智能变电站网络测试真型平台实施方案.doc

智能变电站网络测试真型平台实施方案做网络流量评估并实测

中国电力科学研究院
2013年2月
目 录
目 录 2
1． 背景介绍 3
2． 工作介绍 3
3． 智能变电站组网应用方案测试 3
3.1 智能变电站仿真测试系统 3
3.1.1 模拟一次系统 3
3.1.2 二次设备配置 5
3.2 装置信息流 7
3.2.1 主变间隔内信息交换 7
3.2.2 110kV线路间隔内信息交换 8
3.2.3 110kV母联间隔内信息交换 8
3.2.4 110kV间隔间信息交换 9
3.3 网络配置方案 9
3.3.1 整体思路 9
3.3.2 三网合一组网方案如下 10
3.3.3 “三层两网”组网方案如下 13
3.4 试验项目 17
3.4.1 交换机 17
3.4.2 保护功能测试 25
3.4.3 测控及监控主机功能测试 26
3.4.4 网络负载测试 26
4． 时间计划 27

1． 背景介绍
2． 工作介绍
3． 智能变电站组网应用方案测试
智能网络结构的选取与设备运行性能、经济型、易维护性及可扩展性等多种因素相关，而设备运行性能则是其中最重要的决定因素。智能变电站网络的选择与网络应用设备的技术发展水平密切相关。因此，要分析现阶段智能变电站采用“三层一网”及“三层两网”网络结构的合理性，需要针对不同网络结构进行网络性能、设备性能的测试研究，为网络技术的应用提供参考依据。
3.1 智能变电站仿真测试系统
3.1.1 模拟一次系统
根据110kV电压等级新一代智能变电站网络应用方案研究需求，本期模拟系统按新一代智能变电站110kV变电站考虑，如图3.1-1所示。
图3.1-1 网络测试平台110kV新一代智能变电站一次系统接线图

3.1.2 二次设备配置
测试所需二次设备配置如表3所示，其中“三层一网”方式中采用站控层与过程层信息分口处理方式，过程层网络对时、SV、GOOSE共口处理；装置条件具备时采用站控层与过程层信息共口处理方式；“三层两网” 方式中过程层网络对时、SV、GOOSE共口处理。下表列出的仅是保护、测控、监视相关的必要配置，实际测试考虑最大化信息流配置原则，同时考虑不同设备厂家测试设备代表性及差异性等因素，保护及测控装置考虑三个厂家；交换机考虑采用针对“三层一网”技术开发的专用交换机及常规交换机。

表3.1 二次设备配置表（南瑞继保）
设备类型
类型
数量
备注
保护测控装置
主变1保护A
1
过程层、站控层信息分口
主变1测控A
1
主变2保护A
1
110kV母差保护A
1
110kV母联保护A
1
110kV线路1光差保护（测控）A
2
10kV出线多功能合一装置A
7
10kV分段多功能合一装置A
1
站域保护控制装置A
1
待定
主变1保护A
1
过程层、站控层信息共口（I期测试不考虑）
主变2保护A
1
主变3保护A
1
主变1测控A
1
主变2测控A
1
主变3测控A
1
110kV母差保护A
1
110kV母联保护（测控）A
1
110kV线路1保护（测控）A
1
10kV出线多功能合一装置
7
10kV分段多功能合一装置
1
站域保护控制装置A
1
故障录波器及网络记录分析仪
故障录波器及网络记录分析仪
1

