智能變電站過(guò)程層交換機(jī)測(cè)試技術(shù)研究

胡軍 車治兵

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的智能化建設(shè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。隨著“十三五”智能電網(wǎng)規(guī)劃的逐步實(shí)施，未來(lái)區(qū)域新建或改建的變電站原則上都需按照“三層兩網(wǎng)”的智能變電站模式進(jìn)行建設(shè)，為了確保電網(wǎng)基建、調(diào)試、檢修和運(yùn)維能夠適應(yīng)智能變電站技術(shù)，有必要對(duì)智能變電站相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行研究，而過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)作為智能變電站連接過(guò)程層和間隔層的核心設(shè)備，對(duì)其測(cè)試技術(shù)進(jìn)行研究有著重要的意義。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；過(guò)程層；交換機(jī)測(cè)試技術(shù)；研究

引言

作為智能變電站的核心設(shè)備之一，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)直接關(guān)系到全站的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要對(duì)其測(cè)試技術(shù)進(jìn)行研究。本文基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)智能變電站過(guò)程層交換機(jī)功能性能的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一套完整的測(cè)試方法。

1過(guò)程層交換機(jī)概述

智能變電站的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為“三層兩網(wǎng)”，其中“三層”是指站控層、間隔層和過(guò)程層，“兩網(wǎng)”是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。站控層主要包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、保信子站等，間隔層主要包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、計(jì)量裝置、在線監(jiān)測(cè)裝置、網(wǎng)絡(luò)分析裝置等，過(guò)程層主要包括智能終端和合并單元。站控層網(wǎng)絡(luò)由站控層交換機(jī)組網(wǎng)，并負(fù)責(zé)站控層系統(tǒng)與間隔層裝置的數(shù)據(jù)傳輸和通信，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)由過(guò)程層交換機(jī)組網(wǎng)，并負(fù)責(zé)間隔層裝置與過(guò)程層設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和通信。智能變電站的數(shù)據(jù)類型大致有MMS（ManufacturingMessageSpecification，制造業(yè)報(bào)文規(guī)范）、GOOSE（GenericObject-OrientedSubstationEvent，面向通用對(duì)象的變電站事件）和SV（SampleValue，采樣值）三種，其中MMS用于站控層網(wǎng)絡(luò)的通信，GOOSE和SV用于過(guò)程層的數(shù)據(jù)傳輸。由于GOOSE和SV分別涉及到控制命令、跳閘命令、變位信號(hào)、聯(lián)閉鎖信號(hào)和電流電壓采樣值，這些信號(hào)都關(guān)系到智能變電站的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，所以這對(duì)傳輸GOOSE和SV報(bào)文的過(guò)程層交換機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的可靠性就有了非常嚴(yán)格的要求，因此有必要在調(diào)試和定檢時(shí)對(duì)過(guò)程層交換機(jī)開展一系列的功能性能測(cè)試，以確保交換機(jī)的工作狀態(tài)滿足智能變電站穩(wěn)定可靠安全運(yùn)行的要求。

2過(guò)程層交換機(jī)測(cè)試技術(shù)

2.1吞吐量測(cè)試

吞吐量是指過(guò)程層交換機(jī)在不丟幀情況所能達(dá)到的最大傳輸速率，要求交換機(jī)所有端口的吞吐量為100%。測(cè)試接線為：交換機(jī)所有端口接入網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀進(jìn)行吞吐量測(cè)試，一組接8個(gè)端口進(jìn)行分組測(cè)試，直到所有端口都測(cè)試一遍。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試時(shí)間60s、常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)幀長(zhǎng)、步長(zhǎng)遞變搜索法、每組配置8個(gè)端口雙向互發(fā)數(shù)據(jù)。

2.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)及抖動(dòng)時(shí)延測(cè)試

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延是指從輸入幀的最后一個(gè)比特到達(dá)輸入端口開始至在輸出端口上檢測(cè)到該幀的第一個(gè)比特為止的時(shí)間間隔，抖動(dòng)時(shí)延是指存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延的變化值，要求不同幀長(zhǎng)下交換機(jī)的平均存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延小于10us、時(shí)延抖動(dòng)小于1us。測(cè)試接線為：交換機(jī)與網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀接線8個(gè)端口相連，任意選擇2個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試時(shí)間60s、常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)幀長(zhǎng)、測(cè)試速率為常規(guī)（10%、95%、100%）、配置2個(gè)端口雙向互發(fā)數(shù)據(jù)。

2.3幀丟失率測(cè)試

幀丟失率是指過(guò)程層交換機(jī)端口以特定頻率轉(zhuǎn)發(fā)特定數(shù)量數(shù)據(jù)幀情況下幀丟失的比率，要求幀丟失率為0。測(cè)試接線為：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀與交換機(jī)接線8個(gè)端口相連，任意選擇2個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試時(shí)間120s、常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)幀長(zhǎng)、測(cè)試速率為100%、配置2個(gè)端口雙向互發(fā)數(shù)據(jù)。

2.4MAC地址學(xué)習(xí)速率測(cè)試

MAC地址學(xué)習(xí)速率是指過(guò)程層交換機(jī)在無(wú)洪泛和丟幀情況下能夠?qū)W習(xí)新的MAC地址的最大速率，要求交換機(jī)MAC地址學(xué)習(xí)速率應(yīng)大于1000FPS。測(cè)試接線為：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀與交換機(jī)接線8個(gè)端口相連，任意選擇3個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試模式定點(diǎn)驗(yàn)證、驗(yàn)證值1001FPS、地址個(gè)數(shù)4096、老化時(shí)間300s，并分別配置學(xué)習(xí)端口、測(cè)試端口、監(jiān)控端口。

