基于以太網(wǎng)的變電站實時通信研究.pdf

1、目前，電力系統(tǒng)存在整體數(shù)字化、信息化水平不高、資源不能充分共享和利用等問題。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的頒布和以太網(wǎng)技術(shù)的成熟為變電站的發(fā)展提供了契機(jī)。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了變電站內(nèi)通信的共同特性，并規(guī)定使用以太網(wǎng)作為基本通信技術(shù)，構(gòu)建基于以太網(wǎng)的變電站自動化系統(tǒng)。但是，原本設(shè)計用于商業(yè)辦公領(lǐng)域的以太網(wǎng)用于對時延要求苛刻的變電站通信時，在系統(tǒng)重負(fù)載時存在實時性問題。本文針對此問題，結(jié)合變電站實際情況，面向網(wǎng)絡(luò)研究增強(qiáng)基于以太網(wǎng)的變電站

2、通信實時性的具體網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法。主要內(nèi)容包括：
　　 (1)在對變電站數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對廣播域進(jìn)行了科學(xué)劃分，并使用VLAN技術(shù)和三層交換技術(shù)設(shè)計了適合變電站的組網(wǎng)方案。通過和現(xiàn)有的兩種組網(wǎng)方案的對比，說明了此組網(wǎng)方案增強(qiáng)了通信實時性和安全性，達(dá)到了最大性能價格比。使用OPNET得出的仿真結(jié)果證實了VLAN技術(shù)的先進(jìn)性。
　　 (2)在分析當(dāng)前VLAN協(xié)議(IEEE 802.1Q)和優(yōu)先級協(xié)議(IEEE802.1P

3、)交換機(jī)實現(xiàn)機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出了在智能電子設(shè)備IED(Intelligent Electronic Device)中實現(xiàn)這兩種協(xié)議的方案。該方案將變電站通信中的兩種優(yōu)先級機(jī)制(IED內(nèi)的優(yōu)先級機(jī)制和交換機(jī)內(nèi)的優(yōu)先級機(jī)制)合二為一，減少了系統(tǒng)開銷；使得同一IED可以根據(jù)報文實時性的不同而對數(shù)據(jù)幀設(shè)置不同的優(yōu)先級別，改變了交換機(jī)實現(xiàn)方案中同一IED中所有報文只能設(shè)置一個固定優(yōu)先級別的現(xiàn)狀，符合數(shù)字變電站IED功能復(fù)合化發(fā)展需求。以過程層信息

4、為例，使用OPNET將所設(shè)計方案與交換機(jī)實現(xiàn)方案進(jìn)行了仿真對比，結(jié)果證實了所提方案尤其在重負(fù)載下更能增強(qiáng)實時性。
　　 (3)當(dāng)前對發(fā)布/訂閱通信模型(P/S)實現(xiàn)的研究都不適用于電力系統(tǒng)通信。針對IEC 61850中實時報文(GOOSE報文和SAV報文)沒有網(wǎng)絡(luò)層這一特點，在分析現(xiàn)有的多種組播技術(shù)基礎(chǔ)上，基于第二層組播協(xié)議GMRP(GARP Multicast Registration Protocol)設(shè)計了適用于電力系統(tǒng)的

5、P/S。描述了該模型的各模塊功能，以GOOSE報文為例從系統(tǒng)配置、訂閱和發(fā)布等方面對所設(shè)計模型的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。并在對GMRP協(xié)議進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)了所設(shè)計的P/S模型，分析了IED報文訂閱、報文退訂等典型P/S過程的程序?qū)崿F(xiàn)流程，證實了所提方案的可行性。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)將所設(shè)計模型與P/S的另外兩種網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方式單播和廣播進(jìn)行了分析比較，指出所設(shè)計的P/S通信模型不僅能滿足變電站通信實時性要求，而且在系統(tǒng)負(fù)載流