中国电力 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (10): 53-61.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305137
• 风电机组及场站主动支撑与运行控制监测关键技术 • 上一篇 下一篇
戴建军1,2(), 王明明1,2(
), 游云汉1,2(
), 张玉1,2(
)
收稿日期:
2023-05-31
出版日期:
2023-10-28
发布日期:
2023-10-31
作者简介:
戴建军(1981—),男,高级工程师,从事工业网络通信研究,E-mail: daijj@chinawindey.com基金资助:
Jianjun DAI1,2(), Mingming WANG1,2(
), Yunhan YOU1,2(
), Yu ZHANG1,2(
)
Received:
2023-05-31
Online:
2023-10-28
Published:
2023-10-31
Supported by:
摘要:
为解决风电主动支撑和运行控制网络在实时性和可靠性方面所面临的挑战,满足电网调度响应时间要求,针对多业务、大流量通信场景,提出了一种基于时间敏感网络(time-sensitive network,TSN)技术的新型网络模式,通过优化算法对各业务通信时隙进行分配,实现单时间点单业务通信,从而保障业务通信的实时性和可靠性。实验结果表明,在多业务通信情况下,所提时隙算法可以有效分割业务传输间隙,控制各业务延时抖动,提高业务实时性。因此,风电机组通信网络从传统的“尽力而为”型以太网转变为时间敏感网络,避免多业务通信资源拥塞,满足重要数据通信确定性和及时性的需求,提升风电机组主动支撑能力。
戴建军, 王明明, 游云汉, 张玉. 基于时间敏感网络的风电主动支撑和运行控制网络技术研究[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 53-61.
Jianjun DAI, Mingming WANG, Yunhan YOU, Yu ZHANG. Research on Active Support and Operation Control Network of Wind Turbine Based on Time-Sensitive Network[J]. Electric Power, 2023, 56(10): 53-61.
主动支撑内容 | 响应时间 | |
一次调频 | 单机响应滞后时间≤1 s 单机上升时间≤9 s 单机调节时间≤15 s | |
惯量响应 | 单机惯量响应时间≤500 ms | |
快速调压 | 单机无功响应时间≤300 ms |
表 1 主动支撑系统通信要求
Table 1 Active support system communication requirements
主动支撑内容 | 响应时间 | |
一次调频 | 单机响应滞后时间≤1 s 单机上升时间≤9 s 单机调节时间≤15 s | |
惯量响应 | 单机惯量响应时间≤500 ms | |
快速调压 | 单机无功响应时间≤300 ms |
PCP优先级 | 缩写 | 流量类型 | ||
1 | BK | Background | ||
0 | BE | Best effort | ||
2 | EE | Excellent effort | ||
3 | CA | Critical applications | ||
4 | VI | Video 100 ms latency and jitter | ||
5 | VO | Voice 10 ms latency and jitter | ||
6 | IC | Internetwork control | ||
7 | NC | Network control |
表 2 流量类型和优先级对照表
Table 2 Traffic types and priority values
PCP优先级 | 缩写 | 流量类型 | ||
1 | BK | Background | ||
0 | BE | Best effort | ||
2 | EE | Excellent effort | ||
3 | CA | Critical applications | ||
4 | VI | Video 100 ms latency and jitter | ||
5 | VO | Voice 10 ms latency and jitter | ||
6 | IC | Internetwork control | ||
7 | NC | Network control |
编号 | 业务 | VLAN | 源MAC | 目的MAC | 源端口 | |||||
A | 主动支撑 | 2 | PLC | EMS | 48898 | |||||
B | 机组监控 | 2 | PLC | SCADA | 48898 | |||||
C | 文件同步 | 2 | PLC | SCADA | 22 |
表 3 风电机组业务四元组
Table 3 Wind turbine service four-tuple
编号 | 业务 | VLAN | 源MAC | 目的MAC | 源端口 | |||||
A | 主动支撑 | 2 | PLC | EMS | 48898 | |||||
B | 机组监控 | 2 | PLC | SCADA | 48898 | |||||
C | 文件同步 | 2 | PLC | SCADA | 22 |
业务 | 速率/Mbps | 帧长度/Byte | 周期/μs | 优先级 | ||||
EMS | 7.5 | 1500 | 200 | 7 | ||||
SCADA | 7.5 | 1500 | 200 | 6 | ||||
FTP | 15.0 | 1500 | 100 | 5 | ||||
Other | 60.0 | 1500 | 25 | 4 |
表 4 风电场数据流参数
Table 4 Wind farm data flow parameters
业务 | 速率/Mbps | 帧长度/Byte | 周期/μs | 优先级 | ||||
EMS | 7.5 | 1500 | 200 | 7 | ||||
SCADA | 7.5 | 1500 | 200 | 6 | ||||
FTP | 15.0 | 1500 | 100 | 5 | ||||
Other | 60.0 | 1500 | 25 | 4 |
流分类 | 发送速率/ Mbps | 帧长度/ Byte | 最大延迟/ μs | 最小延时/ μs | 平均抖动/ μs | 丢包率 | ||||||
S1 | 7.5 | 1500 | 280.08 | 239.43 | 17.80 | 0 | ||||||
S2 | 7.5 | 1500 | 279.27 | 237.51 | 10.41 | 0 | ||||||
S3 | 15.0 | 1500 | 115.18 | 100.56 | 3.22 | 0 | ||||||
S4 | 60.0 | 1500 | 27.11 | 25.03 | 2.12 | 0 |
表 5 非TSN环境下测试结果
Table 5 Test results in non-TSN environment
流分类 | 发送速率/ Mbps | 帧长度/ Byte | 最大延迟/ μs | 最小延时/ μs | 平均抖动/ μs | 丢包率 | ||||||
