崔玉芳

【摘 ?要】智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能變電站的實(shí)現(xiàn)建立在智能設(shè)備信息的數(shù)字化采集、網(wǎng)絡(luò)化通信和標(biāo)準(zhǔn)化共享等功能基礎(chǔ)上。目前主要依靠商用的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀來施加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，而這種網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的數(shù)據(jù)內(nèi)容和流量特點(diǎn)都與實(shí)際智能變電站的相應(yīng)特點(diǎn)有一定的差別。文章討論了智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試的分析。

【關(guān)鍵詞】智能變電站;層網(wǎng)絡(luò)性能;測(cè)試分析

在針對(duì)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(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)作為主要的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究，把握過程層網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)的要點(diǎn)，保證過程層的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)能夠發(fā)揮積極作用。因此，我們有必要對(duì)智能變電站過程層的概念及組成進(jìn)行分析，明確智能變電站過程層的組成要求，對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)進(jìn)行積極的試驗(yàn)和測(cè)試，保證該技術(shù)能夠發(fā)揮積極的作用，提高智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)研究的最終效果。

一、智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試內(nèi)容首先分別進(jìn)行單裝置測(cè)試和規(guī)約一致性測(cè)試，在基本功能和性能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行智能變電站系統(tǒng)級(jí)的整體測(cè)試，重點(diǎn)進(jìn)行智能變電站網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備之間的相互配合和相互影響測(cè)試，以及智能變電站網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性測(cè)試。在對(duì)智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要對(duì)典型智能變電站的網(wǎng)絡(luò)流量包括正常流量和最大流量（如在變電站雪崩試驗(yàn)情況下產(chǎn)生的流量）進(jìn)行理論分析，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)分析、業(yè)務(wù)限速及廣播抑制應(yīng)用分析、母差保護(hù)動(dòng)作延時(shí)分析、變電站雪崩時(shí)交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分析等。在網(wǎng)絡(luò)研發(fā)、建設(shè)或管理過程中，OSI參考模型為認(rèn)識(shí)、分析和解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問題提供了很好的思維方法與指導(dǎo)，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試也不例外，也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)從網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，按照網(wǎng)絡(luò)分層的思想，參照OSI及TCP/IP分層模型，自下而上地進(jìn)行。由于底層的基礎(chǔ)性作用，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試應(yīng)首先從物理層開始。并且根據(jù)軟件測(cè)試的思想，先正常測(cè)試，后異常測(cè)試。

二、智能變電站過程層概念及組成分析

對(duì)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(tǒng)變電站的重要區(qū)別，所以我們要對(duì)智能變電站過程層的概念有準(zhǔn)確的了解。就智能變電站來說，主要采用了分層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、分布網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連接，其中過程層是最底層的系統(tǒng)，屬于一次設(shè)備和二次設(shè)備相結(jié)合的層面，其任務(wù)主要是對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并執(zhí)行系統(tǒng)的操作和控制命令，同時(shí)對(duì)運(yùn)行的電氣量進(jìn)行采集，并完成系統(tǒng)基本狀態(tài)變量的輸入和輸出，保證信號(hào)數(shù)字化。智能變電站的過程層組成主要包含以下幾個(gè)部分：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子裝置。智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別主要在于一次設(shè)備和二次設(shè)備的選擇上。智能變電站主要采用電子式互感器，傳統(tǒng)變電站采用的是電磁互感器。智能變電站采用了智能開關(guān)，傳統(tǒng)變電站采用了傳統(tǒng)開關(guān)。此外，最突出的特征是智能變電站可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)智能電子設(shè)備信息傳輸，所采用的傳輸協(xié)議主要是GOOSE和采樣值機(jī)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(shù)的基本要求

在智能變電站的過程層與間隔層之間要想實(shí)現(xiàn)信息通信，就需要借助采樣值傳輸技術(shù)，而智能變電站的過程層與間隔層的信息傳遞過程中數(shù)據(jù)流往往很大，需要使用電子式互感器進(jìn)行保護(hù)，所以采樣值傳輸技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)性有特殊要求。采樣值傳輸是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過程層與間隔層通信的重要內(nèi)容，智能變電站過程層上最大的數(shù)據(jù)流出現(xiàn)在電子式互感器和保護(hù)、測(cè)控之間的采樣值傳輸過程中。采樣值報(bào)文（以及跳閘報(bào)文）的傳輸有很高的實(shí)時(shí)性要求，即使在極端情況下也要確保報(bào)文響應(yīng)時(shí)間是可確定性的。根據(jù)IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)定義，采樣值傳輸以光纖方式接入過程層網(wǎng)絡(luò)，間隔層保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量等設(shè)備不與合并單元直接相連，而是通過過程層交換機(jī)獲取采樣值信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息共享。

