合并数字化变电站过程层网络通信流量计算

过程层网络流量分析

1. 采样值网络流量分析

1.1采样值网络概述

采样值传输采用IEC61850-9-2标准合并单元和二次设备均连在交换机网络上。220kv线路间隔配置成一个独立的网段考虑采用独立的交换机。主变三侧作为一个大间隔配置成一个独立的网段采用独立的交换机。每一个电压等级配一台公共交换机连接该电压等级对应的母线保护、 PT合并单元各间隔对应的交换机也通过级联端口连到该公共交换机。

采用组播过滤技术来解决网络阻塞的问题接收端口只收到预订的 MAC地址对应的9-2报文 降低了网络的流量。

PT并列考虑在PT合并器实现 PT切换在间隔合并器实现。因此对于主变保护和线路保护而言不需要在网路上预订 PT合并器的9-2报文但母线保护需要预订PT合并器的报文。

1.2IEC61850-9-2帧格式说明

1.2.11SO/IEC 8802-3以太网帧结构

IEC 61850-9-2LE采样值报文在链路层传输都是基于ISO/IEC 8802-3的以太网帧结构。帧结构定义如下图所示

格式说知道导入帧并且该字段提供了同步化接收物理层帧接收部分和导入比特流的

方法。

(2) 帧起始分隔符字段(Start-of-Frame Delimiter)

帧起始分隔符字段 1字节。字段中1和0交互使用。

(3) 以太网ma c地址报头

以太网ma c地址报头包括目的地址(6个字节)和源地址(6个字节)。 目的地址可以是广播或者多播以太网地址。源地址应使用唯一的以太网地址。

IEC 61850-9-2多点传送采样值建议目的地址为01-0C-CD-04-00-00到

01-0C-CD-04-01-FF。

(4)优先级标记(Priority tagged)

为了区分与保护应用相关的强实时高优先级的总线负载和低优先级的总线

负载采用了符合IEEE 802.1Q的优先级标记。

优先级标记头的结构

TPID值 0x8100

User priority:用户优先级用来区分采样值实时的保护相关的 GOO SE报文和低优先级的总线负载。高优先级帧应设置其优先级为 4〜7,低优先级帧则为1〜3优先级1为未标记的帧应避免采用优先级0 因为这会引起正常通信下不可预见的传输时延。

采样值传输优先级设置建议为最高级7。

CFI:若值为1,则表明在ISO/IEC 8802-3标记帧中 Length/Type域后接

着内嵌的路由信息域(RIF)否则应置0。

VID:虚拟局域网标识 VLAN ID。

(5) 以太网类型E th e rtype

由IEEE著作权注册机构进行注册可以区分不同应用

6 以太网类型PDU

APPID:应用标识建议在同一系统中采用唯一标识面向数据源的标识。

为采样值保留的APPID值范围是0x4000-0x7fff。可以根据报文中的APPID

来确定唯一的采样值控制块。

长度Length:从APPID开始的字节数。

保留4个字节

7应用协议数据单元APDU

AP DU格式说明请参考下一部分。

8帧校验序列

4个字节。该序列包括32位的循环冗余校验CRC值 由发送 MAC方生成通过接收MAC方进行计算得出 以校验被破坏的帧。

1.2.2IEC 61850-9-2采样值报文帧格式

1 IEC 61850-9-2采样值报文APDU部分

一个AP DU可以由多个A SD U链接而成。

采用与基本编码规则BER相关的ASN.1语法对通过ISO/IEC 8802-3传输的采样值信息进行编码。

基本编码规则的转换语法具有T-L-V类型-长度-值Type-Le ngth-Value或者是标记-长度-值Tag-Length-Value三个一组的格式.所有域T、 L或V都是一系列的8位位组。值V可以构造为T-L-V组合本身。