S1 | 7.5 | 1500 | 280.08 | 239.43 | 17.80 | 0 | ||||||
S2 | 7.5 | 1500 | 279.27 | 237.51 | 10.41 | 0 | ||||||
S3 | 15.0 | 1500 | 115.18 | 100.56 | 3.22 | 0 | ||||||
S4 | 60.0 | 1500 | 27.11 | 25.03 | 2.12 | 0 |
流分类 | 发送速率/ Mbps | 帧长度/ Byte | 最大延迟/ μs | 最小延时/ μs | 平均抖动/ μs | 丢包率 | ||||||
S1 | 7.5 | 1500 | 205.08 | 201.39 | 2.21 | 0 | ||||||
S2 | 7.5 | 1500 | 230.27 | 225.22 | 3.33 | 0 | ||||||
S3 | 15.0 | 1500 | 161.07 | 148.53 | 4.23 | 0 | ||||||
S4 | 60.0 | 1500 | 48.19 | 38.53 | 3.12 | 0 |
表 6 TSN环境下测试结果
Table 6 Test results in TSN environment
流分类 | 发送速率/ Mbps | 帧长度/ Byte | 最大延迟/ μs | 最小延时/ μs | 平均抖动/ μs | 丢包率 | ||||||
S1 | 7.5 | 1500 | 205.08 | 201.39 | 2.21 | 0 | ||||||
S2 | 7.5 | 1500 | 230.27 | 225.22 | 3.33 | 0 | ||||||
S3 | 15.0 | 1500 | 161.07 | 148.53 | 4.23 | 0 | ||||||
S4 | 60.0 | 1500 | 48.19 | 38.53 | 3.12 | 0 |
1 | 秦世耀, 应有, 李少林, 等. 电网友好型风电高效安全主动支撑关键技术及规模化应用: 9112019 Y490 [P]. 2020-01-10. |
2 | 秦世耀. 风电机组惯量及一次调频优化控制研究[D]. 南京: 东南大学, 2021. |
QIN Shiyao. Research on inertia and primary frequency modulation optimal control of wind turbine[D]. Nanjing: Southeast University, 2021. | |
3 | 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. GB/T 19963.1—2021, 风电场接入电力系统技术规定 第1部分: 陆上风电[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021. |
4 | IEEE Std 802.1 QbvTM-2015. IEEE standard for local and metropolitan area networks bridges and bridged networks amendment 25: enhancement for scheduled traffic[S]. Piscataway, NJ: IEEE, 2015. |
5 | IEEE 802.1 Qbu. IEEE standard for local and metropolitan area networks-bridgesand bridged networks amendment 26: frame preemption [S]. 2016. |
6 |
宋华振. 时间敏感型网络技术综述[J]. 自动化仪表, 2020, 41 (2): 1- 9.
DOI |
SONG Huazhen. Summary on time sensitive network technology[J]. Process Automation Instrumentation, 2020, 41 (2): 1- 9.
DOI |
|
7 |
NAYAK N G, DURR F, ROTHERMEL K. Incremental flow scheduling and routing in time-sensitive software-defined networks[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018, 14 (5): 2066- 2075.
DOI |
8 |
赵明君, 吕航, 杨贵, 等. 基于流量控制的智能变电站网络传输可靠性提升方案[J]. 电力系统保护与控制, 2019, 47 (10): 141- 146.
DOI |
ZHAO Mingjun, LÜ Hang, YANG Gui, et al. Data transmission reliability promotion scheme in smart substation based on flow control[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47 (10): 141- 146.
DOI |
|
9 |
陈德辉, 须雷, 赵希才. 智能变电站自动化与保护核心IEC标准的进展与分析[J]. 电力系统自动化, 2019, 43 (21): 229- 239.
DOI |
CHEN Dehui, XU Lei, ZHAO Xicai. Development and analysis of core IEC standards for smart substation automation and relay protection[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43 (21): 229- 239.
DOI |
|
10 | 皮志勇, 朱益, 廖玄, 等. 基于深度学习的智能变电站通信链路故障定位方法[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 136- 145. |
PI Zhiyong, ZHU Yi, LIAO Xuan, et al. Fault location method for communication link in smart substation based on deep learning[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 136- 145. | |
11 |
贾惠彬, 胡子函, 吴堃, 等. 基于时间敏感网络的变电站通信网络最大时延计算方法[J]. 电力系统自动化, 2023, 47 (1): 192- 199.
DOI |
JIA Huibin, HU Zihan, WU Kun, et al. Calculation method of maximum delay of substation communication network based on time-sensitive network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2023, 47 (1): 192- 199.
