基于IEC 62439-3的智能变电站通信网络冗余设计

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1、第35卷第1O期电力系统自动化Vo1．35No．102011年5月25日AutomationofElectricPowerSystemsMay25，2011基于IEC62439—3的智能变电站通信网络冗余设计李俊刚，宋小会，狄军峰，魏勇(许继电气股份有限公司，河南省许昌市461000)摘要：针对智能变电站的网络冗余问题，分析了IEC62439-3中的并行冗余协议(PRP)，研究了基于PRP的网络拓扑结构及故障恢复时间。阐述了双连接节点(DANP)结构和冗余实现的原理，对冗余采取的丢弃算法和冗余软件构架进行了分析。为了更好地实现冗余，软件设计引入了冗余

2、网络的监测与管理方案。测试结果表明，在以PRP为基础的智能变电站网络中，网络的安全性和实时性能得到很好的保障。关键词：网络冗余；IEC62439；并行冗余协议；丢弃算法；冗余管理；变电站自动化0引言总线。站级总线将间隔层集合到站控层，传递相互之间的控制信息。过程层总线连接过程层和间隔层网络通信在智能变电站自动化系统中起着重要设备，进行实时数据的传递。由于IEC61850标准的作用。为避免网络故障对系统通信安全造成不良未规定系统的网络拓扑结构，因此站级与过程层总影响，需要进行网络冗余设计。目前，IEC61850标线的网络拓扑结构在实际应用中有多种选择E

3、z]。准中没有对智能变电站通信网络冗余方式作出具体变电站组网方式通常有站控层及过程层单独组规定，为了实现双网冗余，各个厂家都提出了私有的网和全站唯一网络2种，它们各有优缺点]。本文双网冗余解决方案[1]，这对IEC61850标准提倡的以单独组网为例，详细阐述PRP在站级总线中的应开放性和互操作性产生了负面影响。由于各种方案用原理。图1为变电站站级总线的PRP并行冗余大多采取在应用层进行处理，因此耗费了大量的装网络结构。该网络中，节点装置包括双连接节点置资源，对于没有时标的IEC61850报文则不能进(DANP)智能电子设备(IED)、单连接接点(SA

4、N)行处理。同时在网络发生故障时，这种方案的双网IED和冗余盒。切换时间过长。智能变电站内，过程层大多由于双网技术问题没有实现网络冗余，不能满足智能变电站对网络安全的要求。在智能变电站中，由于IEC61850标准所提倡的开放性要求，可能会有采用其他通信协议的装置接入，因此对整个系统来说，冗余不能仅仅针对于某种协议或某种拓扑结构，其实现应该独立于协议和拓扑结构。2008年，IECSC65wG15发布了IEC62439高可用性自动化网络协议，其中IEC62439—3规定的并行冗余协议(PRP)依赖于并列运行的2个网络结构。本文研究了基于PRP的变电站通信

5、网络冗图1站级总线的PRP并行冗余网络Fig．1PRPbasedgeneralredundantnetworkof余方案，测试结果表明该方案能够满足变电站通信stationlevelbus系统的实时性要求。A网与B网是相互独立的并行网络，它们按1智能变电站冗余网络PRP配置，允许网络管理协议，如地址解析协议IEC61850标1准基于可交换的网络技术定义了(ARP)的正常操作。DANPIED可直接连接到2个2种变电站通信网络总线结构：站级总线和过程层并行网络上，SANIED通过冗余盒可连接到2个并行网络上，否则，它只能连接到其中一个网络上。监控以及IE

6、D的节点通过自身的2个端口连收稿日期：2010—07—23；修回日期：2O1O一1231。——70·——·研制与开发·李俊刚，等基于IEC62439—3的智能变电站通信网络冗余设计接到2个不同的网络中，通过节点冗余实现系统冗中ExpectedSeqA将被设置为比接收帧序号余，这种方案可以实现网络的无延时切换，满足变电CurrentSeqA大1的值。站站级总线对实时性的严格要求，并且在以PRP为节点将会创建并保持一个持续的丢弃窗口，窗基础的网络上，IEEE1588对时等技术都能得到完口上限为ExpectedSeqA(不包括该值)，下限为美的解决Ⅲ。St

7、artSeqA(网络丢弃的最低序号)。A网的丢弃窗口如图3所示。2节点冗余原理在基于PRP的变电站冗余网络中，冗余节点起CurrentSeqAE＼0xpectedSeqA着重要作用，每个双连接IED节点都有2个并行运A网fffIIfffff行的网络端口。工作时，端口通过链路冗余体(LRE)与网络层相连，其作为一个单独的网络接口，B网管理处理以太网卡和上层网络协议的通信接口。2个DANP之间的通信过程如图2所示。图3A网的PRP丢弃窗口Fig．3PRPdropwindowinnetworkADANP1DANP2接收节点通过丢弃窗口决定是否丢弃接收帧。若

8、B网的接收帧其序列号在A网窗口内部，则这帧报文将要丢弃，否则，接收帧将会提交给网络层处理(图3中在丢弃窗口之