基于iec 61850标准智能变电站过程层网络性能探究

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1、基于IEC61850标准智能变电站过程层网络性能探究　　摘要：近年来电子式电压互感器、电子式电流互感器和智能型断路器等设备在智能变电站中的应用日益增多，这使得工业以太网交换机逐步取代了传统电缆。相较于传统电缆，工业以太网交换机应用于智能变电站过程层，能够极大地提高通信的实时性和可靠性。在对智能变电站自动化系统进行阐述的基础上，深入探讨了IEC61850标准对智能变电站自动化系统报文的要求，以及工业以太网交换机在智能变电站中的应用。关键词：IEC61850标准；智能变电站；自动化系统；过程层；工业以太网交换机基于以太网通信技术的智能变电站自动化系统，实现了一二次设备间信息的沟通与共

2、享，同时智能变电站自动化系统的多种功能反过来又向以太网通信技术的实时性提出了更高的要求。相较于传统变电站，智能变电站中采用光纤网络来进行信息的传递，使得工业以太网交换机逐渐替代了传统电缆而成为智能变电站通信网络的关键设备。由于智能变电站自动化系统自身结构和功能的特殊性，使得工业以太网交换机有着很高的要求和标准，因此探究基于IEC861850标准的智能变电站过程层网络性能和工业以太网交换机的性能有着十分重要的现实意义。一、智能变电站自动化系统的逻辑结构随着电子式电流电压互感器、智能化开关和变电站运行操作培训仿真等设备的不断完善和应用，基于新的物理测量原理的新型控制器和传感器使变电站

3、一次设备的功能得到新的延伸和扩展，极大提高了测量结果的准确性和可靠性，[1]并且使智能变电站自动化系统的开发和应用成为可能。基于IEC61850标准的智能变电站自动化系统的逻辑机构分为变电站层、间隔层和过程层，各层的内外通信都使用光纤网络，见图1。二、基于IEC61850标准的智能变电站过程层通信服务的分析1.基于IEC61850标准的智能变电站通信报文类型和性能级IEC61850标准对智能变电站过程层所涉及的通信服务有着详细的划分，通信报文的类型和性能级的规定如下所示：[2]第一类是快速报文，主要包括命令、数据和单一报文的简单二进制代码。快速报文又包含两种类型：（1）跳闸。作为

4、最重要的通信报文，跳闸有着比其他快速报文更高的要求，其中性能级P1的总传输时间要在10ms以内，性能级P2/3的总传输时间要在3ms以内。8（2）其他。其他是指除跳闸以外的所有快速报文，其要求低于跳闸，其中性能级P1的总传输时间要在100ms以内，性能级P2/3的总传输时间要在20ms以内。第二类是中速报文，其强调传输中事件发生的事件，但却并不关注具体的传输时间。中速报文主要包括智能变电站各种状态信息，要求总传输时间要在100ms以内。第三类是低速报文，主要用于低速自动控制功能、系统数据描述和事件记录传输等。低速报文含有比较复杂的报文，要求总传输时间要在500ms以内。第四类是生

5、数据报文，主要包括每个智能电子设备输出的连续同步数据流，其中交叉着其他智能电子设备的输出数据。第五类是时间同步报文，主要用于对智能变电站自动化系统中智能电子设备的内部时钟进行同步，同步时需要根据智能电子设备的具体用途来采取不同级的时间同步。第六类是文件传输报文，主要用于信息目的和大型记录数据文件等的传输，在传输时要将数据分为有限长度的块，总传输时间没有具体的规定的限制。第七类是访问控制命令报文，主要用于各种控制命令的传输，因此对信息传输的安全性要求较高。2.基于IEC61850标准的智能变电站过程层网络的传输延时8（1）报文传输流程的分析。基于IEC61850的智能变电站自动化系

6、统中报文的传输，开始于报文发送方将数据信息置于其传输栈顶，结束于报文接收方将传输的数据信息从传输栈中取出，图2为报文传输的具体流程。（2）报文传输延时的构成。使用工业以太网交换机时，智能变电站过程层中报文的传输实质是由发送节点的某功能将报文发送出去，然后通过网络最终到达接收节点的某功能，在这个过程中将会产生传输延时。具体来说，报文的传输延时主要包含以下4个部分：第一个部分是交换机存储转发延时Tsf，单台工业以太网交换机的存储转发延时=帧长/传输速率；第二个部分是交换机交换延时Tsw，其取决于工业以太网交换机芯片处理MAC地址表和优先级等功能的速度，一般小于10?s；第三个部分是光

7、缆传输延时Twl，光缆传输延时=光缆长度/光缆光速；第四个部分是交换机帧排队延时Tq，由于在帧冲突时，工业以太网交换机都采用排队方式来对信息进行顺序传输，因此导致交换成功率和交换延时是不确定的。8在以上4种传输延时中，交换机交换延时、交换机存储转发延时和光缆传输延时都是可以进行预知和计算的，而交换机帧排队延时则是难以计算的。目前在研究如何解决报文传输延时的问题时，国内外众多学者和工业以太网交换机厂商都是从以上4个方面来进行考虑，而基础就是如何测量报文经过工业以太网交换机时的不确定