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：

方法。

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

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 格式说

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mac地址报头

以太网mac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GOOSE

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Ethertype

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

APDU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APDU可以由多个ASDU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）I EC 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ASN1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ASDU，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 ASDU 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：①220kvPT 合并单元-〉220kv 高压侧合并单元；

②11OkvPT 合并单元-〉11Okv 中压侧合并单元；③35kvPT 合并单元-〉35kv 低 压侧合并单元；④220kv 高压侧合并单元-〉主变保护或测控；⑤11Okv 中压侧

合并单元-〉主变保护或测控；⑥35kv 低压侧合并单元-〉主变保护或测控；

⑦220kv 高压侧合并单元-〉级联端口到220kv 公共交换机；⑧110kv 中压侧合 并单元-〉级联端口到110kv 公共交换机；⑨35kv 低压侧合并单元-〉级联端口 到35kv 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 x 8bits/byteX48APDU/周波x 50 周波 /s=32448000~13017600bit§最大约为13M ，100M 交换机可以满足要求。

1.4.2220kV 间隔网段:

数据流向为：①220kv 母线PT 合并单元-〉220kv 间隔合并单元；②220kv 间隔

220kV 间隔

合并单元

110kV 间隔

合并单元

35kV 间隔

合并单元

电流

电流

1

r

三侧电

王变 4保护

A 电压

电压

220kV PT

合并单元

110kV PT

35kV PT

主变网段

电压 220kV 网段中采样值主要包括：220kV 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PT 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