变电站过程层通信技术研究范文

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一、智能化变电站过程层通信技术

1.1智能化变电站过程层交换机的性能要求。交换机吞吐量相当于端口速率与端口数量的乘积，在满负荷下交换机端口吞吐量与端口的速率相等，在全线速转发条件下交换机的丢包率应为零。过程层交换机在转发数据帧时，应支持电力相关协议数据的转发功能，能够实现基于IP/MAC地址的数据帧过滤功能，支持广播风暴、组播风暴以及未知单播风暴等网络风暴抑制功能。此外，过程层交换机还应具有支持包括GMRP二层动态MAC地址的配置组播功能，并能够按照智能变电站自动化系统需求进行组网和管理，包括一对一、多对一端口镜像功能等。

1.2智能化变电站过程层交换机存在的问题。现有智能变电站所采用的交换机SMV网报文数据量很大，通常每个端口的流量能达到6Mbit/s，在同时对多个合并单元数据进行接收时，将会产生更大的端口流量，对于需要所有报文都进行传输的级联端口而言，报文会达到满限，而采取百兆交换机构成的合并单元却难以满足传输延时以及带宽的要求，因此需要对智能变电站交换机的测试、组播管理、网络风暴抑制及传输延时进行分析。

二、智能变电站以太网交换机的测试分析

2.1智能变电站交换机测试的关键技术和难点。目前已拥有较为成熟的工业以太网交换机测试标准与方法，并且OSI七层模型中数据链路层（如MMS报文等）大多都会通过变电站智能一、二次设备传输，但随着IP网络设备的功能日益复杂，不同帧格式及包长的数据穿插于网络信道之中，使得在模拟完整的智能变电站实际网络时，需要从包长的选择、数据包发送时间、数据包发送速率等多方面来进行考虑，而上述复杂的测试技术，需通过对所要测试变电站的数据进行采样分析及构造数据流等，才能使得所测试的网络数据交换性能更为贴近实际。

2.2智能变电站交换机测试的方法策略。为能更加真实地模拟智能变电站中的网络数据交换，并有效处理网络数据交换测试中所遇到的难点，一般需在加压环境下对交换机性能及功能进行测试，并且还应具有以下几个要求：首先，需保证测试仪表的时间精度足够高、抖动较小且测试结果精确稳定；其次，采取全网状的方式来进行组网测试，同时为使交换机的流量达到最大，需采取逐渐增大数据流的数据量及组合方式等措施；再次，在电磁兼容、温度影响等环境测试中验证交换机功能及性能时，应选择端口自环的测试拓扑方式（如图1所示）；最后，为构造更趋于实际的测试模型，在对智能变电站网络数据流量模拟过程中，需要进行实地采样，同时还应逐条构造包长及包类型，并根据站内的网络拓扑和变化中的包间隔，对雪崩等网络实际情况进行有效模拟。

三、智能变电站过程层交换机的网络风暴抑制及传输延时

3.1智能变电站过程层交换机的网络风暴抑制。通常情况下，BC广播、MC组播以及DIF未知地址单播等数据帧可能引起网络风暴，其在整个网络上进行广播时，抢占大量的网络带宽，使得整个以太网的网络性能大幅度降低，严重者将造成交换机接收的数据帧毫无意义，甚至可能导致整个网络设备瘫痪，所以必须要对网络风暴进行抑制。对于不同的交换机来说，网络风暴抑制机制既可从抑制输入端口方面着手，也可选择从抑制输出端口开始，其中选择前者是从源头上对网络风波的产生进行有效抑制，从而能有效降低网络风暴对交换机正常数据帧交换的影响，因而将该方式作为智能变电站首选的抑制机制。当前普遍采取网络风暴的抑制策略所设置的颗粒为62.5kbps，其主要原理是通过设置使得流量在每秒开始时全部以线速输出，其后的输出数据帧不受任何抑制作用，从而在此过程中，将不会产生瞬间的网络风暴，也不会对网络装置造成太大影响

3.2智能变电站过程层交换机的传输延时。保护跳闸信号由于实时性要求较高，常规变电站往往通过电缆传送，但是在智能变电站中保护装置先形成GOOSE跳闸命令报文，然后通过交换机传送至智能一次设备，因此需对变电站过程层传输延时进行分析。一般来说交换机采取存储转发延时和直通延时两个指标来对自身的延时情况加以展示。存储转发延时，是指将输入帧的最后一位到达输入端口的时间、输入帧的第一位到达输出端口的时间，分别作为计时开始及结束时间，其中的时间间隔便为存储转发延时；直通延时，是指将输入帧的第一位到达输入端口的时间、输出帧的第一位到达输出端口的时间，分别作为计时的开始及结束时间，其中的时间间隔即为直通延时。当前普遍采取减少交换机级联次数的方式来减少过程层网络的传输延时。

四、结语

目前主要采取一些特殊限制来满足智能化变电站实际工程的应用要求。首先，尽可能利用同一台交换机将保护、测控装置以及与之对应的合并单元接入SMV网络；其次，采取划分VLAN或GMRP网络协议的办法对各个端口无用的报文流量进行限制；再次，为增加各个交换机间报文传输的带宽，应在级联端口采取千兆端口的交换机网路；最后，采取减少交换机级联次数的方法来减少各个交换机间报文传输流量和传输延时，此外还可采取802.1P的Qos服务来达到减少GOOSE报文传输延时等。

作者：刘斌单位：广西电网电力调度控制中心