2 IEC 61850-9-2采样值报文APDU结构

(3) IEC 61850-9-2采样值报文ASDU结构

4 IEC 61850-9-2采样值报文采样值序列结构这部分内容是根据配置来确定的下面以一个标准间隔的情况为例。

如果是PT合并器则采样值序列只包含电压量。

(5)数据品质

1.3IEC 61850-9-2采样值报文帧长度计算公式

IEC 61850-9-2采样值报文帧中存在一些不确定的长度其具体值有配置和

编码来决定 TLV格式中的长度L采用ASN 1编码具体的编码长度可能不同但由于以太网帧长度限制为1522字节所以长度L最大占3个字节最小占1个字节还有svID的长度不确定最少占用2字节最多占用39字节;每个数据占4个字节的数据值和4个字节的数据品质。从以上分析可以看出按照IEC60044-7/8提供的标准数据集假设采样值报文帧中有 n个A SD U每帧数据的长度为(48+nx 121)〜(54+nX 172)字节。

1.4220kV试点站变采样值网络流量分析

为了便于分析下面所有的数据流量分析都以每周波48点采样每帧1个A SD U计算从上面的计算公式可以计算出根据不同的配置和编码风格每帧数据的长度为169〜226字节。

1.4.1主变网段:

主变网段中采样值主要包括高、 中、低三侧间隔合并器单元采集的电流

值 35kV PT合并单元、 IIOkVPT合并单元、 220kV PT合并单元采集的电压值。数据报文流向为①220 kvP T合并单元-〉 220 kv高压侧合并单元

②11 OkvP T合并单元-〉 11 Okv中压侧合并单元③35 kvP T合并单元-〉 35 kv低压侧合并单元④220kv高压侧合并单元-〉主变保护或测控⑤11 Okv中压侧

合并单元-〉主变保护或测控⑥35 kv低压侧合并单元-〉主变保护或测控

⑦220 kv高压侧合并单元-〉级联端口到220 kv公共交换机⑧110 kv中压侧合并单元-〉

级联端口到110 kv公共交换机⑨35 kv低压侧合并单元-〉级联端口到35 kv公共交换机。

从上面分析可知最大的数据流量出现在主变保护或测控装置的端口上,有3个合并单元的IEC61850-9-2数据在传输每秒数据吞吐总量为3X 169〜226 byte/APDU

1.4.2220kV间隔网段:

电压

220 kV网段中采样值主要包括 220 k V间隔合并器单元采集的电流值

220kV母线PT合并单元、220kV间隔出线P T合并单元采集的电压值。之所以有220kV

间隔出线PT合并单元是因为该间隔是选用3相线路PT。如果只需

PT合并单元 PT合并单元

数据流向为①220 kv母线P T合并单元-〉 220 kv间隔合并单元②220 kv间隔合

并单元-〉线路保护或测控③220 kv出线P T合并单元-〉线路保护或测控④220 kv间隔合并单元-〉级联端口到220 kv公共交换机。

由上面分析可知最大的数据流量出现在线路保护或测控装置的端口上220kV网段有2个合并单元的IEC61850-9-2数据在传输 220kV网段每秒数据吞吐总量为2X 169〜226 byte/APDU x 8bits/byteX 48APDU/周波x 50周波/s=6489600〜8678400bits最大为8.6M。

1.4.3110kV间隔网段

110 kV网段中采样值主要包括 110 k V间隔合并器单元采集的电流值

110kV PT合并单元采集的电压值。这些采样值通过交换机到 110kV网段的保护和测控设备。

1 10kV间隔

合并单元

电流

从上图可以看出 110 kV网段分为面向单间隔和面向双间隔两种。

单间隔情况数据流向为①110 kv母线P T合并单元->110 kv间隔合并单元②110 kv间隔合并单元->线路保护或测控③110 kv间隔合并单元->级联端口到220 kv公共交换机。端口数据流量只需要考虑1个合并单元的9-2报文, 1X 169〜226byte/APDU x 8bits/byteX 48APDU/周波x 50周波/s=3244800〜4339200,4.3M。

双间隔情况数据流向同但间隔类似只不过最大数据流量出现在级联端口上有两个合并单元的9-2报文通过该端口送到110 kv公共交换机 2 X( 169〜226)byte/APDU x 8bits/byteX48APDU/周波x 50周波/s

=6489600〜8678400bits最大为8.6M

1.4.435kV(20kV)网段

35 kV 20 k V网段根据站点实际情况作具体考虑可根据以上的分析来确定其网络数据的流量。

1.4.5母线保护端口数据流量