【正文】 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享。在方案一中，過(guò)程層采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與過(guò)程總線相結(jié)合的方式 ，即交流采樣合并單元采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式 ， 將交流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用光纖傳輸至保護(hù) 、 測(cè)控 、 計(jì)量 、 錄波，這樣采樣數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸，跳合閘等開關(guān)量信息采用 GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式 ， 為保證動(dòng)作的可靠性， GOOSE 網(wǎng)必須保證一定冗余，即按照雙網(wǎng)方式組建，且必須同時(shí)工作于主機(jī)方式 。 在目前 100 M以太網(wǎng)技術(shù)成熟的條件下，采樣數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸雖然有需要敷設(shè)大量光纜的缺點(diǎn)，但其優(yōu)點(diǎn)是 能夠保證數(shù)據(jù)響應(yīng)實(shí)時(shí)性。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 所示。 某一網(wǎng)絡(luò)故障不會(huì)影響到另一網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行 ， 提高了數(shù)字化變電站的安全性 。 B 組網(wǎng)結(jié)構(gòu) GOOSE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有裝置單環(huán)網(wǎng) 、 交換機(jī)環(huán)形網(wǎng)和星形網(wǎng) ，各有其優(yōu)缺點(diǎn) ： （ 1）裝置單環(huán)網(wǎng)。 投資成本高于星形網(wǎng) ， 因?yàn)榻粨Q機(jī)需要的網(wǎng)口數(shù)要多于星形網(wǎng) 。 C 組網(wǎng)通信技術(shù) 在 GOOSE 組網(wǎng)中，應(yīng)用了若干 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) ， 諸如 VLAN 劃分 （ 協(xié)議 ）， 報(bào)文優(yōu)先級(jí)定義 （ 協(xié)議 ）， 鏈路聚合 （ 協(xié)議 ） 等通信技術(shù) ，這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、實(shí)時(shí)性及安全性有著關(guān)鍵的作用。如果不對(duì)間隔層交換機(jī)流出數(shù)據(jù)進(jìn)行流量控制，主干網(wǎng)交換機(jī)很容易流入流量超負(fù)荷的情況，使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生阻塞甚至癱瘓。 在此 明確了網(wǎng)絡(luò)上需要橫向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并不是全部數(shù)據(jù)，而是跨間隔保護(hù)或者其它設(shè) 備需要的一部分，所以必須采用 VLAN 方案，即 協(xié)議使其橫向通過(guò)需要的數(shù)據(jù)，不需要共享和跨間隔利用的數(shù)據(jù)就在本間隔縱向流通即可。 基于 MAC 地址的 VLAN； 這種 方式的 VLAN要求交換機(jī)對(duì)站點(diǎn)的 MAC地址和交換機(jī)端口進(jìn)行跟蹤，在新站點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)，根據(jù)需要將其劃歸至某一個(gè) VLAN。 GOOSE 信息的處理： 采用 IEC6185092 方式，對(duì)全站 GOOSE 信息統(tǒng)一分配一個(gè) VLAN，且全站唯一。 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包中 3 比特的優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽定義 8個(gè)優(yōu)先級(jí) ， 交換機(jī)報(bào)文阻塞時(shí) ， 優(yōu)先發(fā)送優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)包 。 d 快速生成樹協(xié)議（ RSTP） RSTP 是目前智能化變電站常用的網(wǎng)絡(luò)自愈協(xié)議 ， 采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu) ，基本思路是通過(guò)配置交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)生成邏輯斷點(diǎn) ， 使物理上的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)成為邏輯上的樹形結(jié)構(gòu) ， 從而避免廣播風(fēng)暴 ， 并在單點(diǎn)斷線時(shí)提供自愈能力。