智能组件
主变1高压侧
1

主变1低压侧
1
110kV线路3
1
监控主机
操作员/监控主机
1

交换机
交换机
11
交换机配置为16口百兆光，2个千兆光，4百兆电

表3.2 二次设备配置表（许继电气）
设备类型
类型
数量
备注
保护测控装置
主变2保护B
1
过程层、站控层信息分口
主变2测控B
1
主变3保护B
1
110kV母差保护B
1
110kV母联保护B
1
110kV线路2光差保护（测控）B
4
10kV出线多功能合一装置B
7
10kV分段多功能合一装置B
1
站域保护控制装置B
1
待定
主变2保护B
1
过程层、站控层信息共口（I期测试不考虑）
主变2测控B
1
110kV母差保护B
1
110kV母联保护B
1
110kV线路2光差保护（测控）B
4
10kV出线多功能合一装置B
7
10kV分段多功能合一装置B
1
站域保护控制装置B
1
故障录波器及网络记录分析仪
故障录波器及网络记录分析仪B
1
待定
智能组件
主变2高压侧
1

主变2低压侧
1
110kV线路2
1
综合应用服务器

1

防火墙

1

表3.3 二次设备配置表（南瑞科技）
设备类型
类型
数量
备注
保护测控装置
主变3保护C
1
过程层、站控层信息分口
主变3测控C
1
主变1保护C
1
110kV母差保护C
1
110kV母联保护C
1
110kV线路3光差保护（测控）C
2
10kV出线多功能合一装置C
7
10kV分段多功能合一装置C
1
站域保护控制装置C
1
待定
主变3保护C
1
过程层、站控层信息共口（I期测试不考虑）
主变3测控C
1
110kV母差保护C
1
110kV母联保护C
1
110kV线路3光差保护（测控）C
2
10kV出线多功能合一装置C
7
10kV分段多功能合一装置C
1
站域保护控制装置C
1
智能组件
主变3高压侧
1

主变3低压侧
1
110kV母联
1
110kV线路3
1
数据服务器

1

交换机
交换机
11
交换机配置为16口百兆光，2个千兆光，4百兆电

3.2 装置信息流
3.2.1 主变间隔内信息交换

图3.2-1 主变间隔内信息交换
3.2.2 110kV线路间隔内信息交换

图3.2-2 110kV线路间隔内信息交换
3.2.3 110kV母联间隔内信息交换

图3.2-3 110kV母联间隔内信息交换
3.2.4 110kV间隔间信息交换

图3.2-4 110kV间隔间信息交换
3.3 网络配置方案
3.3.1 整体思路
1、保护测控装置均考虑配置三个厂家设备，合并单元、智能终端单套配置。
2、“三层一网”采用的交换机配置与“三层两网”过程层网络交换机完全相同，只不过“三层两网”增加站控层交换机。两种组网方式切换非常简单。
3、全站主要采用静态组播的配置方法进行划分，最大限度的优化网络流量。对未定义组播采用丢弃策略。【那交换机得支持ICD才可以】
4、全站采用VLAN进行大的方向区分，通过填写SCD文件VID选项=101使所有GOOSE、SV携带VID=101进入交换机，第一套装置都为101，第二套为201，第三套为301；一网时，MMS报文通过交换机的PVID获取VID=102，并在出交换机进入装置或后台时去掉VLAN tag，但需要注意级联端口仍保留此VLAN tag。
5、全站SV优先级为7，GOOSE优先级为4,即SV优先级高于GOOSE优先级。
6、开启交换机风暴抑制功能，初步设定交换机流量限制标准：广播报文600K，MMS协议限制20M,SV/GOOSE通过组播地址来限制（SV<10M,GOOSE<2M）。
3.3.2 三网合一组网方案如下
网络配置原则：
1、SV、GOOSE、MMS端口合一；或SV、GOOSE端口合一，MMS端口独立；
2、SV不配置在交换机级联口；
3、在SCD中为第一套装置配置VID=101，第二套装置配置VID=201，第三套装置VID=301，合并单元、智能终端配置VID=101；
4、在交换机上为MMS配置PVID=102；
5、在交换机上根据过程层连线需求完成静态组播配置。

