自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)demaene通信性能評(píng)估

自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)demaene通信性能評(píng)估

0供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建由于電力線路的可靠性和安全性，它直接影響到大多數(shù)電力用戶。因此，有必要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和有效的保護(hù)。傳統(tǒng)繼電保護(hù)以“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作、定期檢驗(yàn)”為特征,其整定值均通過(guò)離線計(jì)算得到,并且在運(yùn)行中保持不變。這種按最嚴(yán)重運(yùn)行條件確定保護(hù)整定值的方法,雖然可保證在電力系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下發(fā)生故障時(shí)保護(hù)都能正確動(dòng)作,但對(duì)于其他運(yùn)行方式卻無(wú)法使保護(hù)達(dá)到最佳保護(hù)效果。自適應(yīng)保護(hù)的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題提供了一條途徑。它通過(guò)在線調(diào)整保護(hù)整定值和改變保護(hù)性能,從而適應(yīng)電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和故障類型的變化,在各種運(yùn)行方式下均能獲得最佳保護(hù)性能。通信網(wǎng)絡(luò)是自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)的命脈,其可靠性和信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。為此,本文在文獻(xiàn)構(gòu)建適用于110kV及以下電壓等級(jí)供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,綜合DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)各自的優(yōu)勢(shì),構(gòu)建了供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線采用短幀傳輸和非破壞性逐位仲裁技術(shù),具有良好的故障診斷和抗干擾能力,可有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制,已在電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域得到較多應(yīng)用。但是,其通信性能分析在所見(jiàn)文獻(xiàn)中卻未見(jiàn)報(bào)道,其信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性能否滿足變電站自動(dòng)化的要求尚需驗(yàn)證。作為一種極具潛力的新型現(xiàn)場(chǎng)總線,工業(yè)以太網(wǎng)由于具有技術(shù)開(kāi)放、通信速率高、組網(wǎng)簡(jiǎn)單靈活和設(shè)備易于實(shí)現(xiàn)互操作等優(yōu)點(diǎn),已在變電站自動(dòng)化中得到初步應(yīng)用。然而,它能否滿足變電站通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求一直存在爭(zhēng)議。本文運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線傳送延時(shí)模型和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)DeviceNet的通信性能進(jìn)行分析,并對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)周期性通信的傳送延時(shí)進(jìn)行分析,從而驗(yàn)證自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)DeviceNet通信與工業(yè)以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性能否滿足變電站自動(dòng)化的要求。1供配電線路監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成電力系統(tǒng)是典型的全分散型系統(tǒng),針對(duì)此特點(diǎn),確定本文構(gòu)建的供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用全分散型結(jié)構(gòu),其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該通信網(wǎng)絡(luò)主要由供配電線路層(生產(chǎn)設(shè)備層)、供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置層(間隔層)、變電站控制中心層(變電站層)和集控中心層組成。各供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置和所在變電站控制中心工控機(jī)(上位機(jī))連同DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線共同組成主/從結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)各保護(hù)裝置之間以及各保護(hù)裝置與變電站控制中心上位機(jī)之間的實(shí)時(shí)和高效數(shù)據(jù)傳輸。為保證信息交換的安全性和實(shí)時(shí)性,以光纖為傳輸媒體,各變電站控制中心工控機(jī)和集控中心服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)卡、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成高速工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),在各變電站控制中心之間以及各變電站控制中心與集控中心之間進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換。