DOI |
|
12 |
高会生, 于文思, 韩东升. 基于时间敏感网络的风电场通信网时延特性分析[J]. 现代电力, 2021, 38 (4): 465- 472.
DOI |
GAO Huisheng, YU Wensi, HAN Dongsheng. Analysis of latency characteristics of wind farm communication network based on time-sensitive networking[J]. Modern Electric Power, 2021, 38 (4): 465- 472.
DOI |
|
13 | 刘娜. 风力发电场通信网络设计与研究[C]// 中国电机工程学会电力通信专业委员会第七届学术会议论文集, 福州: 中国电机工程学会, 2008: 321–324. |
14 | DL/T 860, 变电站通信网络和系统[S]. 北京: 中国电力出版社, 2006. |
15 |
周飞飞, 何迎利, 程程, 等. 一种基于TSN特性的以太网组网在智能变电站中的设计方案[J]. 电力信息与通信技术, 2021, 19 (10): 100- 106.
DOI |
ZHOU Feifei, HE Yingli, CHENG Cheng, et al. A design scheme of ethernet networking with TSN characteristics in smart substation[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2021, 19 (10): 100- 106.
DOI |
|
16 | IEEE Std 802.1 Qbu-2016. IEEE standard for local and metropolitan area networks bridges and bridged networks amendment 26: frame p-reemption[S]. New York, USA: IEEE, 2016. |
17 |
BARAKAT C, THIRAN P, IANNACCONE G, et al. Modeling internet backbone traffic at the flow level[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2003, 51 (8): 2111- 2124.
DOI |
18 | 茹旭隆. 时间敏感网络中的时间同步技术研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2018. |
RU Xulong. Research on time synchronization technology in time-sensitive networks[D]. Xi'an: Xidian University, 2018. | |
19 | 李响, 李彦, 张晓宇, 等. 基于时间敏感网络技术的组网采样同步方案[J]. 浙江电力, 2022, 41 (6): 15- 21. |
LI Xiang, LI Yan, ZHANG Xiaoyu, et al. A networking sampling synchronization solution based on time-sensitive networking[J]. Zhejiang Electric Power, 2022, 41 (6): 15- 21. | |
20 | 孙广东. 时间敏感网络中时钟同步与调度算法的研究与仿真[D]. 北京: 北京邮电大学, 2018. |
SUN Guangdong. Research and simulation of clock synchronization and scheduling algorithm in time-sensitive networks[D]. Beijing: Beijing University of Posts and Telecommunications, 2018. |
[1] | 罗美玲, 马英, 黄伟兵, 孟令昆, 于晓军, 郑涛. 计及电压幅值检测延时及相位跳变的IIDG故障电流解析计算[J]. 中国电力, 2024, 57(2): 72-81. |
[2] | 吴林林, 程浩, 刘京波, 杜东冶, 龚超, 郭春义. 静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响[J]. 中国电力, 2022, 55(9): 163-173,182. |
[3] | 刘刚, 陈海东, 孙睿哲, 彭佩佩. 集群光伏电站频率主动支撑自校正控制方法[J]. 中国电力, 2022, 55(9): 156-162. |
[4] | 李奇南, 夏勇军, 张晓林, 孙宝奎, 孙华东, 张帆, 李兰芳, 杨岳峰, 韩情涛. 渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(7): 11-21. |
[5] | 李肖博, 于杨, 姚浩, 习伟, 蔡田田. 新一代智能变电站采控装置[J]. 中国电力, 2022, 55(4): 85-92. |
[6] | 李满礼, 陈学通, 刘东洋, 丁卫东. 信息物理融合视角下的电流纵差保护可靠性分析[J]. 中国电力, 2019, 52(1): 25-31. |
[7] | 李振兴, 吴李群, 谭洪, 程宜兴, 李振华. 基于简单通信的双端行波测距新方法[J]. 中国电力, 2018, 51(3): 74-79. |
[8] | 樊印龙, 张宝, 李蔚, 丁阳俊, 顾正皓. 上汽超超临界汽轮机汽门快关控制逻辑优化[J]. 中国电力, 2017, 50(9): 143-147. |
[9] | 陈极升,黄义隆,吴健颖,李晋伟. 天广直流线路故障重启逻辑优化措施研究[J]. 中国电力, 2016, 49(12): 65-69. |
[10] | 张少辉,滕玲,高强,孙凤杰,邢泽超. 卫星模拟器在电力时间同步系统检测中的应用[J]. 中国电力, 2016, 49(1): 133-135. |
[11] | 李信, 滕玲, 熊洪樟, 高强, 卢立峰, 汪洋. 电力时间同步系统在线监测方案[J]. 中国电力, 2015, 48(12): 12-15. |
[12] | 刘刚,高强,熊洪樟,滕玲,汪洋. 电力时间同步试验网建设现状及展望[J]. 中国电力, 2015, 48(10): 134-138. |
[13] | 韩本帅,孙中尉,崔海鹏,林泽源,张涛. 智能变电站过程层时间同步方式研究[J]. 中国电力, 2012, 45(11): 86-90. |
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