智能变电站过程层组网方案研究

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1、智能变电站过程层组网方案研究摘要：对智能变电站过程层网络业务及数据流量分析，特别对智能变电站采样数据SMV数据流量进行了分析统计，分析了过程层组网结构环形网络和星型网络结构的优缺点。提出了采用双星形网络冗余结构，在保证网络实时性的同时提高网络冗余性。中国8/vie　　关键词：过程层网络；SMV；双星型网络　　中图分类号：TM63文献标识码：A：1007-9416（2017）02-0081-02　　1概述　　随着智能变电站网络通信技术的发展，智能变电站中数据传输在容量及实时性方面都有更高的需求，为了提高设备集成度、简化网络和节约建设成本GOOSE、采

2、样值、对时信号共网传输方案是可行且必须的。通过分析智能变电站过程层网络业务流量及业务数据实时性需求，针对其大数据量、高实时性要求，提出适合于智能变电站网络组网方案。　　2智能变电站过程层网络业务流量分析　　流入交换机的数据决定了智能变电站过程层交换机数据吞吐总量，数据流量的大小决定了网络（延时）性能，理论上流入数据都可以正确流出。网交换机上流入的数据主要包括单间隔或跨间隔保护需要的数据，如失灵保护、母线保护等需要的数据和电能质量终端及计量终端需要的计量数据，另外根据《新一代智能变电站关键技术及设备技术方案》，还有一些设备状态检测数据。　　根据IEC

3、61850业务数据分类，过程层网络传输的业务数据主要有3类，PTP1588/SNTP/NTP对时报文、面向对象的变电站事件报文（GOOSE）、采样值报文（SMV）。　　（1）依据IEC61850-9-2标准，智能变电站过程层网络进行采样报文SMV传输。该标准是采样数据组网的唯一报文格式。采样值报文通过网络传输实现了智能变电站采样数据的数据共享。利用过程层网络获得采样值，通常再通过组播、VLAN等技术手段减少采样值传输流量对过程层网络通信性能的影响。　　（2）面向对象的变电站事件报文（GOOSE）以发布者/订阅者的模式在通信协议栈的数据链路层通信，依

4、据IEC61850-8-1标准，GOOSE报文传输采用超时重传机制，突发GOOSE变位时产生瞬时GOOSE传输报文，平时无故障时数据流量较小，对采样值SMV的传输效率影响不大。　　（3）PTP1588/SNTP/NTP对时报文、状态监测数据、网络设备管理等信息流量很小，所以无需独自物理组网，网络简单且便于运行维护。　　3采样值业务数据分析　　智能变电站采样值报文大部分在间隔内传输，不同间隔间需要传输少量GOOSE报文，如果将全站过程层交换机经过主干交换机进行星型模式级联。如果不对间隔层交换机流出数据进行流量控制，主干网交换机很容易流入流量超负荷的情

5、况。下文分别对单个间隔的交换机和多个间隔的级联主干交换机的SMV数据流量进行理论计算和实际测试。　　3.1单间隔采样值业务流量分析　　基于IEC61850-9-2工程中实际报文长度（SVLD为变长量），依据采样值报文格式如下图1所示及变电站实际业务需求单间隔SMV最大计算流量为：　　变电站内一个间隔考虑3级母线级联电压3相电压，总共9个电压通道，另3相保护电流，总共12个通道，为保证保护数据的可靠性，一般都采用AD采样。即12*2=24个通道，另外有三相测量电流及零序电流和间歇零序电流。总共29个通道。而电能质量等计量类装置只需要电压和电流，不可能

6、超过29个通道，按照最大29个通道计算。如果每帧采样值报文传输一组采样值计算，那么采样值报文的长度为302个字节。一个合并器每秒种的数据流量：　　采样频率为每周波80个点：　　Q=302字节×8bit/字节×50周波/s×80点/周波=12.08Mbit/s；　　采样频率为每周波256个点：　　Q=302字节×8bit/字节×50周波/s×256点/周波=30.9Mbit/s；　　单个间隔SMV报文典型数据流量为：　　按照每帧1组采样值12个模拟量通道计算，一个合并器每秒种的数据流量：　　采样频率为每周波80个点：　　Q=159字节×8bit/字节

7、×50周波/s×80点/周波=5.088Mbit/s；　　采样频率为每周波256个点：　　S=159字节×8bit/字节×50周波/s×256点/周波=16.2816Mbit/s。　　3.2跨�g隔采样值业务流量分析　　根据保护业务需求，一些保护功能的实现只需要单个间隔的采样值数据，而有些保护功能的实现则需要跨间隔的采样值数据，就必须统计过程层主干网交换机流量，目前保护功能需要的多间隔采样数据的最大个数为24个，例如母线差动保护。　　国家电网2011年发布的《电能质量监测系统技术规范》中规定，电能质量监测系统宜进行主干电网电能质量监测、配电网电能质

8、量监测和特殊需求电能质量监测。根据不同监测要求，监测点的位置宜选择在：重要的供电母线及线路；向敏感和污染源用户供电母线及线