2滿足一定時(shí)限分布為滿足變電站自動(dòng)化功能對(duì)信息傳輸提出的實(shí)時(shí)性要求,信息在系統(tǒng)內(nèi)的傳輸延時(shí)必須滿足一定的時(shí)限。為此,本文提出采用現(xiàn)場(chǎng)總線傳送延時(shí)模型與性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)DeviceNet的通信性能(吞吐量、傳送延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)效率、網(wǎng)絡(luò)利用率)進(jìn)行分析,從而驗(yàn)證自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)DeviceNet通信的實(shí)時(shí)性和可靠性是否滿足要求。2.1tdrv的數(shù)學(xué)模型現(xiàn)場(chǎng)總線的報(bào)文傳送延時(shí)Tdelay定義為源節(jié)點(diǎn)欲開(kāi)始發(fā)送報(bào)文的時(shí)刻A至目的節(jié)點(diǎn)完成報(bào)文接收的時(shí)刻B為止所需的時(shí)間,主要包括源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送總延時(shí)Tsst、通道傳播延時(shí)Tprop和目的節(jié)點(diǎn)的接收延時(shí)Tdrv,其中,Tsst包括等待時(shí)間Twait和報(bào)文發(fā)送凈延時(shí)Tframe。報(bào)文傳送延時(shí)模型如圖2所示。現(xiàn)場(chǎng)總線傳送延時(shí)的數(shù)學(xué)模型為:Tdelay=Tsst+Tprop+Tdrv=Twait+Tframe+Tprop+Tdrv(1)實(shí)際應(yīng)用中,由于現(xiàn)場(chǎng)總線一般傳輸距離較短,而且報(bào)文在通道中的傳輸速度約為2×108m/s,因此,Tprop和Tdrv可忽略。于是,現(xiàn)場(chǎng)總線傳送延時(shí)數(shù)學(xué)模型可簡(jiǎn)化為:Tdelay≈Twait+Tframe(2)在一次完整性通信中,報(bào)文總傳送延時(shí)TdelayΣ為:ΤdelayΣ=∑i∈ΝnodeΜ(i)∑j=1Τdelayi,j(3)TdelayΣ=∑i∈Nnode∑j=1M(i)Tdelayi,j(3)式中:Nnode為節(jié)點(diǎn)集合;M(i)為節(jié)點(diǎn)i的報(bào)文數(shù)量。由式(2)可知,等待延時(shí)Twait是總傳送延時(shí)TdelayΣ的主要組成部分,若Twait為有限值,對(duì)下式從k=1處開(kāi)始迭代,可得:Τwaitk=Τresid+Τbreak+∑j∈ΝΗΡΤwaitk-1+ΤbitΤperij?(Τframej+Τbreak)(4)Twaitk=Tresid+Tbreak+∑j∈NHPTwaitk?1+TbitTperij?(Tframej+Tbreak)(4)式中:Tresid為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)完成發(fā)送所需的剩余時(shí)間;Tbreak為通信通道的間隙時(shí)間;NHP為比等待節(jié)點(diǎn)具有較高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)集合;Tperij為節(jié)點(diǎn)j的周期;Tbit為位時(shí)間。2.2tdela網(wǎng)絡(luò)效率現(xiàn)場(chǎng)總線性能評(píng)價(jià)指標(biāo)由包信息率、吞吐量、傳送延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)效率、網(wǎng)絡(luò)利用率和數(shù)據(jù)包丟失率6個(gè)參數(shù)組成。每個(gè)數(shù)據(jù)幀中有效數(shù)據(jù)位數(shù)Neff與數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)總位數(shù)Nsum之比定義為包信息率Pinf,即Ρinf=ΝeffΝsum(5)Pinf=NeffNsum(5)包信息率主要反映網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議效率。一次完整性通信中,節(jié)點(diǎn)之間互相傳送的有效數(shù)據(jù)量Nd與傳送該有效數(shù)據(jù)量所需的TdelayΣ之比定義為現(xiàn)場(chǎng)總線的吞吐量Qthr,即Qthr=ΝdΤdelayΣ(6)Qthr=NdTdelayΣ(6)吞吐量由波特率、網(wǎng)絡(luò)模型和數(shù)據(jù)觸發(fā)方式等因素決定,主要反映網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)的通信能力。一次完整性通信中總的Tframe與TdelayΣ之比定義為網(wǎng)絡(luò)效率Peff,即Ρeff=∑i∈ΝnodeΜ(i)∑j=1Τframei,jΤdelayΣ(7)Peff=∑i∈Nnode∑j=1M(i)Tframei,jTdelayΣ(7)網(wǎng)絡(luò)效率主要反映網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。一次完整性通信中,總運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的TdelayΣ與總運(yùn)行時(shí)間之比定義為網(wǎng)絡(luò)利用率Putil,即Ρutil=ΤdelayΣΤsum(8)Putil=TdelayΣTsum(8)網(wǎng)絡(luò)利用率主要反映帶寬的利用程度。一次完整性通信中,丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量Nloss與包括重發(fā)在內(nèi)的總數(shù)據(jù)包位數(shù)NΣ之比定義為數(shù)據(jù)包丟失率Ploss,即Ρloss=ΝlossΝΣ(9)數(shù)據(jù)包丟失率主要反映通信的穩(wěn)定性。2.3自適應(yīng)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)各自適應(yīng)保護(hù)裝置與變電站控制中心生產(chǎn)和/或消費(fèi)、通過(guò)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞的數(shù)據(jù)類型及其內(nèi)容和通信量如下。