高可用性无缝环网在数字化变电站通信网络的应用

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1、第31卷第10期电力自动化设备Vo1．31No．102011年10月ElectricPowerAutomationEquipmentOct．2011高可用性无缝环网在数字化变电站通信网络的应用许铁峰．徐习东(浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)摘要：数字化变电站对通信网络可靠性要求极高，IEC62439—3标准提出了高可用性无缝环网结构。介绍了双连接的交换节点以及处理重复报文的机制．通过删除环网内循环复制的广播报文．能够抵抗广播风暴形成。对几种冗余协议进行了故障恢复时间、可靠性、经济性等性能比较．并设计了应用高可用性无缝环网的变电站三层通信网络结构。

2、高可用性无缝环网技术能够抵抗单点故障，具有高可靠性且能实现无缝恢复．相比并行冗余造价更低，而且协议本身不依赖于上层通信协议，智能电子设备(IED)具有单一物理地址。网络不需要特殊配置关键词：变电站；通信；IEC61850；IEC62439；冗余；高可用性无缝环网；通信协议中图分类号：TM734；TP393文献标识码：B文章编号：1006—6047(2011)10—0121—05性能，满足变电站自动化系统的实时要求，适用于0引言各种规模的变电站以及站总线和过程总线拓扑。这数字化变电站由智能化一次设备(电子式互感一方法现已推荐作为一部分集成到IEC61850中f

3、如新版9—2)。器、智能化开关等)和网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建，建立在IEC61850通信规范[1HSR基础上．能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作。1．1概述过程层数字化使得变电站保护监控系统不再依数字化变电站通信网络的可靠性可以通过冗余靠大量的电缆来传输过程层参数，而是通过过程层链路和节点_l0]来提高．在各种冗余方案中，IEC62439串行通信网络传输采样值、一次设备状态及上层设标准中的PRP基于2个完全独立并行运行的网络．备的控制命令这不仅要求智能电子设备(IED)具节点同时在2个独立的局域网传送数据。可以提高有更好的

4、通信性能和处理速度[z-，对变电站通信网数据传输效率和可靠性。络的可靠性也提出了更高的要求变电站数据传输PRP可以帮助实现双网冗余．但是却要投入双的可靠性主要通过IED的冗余、网络拓扑结构的冗余倍的设备．而HSR遵循了在不同的路径传输重复报来实现[。]。文献『6]提出了变电站通信网络选型的文的原则．保持了PRP零恢复时间的特点HSR适原则．对全站统一环网、全站统一双星形网、两网独用于不同的网络结构．特别是应用于环形网络拓扑立、点对点光纤传输采样值等网络结构的性能进行中。能够使得网络基础构架规模减半．了比较。文献f7]比较了总线型、环形和星形组网方1．2HSR

5、式的优劣．并研究了采用双网互备组网实现冗余的通1．2．1HSR网络结构和工作原理信结构变电站通信网络必须采取冗余的方式来一个简单的HSR局域网是由几个双连接的交应对可能的网络失效．但是IEC61850没有对通信冗换节点DANHfDoublyAttachedNodewithHSR)构余的实现加以具体的规定。成．每个节点具有2个环网接入端口．以全双工链路IEC62439标准详述了5种冗余方法．包括基于连接工作拓扑示例如图1所示环网的媒介冗余协议(MRP)、交叉冗余协议(CRP)、作为发送源的DANH发送来自高层协议的报文信号冗余协议(BRP)、并行冗余协议(PR

6、P)和高可用(编号C)，先在报文中加入HSR标签来标识重复报无缝环网协议(HSR)．其中PRP依赖2个局域网的文，随后往2个端口同时发送报文(编号A和B)。并行工作．在发生链路或交换机故障情形时提供完目的DANH在不同的时间、不同的端口会接收到重复全无缝的切换．PRP也可以通过将各个方向作为一的2个报文，节点会在接收到2个重复报文中的第1个独立网络处理，用于建立一个简单的、无缝的环结个后，移除HSR标签并送到高层协议，丢弃第2个构，该方法称之为HSR[9]。HSR具有优异的故障恢复接收到的重复报文在HSR网络中．构成环形网络拓扑的DANH结收稿日期：2011

7、一Ol一07；修回日期：2011—06—30构如图2所示电力自动化设备第31卷网．与其他环网中的设备通信，冗余盒相当于SANs接入HSR网络的代理[12]冗余盒中的冗余控制模块LRE能够实现HSR．接收来自高层协议的报文以及其他节点的报文．镄浆薯莽不仅可以作为终端节点接入HSR网络．还能作为HSR网络的代理连接SAN、PRP网络以及其他的HSR网络。1．2．2报文格式和重复报文丢弃机制]I‘]卤l。]l]JHSR数据帧包括源地址、目的地址MAC和HSR标签唯一标识．帧格式如图3所示HSR标签由4部分组成a．HSR标志位：以太网类型(Ox88FB)。b．局域网

8、路径：4位，指示帧传送路径，是一对重复报文中唯一不同