3过程层

电力学院授课人：梁远升Tel:13632313824QQ:[e-mail]三、过程层原理与测试合并单元（MergingUnit，MU）智能终端——为非智能一次设备提供了外挂的智能接口过程层交换机——面向间隔的广播域划分，实时性要求高◦VLAN◦多播过滤◦优先级机制要求◦实时性◦可靠性主要技术◦网络优先级◦VLAN◦多播过滤CSMA/CD机制（载波多路访问与冲突检测）◦网络任何节点在发送数居前都要检测网络是否空闲◦手段载波监听网络总线是否被占用，保证网络只有一个发送方，避免冲突冲突窗口监听时间窗口，监听网络有否被占用，需要等待信号传遍所有节点所需要的时间，在窗口时间内网络无数据才能判定网络空闲◦问题实时数据抢不过非实时数据，因为非实时数据往往数据量大变电站过程总线信息种类很多，实时性要求不同，要求优先级技术传统LAN的问题◦如果网络中的设备太多，当信息量达到网络带宽（最大容量限制）的25%，网络性能将会下降◦需从物理上将无需互联的节点分隔成不同网络◦限制了过程网络的规模，限制了数字化变电站的灵活性，增加投资VLAN◦从逻辑上分隔节点形成多个虚拟局域网具有优先级和VLAN功能的以太网帧比普通以太网帧多了4个字节的标记IEEE802.1Q优先级标签VLAN标识符VIDGOOSE和SV采用发布者/订阅者模式进行通信◦基于VLAN的多播模式由交换机控制广播节点需要配置过程层交换机◦基于MAC多播地址过滤的多播模式通过客户端网卡的可接受地址列表进行过滤在ICD文件的Communication段中定义了所有GOCB和SVCB的MAC地址GOOSE：01-0C-CD-01-00-00to01-0C-CD-01-01-FFSV：01-0C-CD-04-00-00to01-0C-CD-04-01-FF如何理解多播地址这个MAC地址不是通信口的物理地址可理解为广播的唯一标识以太网是一种通信延迟不确定的网络系统交换机存储转发延时Tsf◦Tsf=帧长/速率◦以太网帧长=1522+同步帧头8=1530（字节）1字节=8bit◦以100Mbit/s的光口为例Tsf=(1522+8)X8/100e6=122us交换机交换延时Tsw◦固定值◦取决于处理芯片处理MAC地址表、VLAN、优先级等的耗时◦工业交换机不超过10us光缆传输延时Twl◦Twl=光缆长度/光缆光速（约2/3光速）◦1km光缆约5us交换机帧排队延时Tq◦延时不确定性的主因◦交换机端口越多，延时可能越长，每个端口都要存储转发K个端口，最长排队延时为(K-1)Tsf，最短延时为0平均延时Tq=(K-1)Tsf/2单台交换机传输数据的延时估算◦Tall=Tsf+Tsw+Tq+TwlN台交换机级连的延时◦Tall=N(Tsf+Tsw+Tq)+Twla算例◦2台交换机级联，每台交换机18个百兆光口，光缆总长1km◦Tsf=(1522+8)*8/100/1000000=122us◦Tsw=10us◦Tq=(18-1)*122/2=1037us◦Twl=5us◦Tall=N(Tsf+Tsw+Tq)+Twl=2*(122+10+1037)+5=2.343ms网络实时性差，大多数的时间消耗战排队等待中采用VLAN划分网段通过优先级，保证优先级高的数据优先传输◦8种不同的优先级：p=0-7◦无优先级排队耗时：Tq=(K-1)Tsf/2◦有优先级排队耗时：(8-p)Tq/8上一个例子，最高优先级p=7的报文◦Tall=N(Tsf+Tsw+(8-p)Tq/8)+Twl=2*(122+10+1037/8)+5=0.528ms注意：书P72，TQ计算有误，TQ不等于122，而是122x(8-1)/2GOOSE报文传输的可靠性◦为降低延时，剪去了网络层、传输层、会话层的协议◦保证可靠性措施——心跳报文重发报文存活时间网络风暴◦网络数据量过大，交换机端口无法承受导致丢包◦广播节点过多VLAN，隔离广播域◦网卡损坏（有可能不停发包）◦链路环路（无限循环）网卡溢出◦SV和GOOSE报文传输性能的最大约束网络带宽IED的CPU处理能力◦SV报文流量巨大网络负载在5-8Mbps◦GOOSE报文虽小，但多多个GOOSE报文同时发生，网络会出现大量快速GOOSE报文◦解决网卡溢出的措施设置IED网卡多播MAC地址过滤，降低CPU负载交换机多播过滤单个间隔的SV报文数据量◦9-2报文长度(书例)：(7+1+6+6+4)+(PDU+TPCI+APDU+ASDU)+4=206Byte=1648bit外加96bit的网络帧间隔4000Hz频率(1648+96)X4000=6.976Mbit/s◦9-2Le长度是126Byte=1008bit9-2le约为4.4Mbit/sPDU：太网类型88ba(2)+APPID(2)+长度(2)+保留1(2)+保留2(2)TPCI：noASDU+seqASDU(5)APDU：tag+len+asdu数目+ASDU*n变压器保护一般要3个间隔MU◦21Mbit/s母线保护（书例，6支路，双母）要7个间隔◦49Mbit/s必要性◦减轻交换机和装置的负载◦安全隔离配置原则◦采用装置的VID，装置发出报文含802.1Q字段另一种是交换机的端口VID，容易出错，不便管理◦GOOSE网络按间隔配置VLAN◦SV网络按装置（MU）配置VLAN配置工程师的思想（不是说必须这样做）◦继电保护的可靠性变得与过程层的采样值网络和GOOSE网络密切相关◦尽量简化，提高可靠性和稳定性◦保护采用直采直跳方式◦开关位置、启动失灵、闭锁重合闸等GOOSE信号采用网络方式◦测控、计量等实时性要求不高的采用网络方式◦控制命令、位置信号、告警信号等GOOSE采用网络方式◦SV网与GOOSE网分开配置◦配置2套包含有完整的主后备保护功能的线路保护装置，各自独立组屏。◦合并单元、智能终端采用双套配置。◦线路间隔内保护装置与智能终端之间采用点对点直跳和直采方式。◦跨间隔信息采用GOOSE网络传输◦测控GOOSE采用网络方式◦测控、计量的采样值采用组网方式传播配置◦保护双重花配置，每套保护独立组屏◦SV点对点直采◦保护跳闸对应所有间隔采用GOOSE直跳◦其他GOOSE信息采用网络方式传输虚端子测试◦常规变电站装置之间连线的图纸由虚端子表替代◦虚端子表由配置文件反映GOOSE测试◦需要查看GOOSE报文EtherealWireShark◦StNum和SqNum有无错序对GOOSE报文的检修处理机制要求◦转置检修压板投入时，发送的GOOSE报文的test置位◦接收端将接收GOOSE报文的test位与自身检修压板状态进行比较，两者一致才能执行相关指令◦测控装置接收到GOOSE报文有test为1，上送MMS报文的品质q的test位也置1