【正文】 為便于分析，以下假設(shè)保護用數(shù)據(jù)以每周期 80 點采樣、計量用數(shù)據(jù)以每 周期 256 點采樣，每個APDU中含 1個 ASDU， SAV報文長度為 169~226字節(jié)。假定該變電站內(nèi)有主變 2臺， 220 kV出線 2回。 4） 報文排隊延時 tq。報文處理延時主要包括發(fā)送節(jié)點通信處理機協(xié)議打包延遲 t1和接收節(jié)點通信處理機協(xié)議解包延遲 t2，與通信處理機的軟硬件設(shè)計和性能有關(guān)，采用合適的微處理器、實時操作系統(tǒng)以及高效的協(xié)議編碼 /解碼算法可保證 t1/t2 數(shù)值的確定性。 傳統(tǒng)變電站采用電磁式互感器，輸出的模擬量采樣值經(jīng)電纜直接并行送入二次設(shè)備，采樣值傳輸延時固定且數(shù)值很小，由保護設(shè)備完成多路模擬量的同步采樣。 傳統(tǒng)保護的典型 MTTF為 100 年。站控層包括兩套獨立的系統(tǒng)：就地監(jiān)控（ Station HMI）和遠動系統(tǒng)（ RTU），任一系統(tǒng)正常工作即可完成對變電站的監(jiān)控。而在接受數(shù)據(jù)時，該實體同時接收雙端口的數(shù)據(jù)，保留第一個數(shù)據(jù)包并剔除重復(fù)數(shù)據(jù)包。 a功能冗余 與傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)一樣，可以采用功能冗余以提高系統(tǒng)可靠性。平均無故障時間（ MTTF）是指設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)第一次故障的平均期望時間。 （ 5） 邊界時鐘對時間同步的影響 。 （ 3） 網(wǎng)絡(luò)流量對時間同步的影響 。 該時間同步系統(tǒng)兼容了站內(nèi)及站站之間的同步性能 ， 實現(xiàn)了基于 IEEE1588網(wǎng)絡(luò)時間同步的 GPS、 北斗 、 SDH 多源授時統(tǒng)一時間同步系統(tǒng)的應(yīng)用 。 交換機的邊界時鐘視為從時鐘 ，而對于交換網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點設(shè)備 ， 交換機是它們的主時鐘源 。 如果晶振精度比較高 ， GPS 時鐘故障短時間不會影響系統(tǒng)同步 ， 考慮到晶振的漂移 、 抖動等因素 ， 長時間運行必然會導(dǎo)致采樣值失步 。 目前 ， 同步時鐘參考信號可以選擇GPS、 北斗 、 原子鐘或者 IEEE1588 精密時鐘源 。 線路保護設(shè)備要求不同變電站之間采樣數(shù)據(jù)保持時間同步 ， 數(shù)字化變電站時 間同步系統(tǒng)主要由 ECT、 EVT 信號處理中 A/D 采樣時序和時標(biāo)參考基準(zhǔn)源組成 ， 并且 IEC61850 沒有給出數(shù)字化變電站采樣值同步的具體實現(xiàn)方法 。而 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)對 IED 最高等級的同步精度要求達到177。各個 IED在接收到同步脈沖后，通過軟件解碼出系統(tǒng)的同步計時點，并通過該值校正裝置自身的計時時鐘。 協(xié)議通過交換機之間互相發(fā)送網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (bridge protocol data unit， BPDU) 報文進行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視和配 置。 根據(jù)數(shù)字化變電站的應(yīng)用要求 ， 過程層 GOOSE網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔?yōu)先級按照由高到低的順序做定義 。當(dāng)采用 IEC6195092 方式時，考慮到和采樣值相比較， GOOSE 的 信息量非常少，不對其劃分 VLAN也不會對網(wǎng)絡(luò)性能造成太大影響。不論該站點在網(wǎng)絡(luò)中怎樣移動，由于其 MAC 地址保持不變，因此用戶不需要對網(wǎng)絡(luò)地址重新配置。其次數(shù)據(jù)流通需要優(yōu)先級區(qū)分，IEC61850 規(guī)范對變電站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進行了詳細的劃分，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息的不同需求和要求，給予不同的報文不同的優(yōu)先級。 在此 對單個間隔的 SMV 數(shù)據(jù)流量及 GOOSE 數(shù)據(jù)流量進行理論計算和實際測試。 a VLAN技術(shù) VLAN（ Virtual LAN） 劃分是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ， 在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了 VLAN 頭 ， 通過 VLANID 把用戶劃分為更小的工作組 ， 限制不同工作組間的用戶二層互訪 ， 每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng) 。 （ 3）星形網(wǎng)。 裝置內(nèi)部自帶交換功能 ， 實現(xiàn)一進一出的 2個網(wǎng)絡(luò)口 ， 環(huán)網(wǎng)中所有裝置串聯(lián)的通信方式 。 （ 2） GOOSE與站控層共用網(wǎng)絡(luò)方式 。 本方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了 GOOSE、采樣值傳輸、 IEEE1588三網(wǎng)合一，最大程度地實現(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、維護，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。 方案二的結(jié)構(gòu)同方案一類似，不同之處則在于 測控 、 計量 、 錄波等二次設(shè)備是通過采樣值網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)信息 ，該方案可一定程度上減少光纜的鋪設(shè)，并促進數(shù)據(jù) 信息的共享互用。 