變電站接收 GPS 發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)秒脈沖信號(hào)（ Pulse per Second， PPS），在每個(gè)秒脈沖信號(hào)到來(lái)后，通過(guò)專門的電纜向全站所有 IED 發(fā)送同步脈沖。但是 實(shí)現(xiàn) 25μ s 的對(duì)時(shí)精度還是很困難。 E 采樣值同步要求 ECT、 EVT 采樣值信息在數(shù)字化變電站共享 ， 為了避免幅值與相位的誤差 ， 母線保護(hù)設(shè)備 、 變壓器保護(hù)設(shè)備要求同一間隔 ECT、 EVT 采樣值數(shù)據(jù)之間保證時(shí)間同步 ， 不同間隔 ECT、 EVT 采樣值數(shù)據(jù)之間也要保證時(shí)間同步 。 過(guò)程層同步采樣結(jié)構(gòu) 為確保站內(nèi)間隔之間 、 站與站之間所有采樣脈沖同步 ， 所有 MU 發(fā)送至 ECT、 EVT 的基準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)保持絕對(duì)同步 ， 必須引入系統(tǒng)時(shí)標(biāo)參考源作為 MU 的時(shí)鐘基準(zhǔn)參考 。 b 時(shí)標(biāo)參考源誤差 GPS 發(fā)送頻率為 1 Hz 的秒脈沖至 MU 同步模塊作為時(shí)標(biāo)信號(hào) ， 在 ECT、 EVT 中以該時(shí)標(biāo)信號(hào)為基準(zhǔn) ， 對(duì)本地晶振輸出進(jìn)行分頻 、鑒相 、 鎖相等操作 ， 在實(shí)際使用時(shí) ， 受天氣 、 電磁環(huán)境 、 接收機(jī)可靠性 、 政治等方面的影響 ， GPS 信號(hào)存在丟幀 ， 受干擾等異常情況時(shí) ，必須考慮兼容設(shè)計(jì) 。 實(shí)際應(yīng)用中 ， 以太網(wǎng)交換機(jī)的路由算法 、 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴 、 網(wǎng)絡(luò)堵塞等因素均會(huì)導(dǎo)致傳輸時(shí)間延遲既不恒定又不對(duì)稱 ， 為解決傳輸時(shí)間路徑非對(duì)稱問題 ， 介紹 了邊界時(shí)鐘方法 。 d 時(shí)間同步系統(tǒng) 數(shù)字化變電站 一 時(shí)間同步系統(tǒng)如 下 圖所 示 。 對(duì)于 MU、 測(cè)控裝置 、 保護(hù)裝置 計(jì)量裝置等網(wǎng)絡(luò)終端對(duì) 時(shí)設(shè)備的對(duì)時(shí)精度 指標(biāo) ， 要求裝置至少能輸出一路脈沖形式的時(shí)間同 步信號(hào) ， 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)化二次終端設(shè)備正常接收 IEEE1588 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)后 ， 利用原子時(shí)鐘測(cè)試儀檢測(cè)和記錄該輸出脈沖的時(shí)間精度 ， 驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)化二次終端設(shè)備接收 IEEE1588 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的有效性 、 準(zhǔn)確性及可靠性 。 該項(xiàng)試驗(yàn)用以考核時(shí)鐘基準(zhǔn)源故障對(duì)系統(tǒng)中時(shí)間同步的影響 ， 驗(yàn)證系統(tǒng)在時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)中斷及恢復(fù)情況下的時(shí)間同步性 。 2) MTTF和 MTBF。故并聯(lián)系統(tǒng)可用度為： 11 (1 )niiAA?? ? ?? （ 5） 4）不可用度 q 11 M T T FqA M T T F M T T R? ? ? ? ? （ 6） 根據(jù) 智能 變電站的特點(diǎn)，提高其可靠性的基 本途徑有：（ 1）用光纜代替銅纜，用以太網(wǎng)總線代替二次連接 導(dǎo)線，以大幅度減少系統(tǒng)中元件的數(shù)量；（ 2）利用網(wǎng)絡(luò)冗余和功能冗余提高系統(tǒng)可靠性；（ 3）充分利用系統(tǒng)和元件的自檢和監(jiān)視以提高系統(tǒng)可靠性。 并行冗余協(xié)議的特點(diǎn)有：（ 1）裝置內(nèi)具有鏈路冗余實(shí)體（ Link Redundancy Entity），該實(shí)體將來(lái)自應(yīng)用層的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)往雙端口。 基于 PRP 的站控層總線 發(fā)生鏈路或交換機(jī)故障時(shí)，雙網(wǎng)之間能夠進(jìn)行無(wú)縫切換。 假定網(wǎng)絡(luò)介 質(zhì)可靠性遠(yuǎn)大于裝置，故障率為 。 