图3.3-1 交换机布局全览

图3.3-2“三层一网”组网方案（过程层、站控层信息分口处理）

图3.3-3“三层一网”组网方案（过程层、站控层信息共口处理）

3.3.3 “三层两网”组网方案如下
网络配置原则：
1、SV、GOOSE端口合一；
2、SV不上级联口；
3、在SCD中为第一套装置配置VID=101，第二套装置配置VID=201
4、在交换机上为MMS配置PVID=102；
5、在交换机上根据过程层连线需求完成静态组播配置。

图3.3-4 “三层两网”过程层组网方案
图3.3-5 “三层两网”站控层网组网方案

3.4 试验项目
3.4.1 交换机
1、吞吐量测试
测试目的：测试交换机吞吐量。
测试方法：
1）将交换机单业务版上所有端口与流量发生器相连（也可根据实际需要配置，或采用蛇形配置端口的链接）；
2）配置流量发生器，测试帧长度分别为（64、128、256、512、1024、1280、1518）字节；
3）选择测试吞吐量，测试时间30s。
2、转发速率测试
测试目的：在不同帧长度下均能以线速转发数据帧。
测试方法：
1）将交换机所有端口与流量发生器相连；
2）从一端口以最大负荷，不同帧长度（64、128、256、512、1024、1280、1518）发送数据；
3）记录帧转发速率。
3、交换机时延测试
测试目的：测试交换机重载情况下时延。
测试方法：
1）将交换机所有端口与流量发生器相连；
2）以端口能力100%发送数据；
3）计算时延。
4、丢帧率测试
测试目的：测试吞吐量下的丢帧率。
测试方法：
1）将交换机任意两个端口与测试仪相连接；
2）两个端口同时以端口吞吐量互相发送数据；
3）测试帧长度分别为(64、128、256、512、1024、1280、1518)字节，记录不同帧长的帧丢失率。
5、MAC地址表容量测试
测试目的：测试MAC地址表的最大容量。
测试方法：
1）将交换机三个端口与测试仪连接，分别为Port1（测试端口），Port2（学习端口），Port3（监视端口）；
2）配制数据质量分析仪由Port1端口向Port2端口发送带有不同MAC地址的数据帧，Port2端口接收数据帧，帧长64字节；
3）增大Port1端口向Port2端口发送带有不同MAC地址的数据帧，直到Port3接收到数据帧；
4）使Port3刚好收不到数据帧时，Port1发送的数据帧数即为地址缓存能力。
6、优先级队列测试
测试目的：测试优先级数目。
测试方法：
1）从交换机任意选取三个端口与测试仪相连接，分别定为Port1、Port2和Port3；
2）Port1和Port2同时以最大负荷向Port3发送数据；
3）在Port1和Port2分别构造4个不同优先级的数据流；
4）记录不同数据流的帧丢失率，判断优先级是否设置成功。
7、VLAN功能测试
测试目的：交换机VLAN功能测试。
测试方法：
1）将两台交换机通过电口或光口连接；
2）分别从两台交换机任意选取一个端口与测试仪相连接；
3）其中一个端口向另一个端口以最大负荷发送数据；
4）在发送端口构造4个数据流测试VLAN，
Stream1：典型GOOSE报文，VID为0；
Stream2：普通IP报文，VID缺省设置；
Stream3 、stream4：普通IP报文，VID为不同，但不缺省；
5）记录不同数据流的帧丢失率，判断VLAN是否划分成功。
8、环网恢复时间
测试目的：测试交换机环网恢复时间。
测试方法：
将4台交换机按照图3.4-1连接，在整个试验过程中在Port1、Port2发送等比例的数据流（数据流1为GOOSE报文，优先级为4；数据流2为普通TCP数据流，优先级为1），在Port3、Port4发送1Mbits/s的广播帧，在Port5、Port6发送1个GOOSE/ms的数据流，每次试验改变Port1和Port2负载，分别为5%和95%，分别拔插A、B、C三条路径，测试环网恢复时间。
环网恢复时间计算方法：
环网恢复时间（ms）=

