端技術的基本要求

在智能變電站過程層的合并單元中，主要對工作地點有具體要求，要求必須是無爆炸危險，并且遠離干擾源、同時要在室內，并具有防靜電功能。智能終端技術主要是與GOOSE技術對接的系統，因此要求能夠與GOOSE技術實現同步傳輸。首先，合并單元正常情況下的對時精度應為±1μs，守時精度范圍為±4μs。其次當外部同步信號失去時，合并單元應該利用內部時鐘進行守時。當守時精度滿足同步要求時，采樣值報文中的同步標識位“SmpSynch”應為TRUE。當守時精度不滿足同步要求時，采樣值報文中的同步標識位“Smp―Synch”應為FALSE。

四、智能變電站過程層的三網合一方案分析

在智能變電站過程層的三網合一方案中，主要采用了IEC61850-9-2采樣信息、GOOSE信息、IEEE1588對時信息共網傳輸。間隔層與過程層合并單元遵循IEC61850-9-2標準，與過程層智能終端采用GOOSE通信協議。過程層網絡按間隔配置獨立的間隔交換機，各間隔通過主干網交換機組成過程層網絡實現信息共享。

本方案的優點是實現了GOOSE、采樣值傳輸、IEEE1588三網合一，最大程度地實現了信息共享，網絡結構清晰，節省了大量的光纜，便于設計、維護，是代表未來技術發展的一種方案;但由于網絡技術的要求比較高，技術難度大，且欠缺有效的冗余手段，其可靠性受到一定的質疑和擔憂。因此，基于IEC62439標準的PRP冗余技術得到廣泛的關注。

五、智能變電站過程層網絡性能測試技術研究

為了有效保證智能變電站過程層的正常工作，我們需要對過程層的網絡性能進行測試。針對三網合一的智能變電站過程層，我們需要利用采樣值傳輸、GOOSE技術及IEEE1588技術對三網合一的可靠性和傳輸效率進行測試。目前主要的方式是通過試驗測試GMRP組播協議穩定性、IEEE1588性能檢查、大背景流量下網絡試驗、時鐘切換試驗、智能終端動作固有延時測量和同步報文的拷機能力。通過這些試驗，得出智能變電站過程層的網絡性能的結論。

結束語

在智能變電站過程層的網絡性能測試中，我們選用了試驗測試GMRP組播協議穩定性、IEEE1588性能檢查、大背景流量下網絡試驗、時鐘切換試驗、智能終端動作固有延時測量和同步報文的拷機能力的方法，并取得了積極效果。所以，我們要利用這一有效的試驗方法，實現對智能變電站過程層網絡性能的測試。

參考文獻：

[1] 易永輝.智能變電站過程層應用技術研究[J].電力系統保護與控制，2010.

[2] 趙應兵.電子式互感器合并單元的研制[J].電力系統保護與控制，2010.

（作者單位：國網山西省電力公司檢修公司）