類型1:自適應(yīng)保護(hù)裝置初始上電時(shí)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(各保護(hù)整定值、互感器變比以及裝置節(jié)點(diǎn)地址和通信波特率等),通信量為42字節(jié)。類型2:自適應(yīng)保護(hù)裝置周期性生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(供配電線路電流、電壓值以及遙信輸入通道開(kāi)關(guān)狀態(tài)和控制繼電器狀態(tài)等),通信量為14字節(jié)。類型3:供配電線路發(fā)生故障時(shí)自適應(yīng)保護(hù)裝置生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(故障類型、故障發(fā)生時(shí)間以及故障發(fā)生時(shí)線路的電壓、電流值等),通信量為19字節(jié)。類型4:自適應(yīng)保護(hù)裝置保護(hù)整定值發(fā)生變化時(shí)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(各保護(hù)電流、電壓以及時(shí)間整定值等),通信量為12字節(jié)。類型5:變電站控制中心上位機(jī)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(設(shè)置或控制信息,包括跳閘命令、合閘命令、各自適應(yīng)保護(hù)裝置節(jié)點(diǎn)地址及其保護(hù)整定值發(fā)生變化時(shí)新的整定值),通信量為44字節(jié)?？紤]自適應(yīng)保護(hù)裝置生產(chǎn)和/或消費(fèi)的不同數(shù)據(jù)類型對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不同,確定類型1和類型2中的數(shù)據(jù)使用輪詢方式傳送,類型3、類型4和類型5中的數(shù)據(jù)使用狀態(tài)改變方式傳送。下面利用上述現(xiàn)場(chǎng)總線傳送延時(shí)模型和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)使用的DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線在狀態(tài)改變、輪詢這2種數(shù)據(jù)觸發(fā)方式下的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估條件如下:設(shè)定DeviceNet選用的波特率為500kbit/s,網(wǎng)絡(luò)采用主/從結(jié)構(gòu),由1個(gè)主站(變電站控制中心工控機(jī))和10個(gè)從站(供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置)組成。主站的媒體訪問(wèn)控制識(shí)別符(MACID)為1,從站節(jié)點(diǎn)地址依次為MACID2,MACID3,…,MACID11。1網(wǎng)絡(luò)性能及網(wǎng)絡(luò)模型輪詢方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,此方式下的數(shù)據(jù)傳送通過(guò)輪詢命令/響應(yīng)報(bào)文實(shí)現(xiàn),輪詢命令報(bào)文可向目的從站輸出數(shù)據(jù)或請(qǐng)求數(shù)據(jù)。下面以傳送42字節(jié)數(shù)據(jù)為例,分析輪詢方式下DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的通信性能。在本評(píng)估實(shí)例中,從節(jié)點(diǎn)收到主節(jié)點(diǎn)的命令報(bào)文后均發(fā)送響應(yīng)報(bào)文。每次完整性通信由10個(gè)來(lái)自主節(jié)點(diǎn)的命令報(bào)文和10個(gè)來(lái)自從節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)報(bào)文組成。其中:命令報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)為空,則命令報(bào)文幀長(zhǎng)度為44位,包信息率Pinf為0;響應(yīng)報(bào)文傳送42字節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),因此,在DeviceNet上需通過(guò)分段進(jìn)行傳送,由于DeviceNet分段報(bào)文數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)最大為7字節(jié),因此,通過(guò)發(fā)送6幀方可完成,各幀的數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為7字節(jié),其幀長(zhǎng)度為108位,包信息率Pinf為51.9%。設(shè)定幀間空間為3位。此外,設(shè)定總運(yùn)行時(shí)間Tsum為50ms,不存在數(shù)據(jù)包的丟失。主節(jié)點(diǎn)的輪詢順序依據(jù)MACID,則從節(jié)點(diǎn)被訪問(wèn)的順序依次為MACID2,MACID3,…,MACID11。由式(2)～式(4)得主節(jié)點(diǎn)和各從節(jié)點(diǎn)的傳送等待延時(shí)以及總傳送延時(shí)分別為:Twait1=0ms,Twait2=0.094ms,Twait3=1.520ms,Twait4=2.946ms,Twait5=4.372ms,Twait6=5.798ms,Twait7=7.224ms,Twait8=8.650ms,Twait9=10.076ms,Twait10=11.502ms,Twait11=12.928ms,TdelayΣ=14.254ms。