第 38 卷 第 6 期
2018 年 6 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.38 No.6
Jun. 2018
智能变电站过程层网络报文传输时间计算及抖动抑制方法
佟为明,高吉星,金显吉,李中伟
(哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘要:过程层网络是智能变电站的重要组成部分,其实时性对智能变电站的安全可靠运行具有重要意义,而
报文传输时间是实时性的主要指标。 在介绍过程层网络结构及通信业务的基础上,提出了一种报文传输时
间计算方法,分析了报文长度、数据率等因素对过程层网络中报文传输时间的影响并进行了仿真验证。 针对
因竞争而造成的采样值(SV)报文传输时间抖动问题,提出了一种通过控制报文发送时序与转发条件来抑制
SV 报文传输时间抖动的方法,给出了该方法的实现思路,仿真表明该方法可以在确保报文实时性的同时,有
效地抑制 SV 报文传输时间的抖动。
关键词:智能变电站;过程层网络;报文;实时性;报文传输时间
中图分类号:TM 761 文献标识码:A DOI:10.16081 / j.issn.1006
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6047.2018.06.019
收稿日期:2018
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01
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30;修回日期:2018
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02
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02
基金项目:国家自然科学基金资助项目( 50907014,510777⁃
015) ;中央高校基本 科研业务费专 项资金资助项目 ( HIT.
NSRIF.2015017)
Project supported by the National Natural Science Foundation of
China( 50907014,510777015) and the Fundamental Research
Funds for the Central Universities( HIT.NSRIF.2015017)
0 引言
发展智能电网可以解决电力系统中存在的诸
多问题,而智能变电站是建设智能电网的重要基础
和支撑
[1⁃2]
。 智能变电站使用网络技术代替传统的
二次 接 线 来 传 递 开 关 量 和 采 样 值 信 号, 采 用
IEC61850 标准 作 为 整 个 变 电 站 的 通 信 及 建 模 依
据,自动完成 信 息 采 集、测 量、控制、保 护、计 量和
监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动
控制、智能 调 节、在 线 分析决策、协同 互 动 等 高 级
应用
[3⁃4]
。
智能变电站的通信系统包括变电站层设备、间
隔层设备和过程层设备。 过程层网络主要用于在间
隔层设备与过程层设备之间传递面向对象变电站事
件 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)
报文和采样值 SV(Sampling Value) 报文,实现变电
站一次设备的数据传输和实时控制,如数据采集和
保护跳闸等
[5]
。 目前很多智能变电站在过程层网络
都采用“直采直跳”的方案进行数据传输
[6 ⁃7]
。 虽然
这种方案保证了数据传输的可靠性和实时性,但是
也存在着装置网口较多、配置复杂等问题。 目前,研
究人员主要研究的过程层组网方案是采用同一网络
传输 SV 报文和 GOOSE 报文(这种方案也被称为共
网方案),这种方案在提高过程层网络效率、简化装
置结构的同时也会降低网络的实时性
[8⁃9]
。 传输时
间是评价过程层网络实时性的主要指标,IEC61850
对 SV 报文和 GOOSE 报文的传输时间都有明确的规
定
[10]
。 目前,研究人员主要通过利用 OPNET 软件
建立网络仿真模型的方法对传输时间进行分析,这
种方法虽然可以找出影响传输时间的主要因素,但
是无法明确影响因素产生作用的原理
[11⁃13]
。
本文在分析智能变电站过程层网络传输时间
组成的基础上,提出一种传输时间计算方法,分析
影响报文传输时间的因素;针对共网方案中因竞争
造成的 SV 报文传输时间抖动问题提出解决方法,
给出实现思路;通过 OPNET 平台对该方法进行仿
真验证,并且 根 据 现 有 技术条件分 析 该 方 法 的可
行性。
1 过程层网络结构与通信业务
以某 220 kV 智能变电站(D2
-
1 型) 为例,该站
包含 9 个间隔( 变压器间隔 T
1
、T
2
,馈线间隔 F
1
—
F
6
,母线间隔 S),每个间隔内部都有相应的智能电
子设备 IED( Intelligent Electronic Device),IED 种类
包括合并单元 MU(Merging Unit) 、智能终端 IT( In⁃
telligent Terminal)、测量与控制 IED( M&C IED) 以
及保护 IED( 包括主变保护 IED、母线保护 IED 和
馈线保护 IED)。 其中,合并单元和智能终端为过
程层设备,M&C IED、保护 IED 为间隔层设备。 每
个变压器间隔内部各有 2 个合并单元、2 个智能终
端、2 个 M&C IED( 高压侧和 低压 侧各 有 1 个) 以
及 1 个主变保护 IED;每个馈线间隔内部各有 1 个
合并单元、1 个智能终端、1 个 M&C IED 和 1 个馈
线保护 IED;母线间隔 内部 有 1 个合并单元、1 个
智能终 端、1 个 M&C IED 和 1 个 母 线 保 护 IED。
过程层网络通过间隔交换机将各间隔内的 IED 互
联,通过中央交换机连接各间隔交换机实现跨间隔
的数据通信,网络结构如图 1 所示。
在 IEC61850 中,GOOSE 报文属于类型 1———快
速报文,SV 报文属于类型 4———原始数据报文
[14⁃15]
。
SV 报文和 GOOSE 报文的特性如表 1 所示。