G 采樣值的延時(shí)特性 a 延時(shí)特性 SAV報(bào)文遵循 IEC 6185092 規(guī)約，幀格式可靈活配置，報(bào)文長(zhǎng)度不固定給傳輸延時(shí)帶來(lái)不確定性，工程應(yīng)用亦較少，實(shí)時(shí)性有待驗(yàn)證。 報(bào)文延遲時(shí)間處理 1）報(bào)文處理延時(shí) t t2。 tp的大小取決于鏈路物理特性和傳播距離，與傳播信息量無(wú)關(guān)，假設(shè)源端口和目的端口間的物理距離為 D，光速為 c，傳輸介質(zhì)修正系數(shù)為 k(同軸電纜中 k約為 )，傳播延時(shí)可表示為 tp = D / (kc)。 b 實(shí)時(shí)計(jì)算范例 以一座 220 kV雙母線接線變電站為 例，說(shuō)明采樣值傳輸延時(shí)的測(cè)算方法。 基于 IEC6185092LE 的 SAV 報(bào)文幀格式 應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (application protocol data unit， APDU)提供 8 路模擬通道的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集， 每個(gè) APDU中含有 n個(gè)應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元 (application service data unit， ASDU)，因此每幀 SAV 報(bào)文的長(zhǎng)度為 (48 + n 121)~ (54 + n 172)字節(jié)。假設(shè)該變電站采用 100 Mbit/s 的 16 多模光口交換機(jī)，同軸電纜長(zhǎng) 1km，根據(jù)數(shù)據(jù)流量等于報(bào)文長(zhǎng)度和采樣率的乘積以及上文分析的延時(shí)公式，可計(jì)算出報(bào)文的數(shù)據(jù)流量和最大延時(shí)，具體見 下 表。為保證間隔的獨(dú)立性，各間隔配置獨(dú)立的間隔交換機(jī)，并通過(guò)中心交換機(jī)相互連接，同時(shí)滿足系統(tǒng)雙重化冗余設(shè)計(jì)要求。網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的臨時(shí)增大將造成其經(jīng)過(guò)的交換機(jī)負(fù)載增大，數(shù)據(jù)報(bào)文須要排隊(duì)等待交換機(jī)處理，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)報(bào)文延時(shí)瞬間增大， tq即為數(shù)據(jù)報(bào)文在傳輸路徑上每交換一次所引起緩沖延時(shí)的總和。以交換機(jī)為例，報(bào)文處理延時(shí) t1固定，大小取決于交換機(jī)芯片處理媒介訪問控制 (medium access control， MAC)地址表、虛擬局域網(wǎng) (virtual local area work， VLAN)、優(yōu)先級(jí)等功能的速度，一般工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的報(bào)文處理延 時(shí)不超過(guò) 10μ s。智能變電站采用電子式互感器，輸出的數(shù)字量采樣值經(jīng)合并單元 (merging unit， MU)和以太網(wǎng)交換機(jī) (switch)共享至過(guò)程總線，傳輸延 時(shí)不固定，由合并單元實(shí)現(xiàn)多路采樣值的時(shí)間同步，由以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn) SAV 報(bào)文的雙向總線型串行傳輸，采樣值傳輸?shù)臅r(shí)序分布見 下圖所示 。由于 I/O下放，全數(shù)字化保護(hù)裝置可靠性較傳統(tǒng)保護(hù)更高，假定其 MTTF 為 150 年（則故障率為 ）。就地監(jiān)控和 RTU 具有雙網(wǎng)絡(luò)端口，通過(guò)交換機(jī)分別接入兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中。（ 2）兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以采用任意 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以保護(hù)功能為例， 下 圖中兩套保護(hù)系統(tǒng)具有完全獨(dú)立的互感器、合并單元、交換機(jī)及保護(hù) IED。平均修復(fù)時(shí)間（ MTTR）是指故障設(shè)備或系統(tǒng)得到修復(fù)所用的平均時(shí)間。 通過(guò)設(shè)置或取消具有邊界時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) ， 進(jìn)行精度測(cè)量 ， 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析評(píng)估設(shè)置 或取消具有邊界時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)情況下 IEEE1588對(duì)時(shí)