由式(6)～式(8)得吞吐量、網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)利用率分別為:Qthr=ΝdΤdelayΣ=10×42×8×100014.254=235.7(kbit/s)Ρeff=∑i∈ΝnodeΜ(i)∑j=1Τframei,jΤdelayΣ=13.83414.254=97.1(％)Ρutil=ΤdelayΣΤsum=14.25450=28.51(％)同等條件下傳送14個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送等待延時(shí)和總傳送延時(shí)分別為:Twait1=0ms,Twait2=0.094ms,Twait3=0.632ms,Twait4=1.170ms,Twait5=1.708ms,Twait6=2.246ms,Twait7=2.784ms,Twait8=3.322ms,Twait9=3.860ms,Twait10=4.398ms,Twait11=4.936ms,TdelayΣ=5.374ms;吞吐量、網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)利用率分別為:Qthr=208.4kbit/s,Peff=96.8%,Putil=10.75%。2網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)利用率現(xiàn)以傳送44字節(jié)數(shù)據(jù)為例分析狀態(tài)改變方式下DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的通信性能。狀態(tài)改變方式下共有4種報(bào)文:主節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改變報(bào)文;從節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改變應(yīng)答報(bào)文;從節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改變報(bào)文;主節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改變應(yīng)答報(bào)文。本評(píng)估實(shí)例選擇從節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改變報(bào)文,主節(jié)點(diǎn)不對(duì)此報(bào)文進(jìn)行響應(yīng),且不考慮狀態(tài)改變之間的時(shí)間差。每次完整性通信僅由10個(gè)從節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改變報(bào)文組成,此報(bào)文需傳送44字節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),因此,在DeviceNet上需通過(guò)分段進(jìn)行傳送;由于DeviceNet分段報(bào)文數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)最大為7字節(jié),因此,通過(guò)發(fā)送7幀方可完成。第1幀到第6幀的數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為7字節(jié),其幀長(zhǎng)度為108位,包信息率Pinf為51.9%;第7幀的數(shù)據(jù)區(qū)為2字節(jié),其幀長(zhǎng)度為68位,包信息率Pinf為23.5%。設(shè)定幀間空間為3位。此外,設(shè)定總運(yùn)行時(shí)間Tsum為50ms,不存在數(shù)據(jù)包的丟失。根據(jù)具有消息優(yōu)先級(jí)仲裁的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/AMP)機(jī)制,從節(jié)點(diǎn)發(fā)送響應(yīng)報(bào)文的順序依次為MACID2,MACID3,…,MACID11。由式(2)～式(4)得主節(jié)點(diǎn)和各從節(jié)點(diǎn)的傳送等待延時(shí)以及總傳送延時(shí)分別為:Twait2=0ms,Twait3=1.474ms,Twait4=2.948ms,Twait5=4.422ms,Twait6=5.896ms,Twait7=7.370ms,Twait8=8.844ms,Twait9=10.318ms,Twait10=11.792ms,Twait11=13.266ms,TdelayΣ=14.734ms。由式(6)～式(8)得吞吐量、網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)利用率分別為:Qthr=ΝdΤdelayΣ=10×44×8×100014.734=238.9(kbit/s)Ρeff=∑i∈ΝnodeΜ(i)∑j=1Τframei,jΤdelayΣ=14.32014.734=97.2(％)Ρutil=ΤdelayΣΤsum=14.73450=29.47(％)同等條件下傳送19字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送等待延時(shí)和總的傳送延時(shí)分別為:Twait2=0ms,Twait3=0.634ms,Twait4=1.268ms,Twait5=1.902ms,Twait6=2.536ms,Twait7=3.170ms,Twait8=3.804ms,Twait9=4.438ms,Twait10=5.072ms,Twait11=5.706ms,TdelayΣ=6.334ms;吞吐量、網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)利用率分別為:Qthr=240.0kbit/s,Peff=97.3%,Putil=12.67%。同等條件下傳送12字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送等待延時(shí)和總的傳送延時(shí)分別為:Twait2=0ms,Twait3=0.412ms,Twait4=0.824ms,Twait5=1.236ms,Twait6=1.648ms,Twait7=2.060ms,Twait8=2.472ms,Twait9=2.884ms,Twait10=3.296ms,Twait11=3.708ms,TdelayΣ=4.114ms;吞吐量、網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)利用率分別為:Qthr=233.3kbit/s,Peff=97.2%,Putil=8.23%。自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)變電站層DeviceNet網(wǎng)絡(luò)在狀態(tài)改變和輪詢這2種數(shù)據(jù)觸發(fā)方式下的通信性能如表1所示。