2.5MAC地址緩存能力測(cè)試

MAC地址緩存能力是指過(guò)程層交換機(jī)能夠緩存的不同MAC地址的數(shù)量，要求交換機(jī)MAC地址緩存能力不小于4096個(gè)。測(cè)試接線為：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀與交換機(jī)接線8個(gè)端口相連，任意選擇3個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試模式定點(diǎn)驗(yàn)證、驗(yàn)證值4096、學(xué)習(xí)速率1001FPS、老化時(shí)間300s，并分別配置學(xué)習(xí)端口、測(cè)試端口、監(jiān)控端口。

2.6網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴是指由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)和連接問(wèn)題，導(dǎo)致廣播、組播或未知單播在網(wǎng)絡(luò)中大量復(fù)制傳播數(shù)據(jù)幀，使通信網(wǎng)絡(luò)性能下降，造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓的現(xiàn)象。過(guò)程層交換機(jī)應(yīng)具備抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的功能，要求其實(shí)際抑制結(jié)果不應(yīng)超過(guò)抑制設(shè)定值的110%。測(cè)試接線為：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀與交換機(jī)接線8個(gè)端口相連，任意選擇2個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試時(shí)間30s、加載流量100000Kbps（100%）、測(cè)試幀長(zhǎng)64Byte、評(píng)估誤差（抑制偏差比偏差）10%、配置兩個(gè)端口一發(fā)一收，進(jìn)入交換機(jī)Web配置界面，開啟“廣播風(fēng)暴抑制”、“組播風(fēng)暴抑制”和“未知單播抑制”功能，設(shè)置抑制流量值為1000Kbps（1%）。

2.7端口鏡像測(cè)試

多端口鏡像指鏡像端口同時(shí)復(fù)制（監(jiān)視）一個(gè)或幾個(gè)端口數(shù)據(jù)。鏡像數(shù)據(jù)速率不大于端口轉(zhuǎn)發(fā)速率時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)幀丟失、亂序、復(fù)制現(xiàn)象，過(guò)程層交換機(jī)應(yīng)支持多端口鏡像功能，當(dāng)鏡像數(shù)據(jù)速率不大于端口轉(zhuǎn)發(fā)速率時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)幀丟失、亂序、復(fù)制現(xiàn)象。測(cè)試接線為：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀與交換機(jī)接線8個(gè)端口相連，任意選擇5個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置如：測(cè)試時(shí)間30s、測(cè)試幀長(zhǎng)64Byte，配置2個(gè)被鏡像端口和1個(gè)鏡像端口，除鏡像端口外其余4個(gè)端口目的MAC地址讓測(cè)試端口兩兩互發(fā)數(shù)據(jù)且轉(zhuǎn)發(fā)速率均為25%，進(jìn)入交換機(jī)Web配置界面，按照網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的端口設(shè)置配置被鏡像端口和鏡像端口。

2.8優(yōu)先級(jí)測(cè)試

過(guò)程層交換機(jī)應(yīng)支持IEEE802.1p流量?jī)?yōu)先級(jí)控制標(biāo)準(zhǔn)，提供流量?jī)?yōu)先級(jí)和動(dòng)態(tài)組播過(guò)濾服務(wù)，應(yīng)至少支持4個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，具有絕對(duì)優(yōu)先級(jí)功能，應(yīng)能夠確保關(guān)鍵應(yīng)用和時(shí)間要求高的信息流優(yōu)先進(jìn)行傳輸。不應(yīng)使帶有序列標(biāo)簽的數(shù)據(jù)如：SV、GOOSE等報(bào)文產(chǎn)生亂序現(xiàn)象。測(cè)試接線為：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀與交換機(jī)接線8個(gè)端口相連，任意選擇3個(gè)同類型端口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試參數(shù)設(shè)置為：測(cè)試時(shí)間30s、測(cè)試幀類型單播、吞吐率100%、測(cè)試幀長(zhǎng)64Byte，配置1個(gè)接收端口、2個(gè)發(fā)送端口，發(fā)送端口分別設(shè)置優(yōu)先級(jí)為4和7、加載流量分別為80%和50%，進(jìn)入交換機(jī)Web配置界面，開啟CoS優(yōu)先級(jí)功能，確認(rèn)優(yōu)先級(jí)類型為絕對(duì)優(yōu)先級(jí)，其中7優(yōu)先級(jí)最高、0優(yōu)先級(jí)最低。

結(jié)語(yǔ)

由于過(guò)程層交換機(jī)對(duì)于智能變電站的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行有著舉足輕重的影響，故有必要對(duì)其功能性能的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行研究。本文基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)研究了吞吐量、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)及抖動(dòng)時(shí)延、幀丟失率、MAC地址學(xué)習(xí)速率、MAC地址緩存能力、錯(cuò)誤幀過(guò)濾、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制、端口鏡像、優(yōu)先級(jí)等過(guò)程層交換機(jī)關(guān)鍵性能和功能的測(cè)試技術(shù)，對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員開展過(guò)程層交換機(jī)調(diào)試、檢修和運(yùn)維有著可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和意義。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信陽(yáng)供電公司）