基于时间敏感网络的变电站通信网络最大时延计算方法

贾惠彬; 胡子函; 吴堃; 武文瑞

doi:10.7500/AEPS20220509007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于时间敏感网络的变电站通信网络最大时延计算方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于时间敏感网络的变电站通信网络最大时延计算方法
- Calculation Method for Maximum Time Delay of Substation Communication Network Based on Time-sensitive Networking
- 电力系统自动化 2023年47卷第1期页码：192-199
- 作者机构：
  
  华北电力大学电子与通信工程系，河北省保定市 071003
- 作者简介：
  
  贾惠彬(1979—)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：智能电网通信与物联网技术。E-mail：huibin.jia@foxmail.com
  胡子函(1996—)，男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：智能电网通信与物联网技术。E-mail：695644142@qq.com
  吴堃(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：智能电网通信与物联网技术。E-mail：2506260324@qq.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2401003)
- DOI：10.7500/AEPS20220509007
  中图分类号：
- 收稿：2022-05-09，
  
  修回：2022-07-23，
  
  网络出版：2022-11-04，
  
  纸质出版：2023-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
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.

JIA Huibin,HU Zihan,WU Kun,et al.Calculation Method for Maximum Time Delay of Substation Communication Network Based on Time-sensitive Networking[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(1):192-199.
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： 10.7500/AEPS20220509007.

JIA Huibin,HU Zihan,WU Kun,et al.Calculation Method for Maximum Time Delay of Substation Communication Network Based on Time-sensitive Networking[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(1):192-199. DOI： 10.7500/AEPS20220509007.

摘要

基于IEC 61850智能变电站业务的通信需求和时间敏感网络(time-sensitive networking，TSN)的基本原理，应用TSN技术保障变电站通信业务的实时性。基于TSN流调度协议IEEE 802.1Qbv的交换机转发原理建立了信息流服务曲线，基于变电站通信网络报文传输特性建立了信息源到达曲线，利用网络演算理论，提出了变电站报文传输的端到端最大时延计算方法。通过不同层次的变电站通信网络仿真分析，结果表明TSN技术满足了变电站业务的通信需求，尤其在保证关键控制命令等时间敏感业务传输的实时性方面具有明显优势。所提出的最大时延计算方法为智能变电站应用TSN的时延分析提供了理论计算依据。

Abstract

Based on the communication requirements of IEC 61850 smart substation services and the basic principle of time-sensitive networking (TSN)

TSN technology is applied to ensure the real-time characteristic of substation communication services. The information flow service curve is established based on the switch forwarding principle of the TSN flow scheduling protocol IEEE 802.1Qbv. Based on the packet transmission characteristics of the substation communication network

the arrival curve of the information source is established

and a calculation method of the end-to-end maximum time delay of the substation packet transmission is proposed by using the network calculus theory. Through the simulation analysis of different levels of substation communication network

the results show that TSN technology meets the communication requirement of substation services

especially in ensuring the real-time transmission of time-sensitive services such as key control commands. The proposed maximum time delay calculation method provides a theoretical calculation basis for time delay analysis of applying TSN to smart substations.

关键词

Keywords

references

SIDHU T S ， YIN Y J . Modelling and simulation for performance evaluation of IEC 61850-based substation communication systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2007 ， 22 （ 3 ）： 1482 - 1489 .

IEC . Communication networks and systems in substations ： IEC 61850 Ed 2.0—2012 ［S］. 2012 .

PREMARATNE U ， SAMARABANDU J ， SIDHU T ， et al . Security analysis and auditing of IEC 61850-based automated substations ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2010 ， 25 （ 4 ）： 2346 - 2355 .

凌光，王志亮，吕建龙，等 . 基于OPNET的智能变电站过程层网络建模方法［J］. 中国电力， 2017 ， 50 （ 1 ）： 79 - 84 .

LING Guang ， WANG Zhiliang ， LV Jianlong ， et al . Modeling method for process-level network in smart substation based on OPNET ［J］. Electric Power ， 2017 ， 50 （ 1 ）： 79 - 84 .

ZHANG Y X ， CAI Z X ， LI X H ， et al . Analytical modeling of traffic flow in the substation communication network ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 5 ）： 2119 - 2127 .

李姣洁 . 一种面向TTE网络的综合模块化航电系统建模方法的研究［D］. 西安：西安电子科技大学， 2020 .

LI Jiaojie . A research on modeling method of integrated modular avionics system oriented to TTE network ［D］. Xi’an ： Xidian University ， 2020 .

