(2)GOOSE數(shù)據(jù)流量

GOOSE工程中實(shí)際最大報(bào)文長(zhǎng)度為6016bit，按照GOOSE的發(fā)送機(jī)制，一個(gè)智能設(shè)備變位時(shí)的最大數(shù)據(jù)流量為0.03Mbit/s。

(3)MMS數(shù)據(jù)流量

發(fā)生故障時(shí)是MMS數(shù)據(jù)流量最大的情況，包含遙測(cè)及遙信量，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算值為0.012Mbit/s。

(4)網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀及故障錄波系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀及故障錄波系統(tǒng)自網(wǎng)絡(luò)流出流量為SMV、GOOSE信息，數(shù)據(jù)流量較大，但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)流量分析需要的流入流量?jī)H為MMS信息，理論計(jì)算值為0.012Mbit/s。

(5)公用設(shè)備數(shù)據(jù)流量

母線保護(hù)、公用測(cè)控裝置和一體化電源系統(tǒng)等流入交換機(jī)的數(shù)據(jù)主要包含GOOSE、MMS信息，上述設(shè)備的數(shù)據(jù)流量分別按照GOOSE、MMS的理論計(jì)算值核算。

(6)流量計(jì)算

最惡劣情況下(如220kV母線保護(hù)動(dòng)作切除220kV所有斷路器)，全站數(shù)據(jù)流量統(tǒng)計(jì)如表1、表2所示。

雙星形情況下A、B網(wǎng)冗余配置，B網(wǎng)主干交換機(jī)數(shù)據(jù)流量相當(dāng)于A網(wǎng)主干交換機(jī)數(shù)據(jù)流量。

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)最大流量考慮當(dāng)某一通道發(fā)生故障時(shí)，某一交換機(jī)發(fā)送信息到最遠(yuǎn)交換機(jī)的數(shù)據(jù)流量。

智能變電站網(wǎng)絡(luò)的性能分析

本節(jié)結(jié)合上節(jié)得出的流量結(jié)果，分別針對(duì)星形網(wǎng)絡(luò)和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)作出了性能分析。

本站使用兩層一網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)具備眾多優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單，易于布線;擴(kuò)展容易，不會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)中斷;便于維護(hù)，任何一個(gè)間隔故障，僅需對(duì)交換機(jī)相關(guān)部分進(jìn)行隔離，無(wú)需更換交換機(jī);交換機(jī)數(shù)量少，投資少;任何網(wǎng)絡(luò)通道故障，可以實(shí)現(xiàn)快速自愈，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

網(wǎng)絡(luò)性能、功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)響應(yīng)能力分析

測(cè)量數(shù)據(jù)、保護(hù)信號(hào)和控制命令等都要求實(shí)時(shí)傳送。特別是出現(xiàn)故障時(shí)要求信息能在站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)上快速傳送，保證嚴(yán)格的時(shí)限要求。

實(shí)時(shí)性要求有以下3個(gè)方面：①傳輸速度快。指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒍?。②響?yīng)時(shí)間短。指事件發(fā)生時(shí)，傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上及執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間由執(zhí)行器控制中斷的能力、信息在通信協(xié)議的應(yīng)用層與物理層之間的傳輸時(shí)間、等待網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)間和避免信息在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的時(shí)間4個(gè)方面的因素決定，這個(gè)時(shí)間對(duì)大多數(shù)通信協(xié)議是一個(gè)隨機(jī)數(shù)。③巡回時(shí)間短。指系統(tǒng)與所有通信對(duì)象都至少完成一次通信所需要的時(shí)間。

由于本站設(shè)備較少，星形和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)均能滿足相應(yīng)能力的要求。

(2)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)分析

網(wǎng)絡(luò)延時(shí)定義為一幀報(bào)文從發(fā)送者到接收者的網(wǎng)絡(luò)傳輸花費(fèi)的全部時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)由以下4部分組成：①幀發(fā)送延時(shí)(Transmit Lantency，T0)。②交換延時(shí)(SaveForward，T1)。③線路傳輸延時(shí)(Wire Latency，T2)。④幀排隊(duì)延時(shí)(Queue Latency，T3)。

以上4種延時(shí)中，前3種延時(shí)由網(wǎng)絡(luò)本身的硬件和軟件決定，只有排隊(duì)延時(shí)具有不確定性。要分析以太網(wǎng)延時(shí)，就必須分析出影響排隊(duì)延時(shí)的因素，通過(guò)減小排隊(duì)延時(shí)將有利于提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。影響以太網(wǎng)通信延時(shí)的主要因素是節(jié)點(diǎn)數(shù)目和通信速率，也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷是造成通信延時(shí)的主要原因。

在電力系統(tǒng)中，站點(diǎn)之間傳輸?shù)闹饕嵌绦畔?。?dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少時(shí)，通信延時(shí)很小，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，延時(shí)也隨之增大;同時(shí)，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的減小，從而改善以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性能。

根據(jù)上節(jié)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)流量，計(jì)算出兩種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)情況如表3所示。

計(jì)算表明，雙星形網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)方面較環(huán)形網(wǎng)絡(luò)有一定優(yōu)勢(shì)，但兩者都能滿足智能變電站系統(tǒng)層網(wǎng)絡(luò)的要求。

(3)可靠性分析

網(wǎng)絡(luò)可靠性表示網(wǎng)絡(luò)連續(xù)無(wú)故障工作的能力，其判斷依據(jù)是網(wǎng)絡(luò)的任意兩節(jié)點(diǎn)之間至少存在一條可通信的鏈路。經(jīng)分析可得，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和雙星形網(wǎng)絡(luò)均能滿足變電站可靠性要求。

經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

3種方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如表4所示。

經(jīng)比較可以看出，3種方案均能滿足智能變電站的需求，而兩層一網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性大大超出其他兩種方案，因此智能變電站推薦選擇兩層一網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)方式。

智能交換機(jī)配置方案

220kV智能變電站以太網(wǎng)交換機(jī)要求具備以下功能：可靠性符合IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn);支持多環(huán)組網(wǎng)方案;Zero-Packet-Loss零丟包技術(shù);滿足C3級(jí)(-40～120℃)寬溫度范圍;滿足IEC61000-6-5標(biāo)準(zhǔn)的抗電磁干擾能力;支持802.1QVLAN;支持802.1p優(yōu)先級(jí)排隊(duì)協(xié)議;支持GMRP組播技術(shù);支持IEEE61588對(duì)時(shí)方式;每臺(tái)交換機(jī)按16端口配置。

系統(tǒng)層網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形配置方式，共2臺(tái)公用交換機(jī)，其余交換機(jī)按電壓等級(jí)配置。220kV每

2個(gè)間隔配置1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，共配置3臺(tái);66kV每段母線配置1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，共配置2臺(tái);每臺(tái)主變壓器配置1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，共配置2臺(tái)。全站共配置9臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)。

繼電器室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)采用以太網(wǎng)線;通向戶外的通信介質(zhì)采用光纜;采樣值和保護(hù)GOOSE等可靠性要求較高的信息傳輸采用光纖。

結(jié)束語(yǔ)

220kV智能變電站整站建立在IEC61850通信技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，按分層分布式來(lái)實(shí)現(xiàn)智能變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作性。本站按兩層設(shè)備一層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，兩層為系統(tǒng)層和設(shè)備層，一層網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)層網(wǎng)絡(luò)。