图3.4-1 环网恢复时间测试示意图
9、端口镜像功能测试
测试目的：
1）针对交换机端口镜像功能测试。
2）端口双向报文镜像功能验证和远程端口镜像功能验证。
3）通过配置镜像组的方式来实现端口镜像功能。每个端口镜像组包含一个监控端口和一组被监控端口；用户可以指定受监控报文的方向。
测试方法：
1）端口双向报文镜像:
设备DUT1配置双向静态MAC地址0-0-1111对应Port1 vlan 1，0-0-2222对应Port2 vlan 1；Tester端口A发送目的MAC为0-0-2222，端口B发送目的MAC为0-0-1111的报文，测试Tester端口C没有收到端口A、B发送的报文；配置设备DUT1端口Port1双向报文本地端口镜像，监控端口Port3：Tester端口A发送目的MAC为0-0-2222，端口B发送目的MAC为0-0-1111的报文，测试Tester端口C收到端口A、B发送的报文。
2）远程端口镜像:
配置设备DUT1远程镜像VLAN、源端口、端口镜像方向；配置设备DUT2镜像相关配置；设备DUT1配置静态MAC：
0-0-1111对应Port1 vlan 1，0-0-2222 对应Port2 vlan 1；Tester端口A发送目的MAC为0-0-2222，端口B发送目的MAC为0-0-1111的报文，测试Tester端口C收到Tester端口A发送的报文（Inbound）；修改DUT1端口镜像方向为Both，Tester端口A发送目的MAC为0-0-2222，端口B发送目的MAC为0-0-1111的报文，测试Tester端口C收到Tester端口A、B发送的报文（Both）；修改DUT1端口镜像方向为Outbound，Tester端口A发送目的MAC为0-0-2222，端口B发送目的MAC为0-0-1111的报文，测试Tester端口C收到Tester端口B发送的报文（Outbound）。

图3.4-2 本地端口镜像测试组网图

图3.4-3 远程端口镜像测试组网图
注：建议Tester端口A、B发送报文速率小于最大速率的50%，否则可能导致端口C所接收报文速率小于端口A、B发送速率之和。
10、链路聚合功能测试
测试目的：测试DUT 具有链路捆绑功能。
测试方法：
1）在 DUT 上配置链路捆绑，将两个端口聚合成一个端口；
2）配置二层交换机链路捆绑；
3）将 DUT 捆绑端口和二层交换机捆绑端口对连；
4）观察 DUT 配置界面，查看该端口带宽是否加倍；
5）利用测试仪表向DUT 发送流量。

图3.4-4链路聚合功能测试示意图
11、Ipv6 OSPFv3协议测试
测试目的：验证设备OSPFv3协议中邻居关系建立的协议功能。
测试方法：
1）在协议测试仪上的端口1、2、3建立IPv6，加入IP地址和网关，建立RID和OSPFv3接口。启动OSPFv3协议，开始发送/接收HELLO包；
2）在协议测试仪端口上观察状态，证实被测设备和各个端口之间是否建立邻接关系；
3）关闭协议测试仪的端口。

图3.4-5 OSPFV3协议测试示意图
12、Portal认证测试
测试目的：验证Portal直接认证方式。
测试方法：
1）配置Radius方案cams：
2）配置domain域cams：
3）配置Portal server：
[DUT] portal server portal_server ip 131.1.4.2 key test url http://131.1.4.2/portal
4）与客户端相连的三层接口使能Portal直接认证方式：
[DUT] portal server portal_server method direct
5）在CAMS服务器“组件管理”->“Portal组件”->“IP地址组”下建立地址池，地址范围覆盖PC客户端地址；
6）在CAMS服务器“组件管理”->“Portal组件”->“设备信息”下点击“新建”，填入设备名，设备IP地址，这里地址填入启用Portal认证VLAN的三层接口地址，“版本”处选择“Portal 2.0”，填入配置的Portal Server密钥，点击“确定”；
7）选择步骤6创建的设备名，点击“端口信息管理”，然后创建端口组，“IP地址组”选择步骤5创建的IP地址组；
8）点击 “组件管理”->“Portal组件”下的“配置生效”；
9）在CAMS服务器上创建服务配置portal_service；
10）在CAMS服务器上创建用户portal_user，密码为password，引用服务portal_service；
11）使用客户端认证，输入错误的用户名、密码，portal认证失败，客户端PC Ping设备DUT的虚接口IP失败；
12）使用客户端认证，输入正确的用户名、密码，portal认证成功，客户端PC 成功Ping通设备DUT的虚接口IP。