MURVAY P S ， GROZA B . Efficient physical layer key agreement for FlexRay networks ［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology ， 2020 ， 69 （ 9 ）： 9767 - 9780 .

SEOL Y ， HYEON D ， MIN J H ， et al . Timely survey of time-sensitive networking： past and future directions ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 142506 - 142527 .

IEEE . IEEE standard for local and metropolitan area networks- enhancements for scheduled traffic： IEEE Std 802.1Qbv—2015 ［S］. 2016 .

孙伶雁，陈羽，徐丙垠，等 . XMPP和GOOSE在分布式馈线自动化中的应用［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 180 - 185 .

SUN Lingyan ， CHEN Yu ， XU Bingyin ， et al . Application of XMPP and GOOSE in distributed feeder automation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 180 - 185 .

郑永康，魏博渊，舒鹏，等 . 面向IEC 61850服务器一致性闭环测试系统的设计和实现（一）测试平台和Ed 1.0测试用例［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 23 ）： 157 - 162 .

ZHENG Yongkang ， WEI Boyuan ， SHU Peng ， et al . Design and implementation of IEC 61850 server conformance closed-loop test system： Part one test platform and Ed 1.0 test cases ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 23 ）： 157 - 162 .

郑爱 . 智能变电站信息物理系统网络建模分析关键技术研究［D］. 成都：电子科技大学， 2020 .

ZHENG Ai . Research on key technologies for network modeling and analysis of cyber-physical systems in smart substations ［D］. Chengdu ： University of Electronic Science and Technology of China ， 2020 .

IEEE . IEEE standard for local and metropolitan area network- timing and synchronization for time-sensitive applications in bridged local area networks： IEEE Std 802.1AS—2011 ［S］. 2011 .

IEEE . IEEE standard for local and metropolitan area networks-frame preemption： IEEE Std 802.1Qbu—2016 ［S］. 2016 .

WANG Z N ， ZHANG J ， HUANG T . Determining delay bounds for a chain of virtual network functions using network calculus ［J］. IEEE Communications Letters ， 2021 ， 25 （ 8 ）： 2550 - 2553 .

ATALLAH A A ， HAMAD G B ， MOHAMED O A . Routing and scheduling of time-triggered traffic in time-sensitive networks ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2020 ， 16 （ 7 ）： 4525 - 4534 .

ZHAO L X ， POP P ， CRACIUNAS S S . Worst-case latency analysis for IEEE 802.1Qbv time sensitive networks using network calculus ［J］. IEEE Access ， 2018 ， 6 ： 41803 - 41815 .

周元刚，刘绚，张波 . 基于多阶段传输的智能变电站安全通信策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 105 - 114 .

ZHOU Yuangang ， LIU Xuan ， ZHANG Bo . Security communication strategy for smart substation based on multi-stage transmission ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 105 - 114 .

HUSSAIN S M S ， FAROOQ S M ， USTUN T S . A method for achieving confidentiality and integrity in IEC 61850 GOOSE messages ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 2565 - 2567 .

ZHAO L X ， POP P ， ZHENG Z ， et al . Timing analysis of AVB traffic in TSN networks using network calculus ［C］// 2018 IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium ， April 11-13 ， 2018 ， Porto， Portugal ： 25 - 36 .

ZHANG Y C ， WANG L F ， XIANG Y M ， et al . Inclusion of SCADA cyber vulnerability in power system reliability assessment considering optimal resources allocation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 6 ）： 4379 - 4394 .

章坚民，张嘉誉，倪明，等 . 智能变电站通信网络的广义信源和流量计算模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 13 ）： 147 - 155 .

ZHANG Jianmin ， ZHANG Jiayu ， NI Ming ， et al . Generic message source and flow calculation model for communication network in smart substation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 13 ）： 147 - 155 .

周小明，仇梓鑫，朱瑾瑜，等 . 一种时间敏感网络GCL自适应调整算法［J］. 北京邮电大学学报， 2022 ， 45 （ 1 ）： 26 - 32 .

ZHOU Xiaoming ， QIU Zixin ， ZHU Jinyu ， et al . GCL adaptive adjustment algorithm in time sensitive networks ［J］. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications ， 2022 ， 45 （ 1 ）： 26 - 32 .

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 .

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 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

大数据视角下相近SCD文件的差异分析方法

智能变电站信息物理融合可靠性评估方法

基于时-频域混合特征的变电站通信网异常流量检测方法