現(xiàn)對上述三種方案做簡要闡述及評價 ： 方案一的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行常規(guī) 變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式是一致的，只是規(guī)約由 IEC60870 改為 IEC 61850，在這一點上 3個方案是一致的 。間隔層與過程層合并單元遵循 IEC6185092 標(biāo)準(zhǔn)，與過程層智能終端采用 GOOSE 通信協(xié)議。 IED 裝置具備獨立的 GOOSE 通信口 。 這種組網(wǎng)方式的優(yōu)點在于 ： 間隔層智能設(shè)備僅需一個通信口 ， 降低了智能設(shè)備的成本 ， 同時降低了數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本 。 交換機環(huán)形網(wǎng) 優(yōu)點在于： 網(wǎng)絡(luò)冗余性最好 ， 交換機之間網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時 ， 通過環(huán)網(wǎng)自愈依然可以保證網(wǎng)絡(luò)通信 。 注：當(dāng)前智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)普遍采用雙星形冗余結(jié)構(gòu)，不過對于環(huán)形的結(jié)構(gòu)，具體延遲及網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等，亦應(yīng)做具體評估。 通過在交換網(wǎng)絡(luò)中采用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級技術(shù)、 VLAN技術(shù)、組播技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效的防止采樣值傳輸流量、速度對過程層網(wǎng)絡(luò)地影響，保證過程層數(shù)據(jù)在 100 M以太網(wǎng)上安全、高效、有序傳輸。由于 GOOSE信息流量和 SMV相比可以忽略不計，所以流入主干網(wǎng)交換機的數(shù)據(jù)相當(dāng)于間隔交換機的 1/3，按照理論計算數(shù)據(jù)為 Mbit/s。它的缺點是自動化程度低，靈活性不好?；诙丝诘? VLAN 模式是從邏輯上把交換機按照端口劃分成不同的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)，使其在所需用的局域網(wǎng)絡(luò)上流通。如 下 圖所示，某變電站的 VLAN示意圖。 目的 MAC 地址用于區(qū)分報文！ GMRP 和 VLAN的比較： VLAN已經(jīng)廣泛應(yīng)用， GMRP 目前在試點； GMRP 使用的是報文 MAC 目的地址和端口 VLAN使用的是報文 VID和端口； 在交換機配置了 VLAN的條件下， GMRP報文在其對應(yīng)的 VLAN內(nèi)傳播； GMRP 對網(wǎng)絡(luò)進行動態(tài)劃分， VLAN對網(wǎng)絡(luò)進行靜態(tài)劃分； GMRP 相關(guān)配置僅在裝置中， VLAN 配置 在裝置和交換機中均有； GMRP在正常運行時需要發(fā)送查詢報文， VLAN在正常運行時無額外報文。 D 組網(wǎng)對時技術(shù) 在目前可利用的時鐘基準(zhǔn)源中， GPS 有其獨具的優(yōu)越性，是最佳的候選同步時鐘源。 SNTP是網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議 (Network Time Protocol， NTP)的簡化，應(yīng)用于簡單網(wǎng)絡(luò)中。系統(tǒng)中的源時鐘稱為超主時鐘（ Grandmaster Clock）。 MU 同步采樣結(jié)構(gòu)如 下 圖所示 。 目前 ， 同步時鐘參考信號可以選擇GPS、 北斗 、 原子鐘或者 IEEE1588 精密時鐘源 。 為了確保系統(tǒng)所選的主時鐘為最佳時鐘 ， 可綜合運用數(shù)據(jù)集比較算法 、 狀態(tài)決策算法 ， 根據(jù)本地時鐘特性的參數(shù)及時鐘級別 ， 選出網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)時鐘 。 考慮到線路 保護對不同變電站之間的同步帶來的誤差 ， 需要引入 GPS 根時鐘 ， 作為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對時基準(zhǔn)參考源 ， 確保各個 MU 之間發(fā)送的 A/D 轉(zhuǎn)換時序保持高精度同步 ， 解決 MU 之間的同步問題 。 利用便攜式原子 時鐘測試儀通過以太網(wǎng)直接接收時鐘同步裝置 IEEE1588時鐘報文 ， 在時鐘同步系統(tǒng)處于衛(wèi)星接收的正常狀態(tài)下 ， 測量網(wǎng)絡(luò)對時模塊輸出與 GPS、 北斗授時之間的誤差 。 （ 4） 時標(biāo)基準(zhǔn)故障對系統(tǒng)同步的影響 。可靠度是指設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定條件和時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。 可用度表達式為： M TTFAM TTF M TTR? ?（ 3） 設(shè)備或系統(tǒng)之間的基本連接關(guān)系分為串聯(lián)和并聯(lián)兩 種?；? PRP 的冗余網(wǎng)絡(luò)要求裝置包含雙以太網(wǎng)控制器和雙網(wǎng)絡(luò)端口，分別接入兩個完全獨立的以太網(wǎng)，實現(xiàn)裝置通信網(wǎng)絡(luò)的冗余。 假定變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)均采用基于 PRP 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ，對可靠性進行敘述 。 基于 PRP 的過程層總線 在后續(xù)的圖表中采用下述符號： TS同步時鐘； MU合并單元；RPIT遠方智能 I/O； SW交換機； EM網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)（如光纖）； BCU間隔控制單元； BPU間隔保護單元； BU間隔單元； RTU遠方終端單元。 經(jīng)相關(guān)計算， 在站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)皆采用基于