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1、数字化变电站网络通信技术的研究YANJ{UYUFENX{研究与分析ii数牢化变电站瞬缝遘信棱本的研究李先妹(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)O引言通信技术的发展,IEC61850标准的制定以及电子式互感器和智能一次设备的应用为数字化变电站的实现提供了基础.传统的变电站自动化系统正逐步被集控制,测量,采集,保护于一体的网络化变电站自动化系统所代替,真正实现了设备之间数据的共享,有效节约了资源.通信网络是数字化变电站的中枢神经,其性能直接影响到变电站自动化系统的可用性.决定了数字化变电站运行的安全性.高速,可靠,开放的通信网络是数字化变电站必不可少的先决条件
2、和关键技术_1].文章在明确了数字化变电站对通信系统性能要求的基础上,讨论了影响网络性能的主要因素.分析了数字化变电站的网络结构拓扑,为今后网络技术的发展提供了借鉴1数字化变电站通信网络的要求1.1功能要求根据IEC61850标准对变电站自动化系统功能分层的要求,数字化变电站被划分为3个功能层次.即变电站层,间隔层和过程层.如图1所示.变电站通信网络系统国际标准[3]定义了7种类型的报文,即快速报文,中速报文,低速报文,原始数据报文,文件传输报文,时间同步报文和具有访问控制的命令报文.这7类报文可以按照时域的角度分变电站层问隔层过程层远方控制技术服务图1数字化变电站功能层的划
3、分为3种通信类型:周期性通信,随机性通信和突发性通信.(1)周期性通信.原始数据报文属于周期性通信,主要是过程层周期性向间隔层传送过程采样数据.根据设定采样频率的不同,传输一般要求在3ms或10ms内完成.(2)随机f生通信.低速报文,文件传输报文,时间同步报文和具有访问控制的命令报文属于随机性通信,这类通信传送的报文数据量大,但时间比较宽松.(3)突发性通信.快速报文,中速报文属于突发性通信,报文数据量少,但时限要求高.数字化变电站各种功能的实现都依赖于通信网络.通信网络必须具备传输以上各种信息流报文的功能,才能保证数字化变电站的正常运行.1.2性能要求(1)实时陛.在变电
4、站实时通信网络中,报文的成功发送不仅取决于收到报文的完整性,更取决于收稿日期:2011-05—05作者简介:李先妹(1985一),女,河北衡水人,在读硕士,从事数字化变电站保护特性方面的研究.曩研究与分析YANJIUYUFENX收到报文的时间.变电站内的以太网必须满足数字化变电站中最苛刻应用(如GOOSE,采样值报文传输)的时限要求,保证出现故障时信息能够快速上传.通信网络的实时性是由网络的带宽,访问仲裁/传输控制方法,优先级,组网方式等诸多因素共同决定的.IEC61850根据时限要求将数字化变电站的报文分成了7类,其中"快速跳闸报文"和"生成数据报文"的时限要求为3IllS
5、.(2)可靠性.网络的可靠性是指网络连续无故障1二作的能力,主要取决于冗余方案和网络拓扑结构的可靠性.数字化变电站需要利用功能冗余结构来提高其可靠性,这一点与常规变电站自动化系统相同.合理的组网方式是保证以太网高效可靠运行的重要条件.(3)通信效率.根据数据帧占整个报文帧的比例.判断是否满足短帧结构以及通信效率.(4)开放性.数字化变电站的建设不是一蹴而就的,许多还处于过渡时期.通信网络不仅要满足站内IED设备互联,便于扩展.还应选用国际标准的通信协议,其接口应符合国际标准,方便用户的系统集成.2通信网络实时性能研究2.1产生网络时延的主要因素通信网络报文传输的实质是发送节点
6、产生发送报文,经过各层协议的封装解析并通过网络传输到达接收节点.网络时延定义为发送节点的应用程序发送报文的时刻至该报文被接收节点的应用程序接收到的这段时间_5_.传统以太网采用的CSMA/CD网络仲裁机制是1种非确定性网络通信方式,且不支持优先级传输,如果大家同时竞争总线控制权来发送信息,就会带来冲突,通信性能大大降低.交换式以太网的应用虽然在一定程度上提高了通信效率,并没有彻底消除碰撞和等待现象,尤其是当电网故障和系统规模扩大时.网络延时主要表现在以下几个方面:不同信息间的碰撞,重发等造成的排队延时;报文到达的速率接近或超过报文处理和转发的速率时,就会在交换机缓冲区排队甚至
7、丢失;IED处理能力造成的报文延时,丢失.2.2网络实时性改进措施信息的网络时延不只消耗在传输时延上,更多的是消耗在排队时延上.因此主要从避免数据冲突或提高实时数据的优先权等方面来提高以太网的实时性能(1)带优先级的交换式以太网技术.交换式以太网具有微网段和全双T传输的特性,从本质上保证了通信的确定性.实时数据和非实时数据在同一个网络中传输时,容易发生竞争服务资源的情况.IEEE802.1p排队特性采用带IEEE802.1Q优先级标签,保证优先级高的数据通过交换机时可以优先传送.与普通共享式以太网相比,