由以上分析結(jié)果可知,DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線在小數(shù)據(jù)量通信(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)小于100字節(jié))的條件下具有良好的實(shí)時(shí)性、優(yōu)異的吞吐量、較高的網(wǎng)絡(luò)效率和較低的網(wǎng)絡(luò)利用率。3自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)以太網(wǎng)傳輸工業(yè)以太網(wǎng)由于可解決共享以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制(MAC)機(jī)制所導(dǎo)致的媒體訪問(wèn)沖突問(wèn)題,已在電力系統(tǒng)中得到一定程度應(yīng)用。但它所采用的先進(jìn)先出(FIFO)方式不可避免地會(huì)出現(xiàn)緩沖器溢出現(xiàn)象,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失,降低網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。暫停(Pause)操作是一種數(shù)據(jù)鏈路層上的“源抑制”控制方法。全雙工鏈路兩端的任何一個(gè)設(shè)備均可向?qū)Ψ桨l(fā)送Pause幀,使對(duì)方在一段時(shí)間內(nèi)“暫停”數(shù)據(jù)幀的發(fā)送,從而減小網(wǎng)絡(luò)輸入負(fù)荷,解除網(wǎng)絡(luò)擁塞。本文將IEEE802.3x中的Pause操作引入交換機(jī)緩沖器的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制中,從而保證工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)和可靠通信,提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)由各變電站控制中心與集控中心生產(chǎn)和/或消費(fèi)、通過(guò)以太網(wǎng)傳遞的數(shù)據(jù)類型及其內(nèi)容如下。類型1:變電站內(nèi)各供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置初始上電時(shí)變電站控制中心生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(各供配電線路編號(hào)、各保護(hù)整定值以及互感器變比等)。類型2:各變電站控制中心周期性生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(線路編號(hào)及其電流、電壓值以及各斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的位置狀態(tài)等)。類型3:變電站內(nèi)供配電線路發(fā)生故障時(shí)變電站控制中心生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(故障線路編號(hào)、故障類型、故障發(fā)生時(shí)間以及故障發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)線路的電壓、電流值等)。類型4:變電站內(nèi)供配電線路自適應(yīng)保護(hù)裝置保護(hù)整定值發(fā)生變化時(shí)變電站控制中心生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(線路編號(hào)及其各保護(hù)整定值)。類型5:集控中心生產(chǎn)的數(shù)據(jù)(設(shè)置信息、控制信息或報(bào)警信息)。交換式工業(yè)以太網(wǎng)傳送延時(shí)由以下5部分組成:①由發(fā)送者到交換機(jī)傳送數(shù)據(jù)第1位所需的傳播延時(shí)TFP,通常取決于發(fā)送者與交換機(jī)之間的物理距離;②交換機(jī)接收所有幀所需的時(shí)間TRV;③清除輸入緩沖器內(nèi)所有幀所需的時(shí)間TCI;④清除輸出緩沖器內(nèi)所有幀所需的時(shí)間TCO;⑤由交換機(jī)至接收者的最后一位數(shù)據(jù)傳送所需的傳播延時(shí)TLP,通常取決于交換機(jī)與接收者之間的物理距離。電信號(hào)在導(dǎo)線中的傳輸速度約為2×108m/s。TRV,TCI,TCO受輸入和輸出緩沖器行為的影響。為驗(yàn)證該自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性,下面對(duì)自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)以太網(wǎng)的傳送延時(shí)進(jìn)行分析。設(shè)定全雙工交換式工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)由16個(gè)傳感器(變電站控制中心工控機(jī))和1個(gè)控制器(集控中心工控機(jī))構(gòu)成;發(fā)送者與交換機(jī)之間的物理距離以及交換機(jī)與接收者之間的物理距離均為100m;輸入與輸出端口通過(guò)100Mbit/s全雙工以太網(wǎng)電纜連接,而且要求每個(gè)傳感器周期地發(fā)送50幀數(shù)據(jù);每幀數(shù)據(jù)含有1020字節(jié)數(shù)據(jù)和144bit頭部信息;電纜的錯(cuò)誤幀比率為0.001;交換機(jī)選用每秒可處理14880幀的Cisco3000以太網(wǎng)交換機(jī),其每個(gè)端口的緩沖器長(zhǎng)度為16幀,并將輸入緩沖器的高標(biāo)記位H、低標(biāo)記位L分別設(shè)為14幀和8幀;有效帶寬為99.9Mbit/s;一個(gè)周期內(nèi),16個(gè)傳感器分別向控制器發(fā)送50幀數(shù)據(jù)。因此,交換機(jī)帶寬λp=123.5Mbit/s,輸出帶寬λout=100Mbit/s,λout≤λp,輸出緩沖器將被填滿。交換機(jī)輸入帶寬λin=100Mbit/s,由1λep=1λout+1λp(10)可得輸入緩沖器有效帶寬λep=55.3Mbit/s,則每個(gè)輸入緩沖器的帶寬為λep/16≤λin,因此,輸入緩沖器也將被填滿。在輸入緩沖器和輸出緩沖器均填滿的情況下,交換機(jī)接收來(lái)自n個(gè)發(fā)送者q幀所需時(shí)間為:ΤRV={ΤΗ+k-1∑i=0(