图3.4-6 Portal认证测试示意图
13、交换机流量限制测试
测试目的：测试交换机流量限制功能。
测试方法：
1）设置交换机流量限制标准，广播报文600K，MMS协议限制20M,SV/GOOSE通过组播地址来限制（SV<10M,GOOSE<2M）；
2）广播报文抑制测试：在某交换机注入ARP广播流量，观察流量变化，统计信息变化，MMS通讯变化；
3）MMS报文抑制测试：在某交换机注入MMS流量，观察流量变化，统计信息变化，MMS通讯变化；
4）GOOSE报文抑制测试，在某交换机注入GOOSE流量，观察流量变化，统计信息变化，MMS通讯变化；
5）SV报文抑制测试：在某交换机注入SV流量，观察流量变化，统计信息变化，MMS通讯变化。
3.4.2 保护功能测试
测试目的：在正常网络运行负载（40%以下）时，保护设备的功能执行情况。
测试方法：在在正常网络运行负载（40%以下）时，进行各种系统操作并模拟系统故障，测试保护装置动作情况及动作时间。
1）区内外金属性故障测试；
2）永久性故障测试；
3）发展/转换性故障测试；
4）经过渡电阻故障测试；
5）线路空载合闸充电、解合环及手合带故障线路；
6）系统稳定破坏；
7）单侧电源方式；
8）励磁涌流试验、手合于故障变压器；
9）母线充电；
10）断路器失灵；
11）倒闸操作过程中的故障；
12）母联和分段断路器的非全相运行；
13）多点同时金属性故障。
3.4.3 测控及监控主机功能测试
测试目的：在正常网络运行负载（40%以下）时，测控及监控主机的功能执行情况。
测试方法：在在正常网络运行负载（40%以下）时，进行各种操作，测试测控及监控主机的性能指标。
1）人机界面遥测、遥信、遥控影响时间；
2）与间隔层设备链路通信状态展示；
3）告警界面展示；
4）人机界面展示；
5）界面切换响应时间；
6）定值召唤响应时间；
7）带时标遥测量检验；
8）综合应用服务器检验。
3.4.4 网络负载测试
测试目的：当发生不同程度的网络负载及网络风暴故障时，测试保护、测控等网络终端设备的性能。
测试方法：
1）在某交换机端口注入广播报文，流量分别为60%、80%、100%，模拟各种操作及保护区内外故障，测试保护动作情况及测控功能执行情况。
2）在某交换机端口注入MMS报文，流量分别为60%、80%、100%，模拟各种操作及保护区内外故障，测试保护动作情况及测控功能执行情况。
3）在某交换机端口注入GOOSE报文，流量分别为60%、80%、100%，模拟各种操作及保护区内外故障，测试保护动作情况及测控功能执行情况。
4）在某交换机端口注入SV报文，流量分别为60%、80%、100%，模拟各种操作及保护区内外故障，测试保护动作情况及测控功能执行情况。
4． 时间计划
表4.1 第I期测试时间计划表
序号
日期
工作内容
备注
1
3月15日
设备到达中国电科院

2
3月19日
完成设备连接及配置

3
3月26日
完成第一组测试
采用交换机A
4
4月1日
完成第二组测试
采用交换机C