2.GOOSE實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)基本要求

GOOSE是一種面向通用對(duì)象的變電站事件，其基于發(fā)布/訂閱機(jī)制，能快速和可靠地交換數(shù)據(jù)集中的通用變電站事件數(shù)據(jù)值的相關(guān)模型對(duì)象和服務(wù)，以及這些模型對(duì)象和服務(wù)到ISO/IEC8802-3幀之間的映射。智能變電站中GOOSE服務(wù)主要用于智能一次設(shè)備、智能單元等與間隔層保護(hù)測(cè)控裝置之間的信息傳輸，包括傳輸跳合閘信號(hào)或命令，GOOSE報(bào)文數(shù)據(jù)量不大但具有突發(fā)性。由于在過程層中GOOSE應(yīng)用于保護(hù)跳閘等重要報(bào)文，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)傳送到目的地，因此對(duì)其實(shí)時(shí)性要求遠(yuǎn)高于一般的面向非嵌入式系統(tǒng)，對(duì)報(bào)文傳輸?shù)臅r(shí)間延遲在4ms以內(nèi)。

3.合并單元與智能終端技術(shù)的基本要求

在智能變電站過程層的合并單元中，主要對(duì)工作地點(diǎn)有具體要求，要求必須是無爆炸危險(xiǎn)，并且遠(yuǎn)離干擾源、同時(shí)要在室內(nèi)，并具有防靜電功能。智能終端技術(shù)主要是與GOOSE技術(shù)對(duì)接的系統(tǒng)，因此要求能夠與GOOSE技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步傳輸。首先，合并單元正常情況下的對(duì)時(shí)精度應(yīng)為±1μs，守時(shí)精度范圍為±4μs。其次當(dāng)外部同步信號(hào)失去時(shí)，合并單元應(yīng)該利用內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行守時(shí)。當(dāng)守時(shí)精度滿足同步要求時(shí)，采樣值報(bào)文中的同步標(biāo)識(shí)位“SmpSynch”應(yīng)為TRUE。當(dāng)守時(shí)精度不滿足同步要求時(shí)，采樣值報(bào)文中的同步標(biāo)識(shí)位“Smp―Synch”應(yīng)為FALSE。

四、智能變電站過程層的三網(wǎng)合一方案分析

在智能變電站過程層的三網(wǎng)合一方案中，主要采用了IEC61850-9-2采樣信息、GOOSE信息、IEEE1588對(duì)時(shí)信息共網(wǎng)傳輸。間隔層與過程層合并單元遵循IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)，與過程層智能終端采用GOOSE通信協(xié)議。過程層網(wǎng)絡(luò)按間隔配置獨(dú)立的間隔交換機(jī)，各間隔通過主干網(wǎng)交換機(jī)組成過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享。

本方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了GOOSE、采樣值傳輸、IEEE1588三網(wǎng)合一，最大程度地實(shí)現(xiàn)了信息共享，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，節(jié)省了大量的光纜，便于設(shè)計(jì)、維護(hù)，是代表未來技術(shù)發(fā)展的一種方案;但由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求比較高，技術(shù)難度大，且欠缺有效的冗余手段，其可靠性受到一定的質(zhì)疑和擔(dān)憂。因此，基于IEC62439標(biāo)準(zhǔn)的PRP冗余技術(shù)得到廣泛的關(guān)注。

五、智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)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(duì)過程層的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)試。針對(duì)三網(wǎng)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(shù)及IEEE1588技術(shù)對(duì)三網(wǎng)合一的可靠性和傳輸效率進(jìn)行測(cè)試。目前主要的方式是通過試驗(yàn)測(cè)試GMRP組播協(xié)議穩(wěn)定性、IEEE1588性能檢查、大背景流量下網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)、時(shí)鐘切換試驗(yàn)、智能終端動(dòng)作固有延時(shí)測(cè)量和同步報(bào)文的拷機(jī)能力。通過這些試驗(yàn)，得出智能變電站過程層的網(wǎng)絡(luò)性能的結(jié)論。

結(jié)束語

在智能變電站過程層的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試中，我們選用了試驗(yàn)測(cè)試GMRP組播協(xié)議穩(wěn)定性、IEEE1588性能檢查、大背景流量下網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)、時(shí)鐘切換試驗(yàn)、智能終端動(dòng)作固有延時(shí)測(cè)量和同步報(bào)文的拷機(jī)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(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1] 易永輝.智能變電站過程層應(yīng)用技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010.

[2] 趙應(yīng)兵.電子式互感器合并單元的研制[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司）