【正文】 由表 中 可知：采樣值傳輸最大延遲時(shí)間約為 ms，滿足 SAV報(bào)文 3 ms 下 40%裕度的實(shí)時(shí)性要求。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。 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)。 IEC 6185092 采用 TLV(typelengthvalue)三元組格式進(jìn)行編碼和解碼，鑒于以太網(wǎng)幀最大長(zhǎng)度限制為 1522 字節(jié)，長(zhǎng)度 length 最少占用 1 個(gè)字節(jié)、最大占用 3 個(gè)字節(jié)，采樣值控制塊 svID 最少占用 2 字節(jié)、最多占用 39 字節(jié)，另外每個(gè)采樣值數(shù)據(jù)占 4 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)值和 4 個(gè)字節(jié) 的數(shù)據(jù)品質(zhì)。其線路間隔、母線 PT 間隔和母聯(lián)間隔的通信系網(wǎng)絡(luò)如 下 圖 所示。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。 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，說明采樣值傳輸延時(shí)的測(cè)算方法。 IEC6185010 從一致性測(cè)試角度出發(fā)，提出 t1和 t2 固定可測(cè)，給出 t t2的性能指標(biāo) (小于報(bào)文類型定義的整個(gè)傳輸時(shí)間的 40%)和測(cè)試方法，并提出制造商應(yīng)用文件說明設(shè)備的延時(shí)情況，是檢驗(yàn) IED關(guān)于設(shè)備事件通信時(shí)標(biāo)能力的重要指標(biāo)。 IEC 6185091和 IEC 6185092都采用了以太網(wǎng)通信技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的臨時(shí)增大將造成其經(jīng)過的交換機(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。 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)。 3） 報(bào)文傳播延時(shí) tp。交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)接收到完整數(shù)據(jù)報(bào)文之后才開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，從而支持不同速率端口之間數(shù)據(jù)報(bào)文的交換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。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 10μ s。 報(bào)文延遲時(shí)間處理 1）報(bào)文處理延時(shí) t t2。 通過在合并單元內(nèi)加載相位差信息即可通過軟件將采樣時(shí)標(biāo)歸算 到采集值的實(shí)際采樣時(shí)刻， 進(jìn)而通過 GPS 秒脈沖或插值算法實(shí)現(xiàn)多路采集器間的時(shí)序同步 。 td不僅為單路采樣值帶來相位誤差，還會(huì)造成多路采樣值傳輸時(shí)序的不同步； Td受網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量、突發(fā)性數(shù)據(jù)尖峰等因素的影響，易導(dǎo)致延遲時(shí)間不確定，影響 SAV報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。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 。 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)帶來不確定性，工程應(yīng)用亦較少，實(shí)時(shí)性有待驗(yàn)證。 經(jīng)相關(guān)計(jì)算， 在站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)皆采用基于 PRP 的并行冗余網(wǎng)絡(luò)后，各間隔功能的可用性皆可以達(dá)到 IEC 61508中所規(guī)定的最高可 靠性級(jí)別：第 4 級(jí)。 根據(jù)現(xiàn)有廠家提供的數(shù)據(jù)，交換機(jī)的 MTTF 最高為 50 年，即故障率為 。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 ）。 假定網(wǎng)絡(luò)介 質(zhì)可靠性遠(yuǎn)大于裝置，故障率為 。 基于 PRP 的過程層總線 在后續(xù)的圖表中采用下述符號(hào)： TS同步時(shí)鐘； MU合并單元；RPIT遠(yuǎn)方智能 I/O； SW交換機(jī)； EM網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)（如光纖）； BCU間隔控制單元； BPU間隔保護(hù)單元； BU間隔單元； RTU遠(yuǎn)方終端單元。間隔內(nèi)保護(hù)系統(tǒng)采用雙重化配置，兩套保護(hù)完全獨(dú)立。就地監(jiān)控和 RTU 具有雙網(wǎng)絡(luò)端口，通過交換機(jī)分別接入兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中。 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(duì)可靠性進(jìn)行敘述 。（ 3）可以采用通用交換機(jī)。（ 2）兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以采用任意 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 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)體將來自應(yīng)用層的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)往雙端口。基于 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(gè)完全獨(dú)立的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)裝置通信網(wǎng)絡(luò)的冗余。為了提高通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，通常采用的方法是網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)。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。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。 可用度表達(dá)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。因此： MT BF MT T F MT T R?? （ 2） 3) 可用度 A。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。 2) MTTF和 MTBF?？煽慷仁侵冈O(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。 智能 變電站系統(tǒng)的可靠性是通過一系列可靠性參數(shù)來衡量的。 通過設(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)精度的變化情況 。 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 。 （ 4） 時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)故障對(duì)系統(tǒng)同步的影響 。 為了造成網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng) ， 還可額外接入計(jì)算機(jī)作為模擬的網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 ， 并進(jìn)行相互間的不定包長(zhǎng) 、 不定數(shù)據(jù)流量的隨機(jī)通信 ， 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)在不同流量情況下的 IEEE1588對(duì)時(shí)精度 。 IEEE1588采用網(wǎng)絡(luò)方式傳輸并校正時(shí)間 ， 盡管其結(jié)合了硬件的時(shí)標(biāo)獲取方式 ， 減少了軟件干預(yù)的不定因素 ， 但其算法中均需要有一段時(shí)間來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定 ， 并且其典型算法的前提是假設(shè)網(wǎng)絡(luò)雙向的通行時(shí)間是對(duì)稱的 ， 而實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸情況會(huì)隨網(wǎng) 絡(luò)通信流量的波動(dòng)有很大的變化 。 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 。 利用便攜式原子 時(shí)鐘測(cè)試儀通過以太網(wǎng)直接接收時(shí)鐘同步裝置 IEEE1588時(shí)鐘報(bào)文 ， 在時(shí)鐘同步系統(tǒng)處于衛(wèi)星接收的正常狀態(tài)下 ， 測(cè)量網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)模塊輸出與 GPS、 北斗授時(shí)之間的誤差