實時以太網(wǎng)技術(shù)提升數(shù)字化變電站過程層通信性能的研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)，計算機技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化變電站的建設(shè)具備了必要的條件，根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)字化變電站從結(jié)構(gòu)和邏輯上分為站控層（變電站層），間隔層和過程層。其中，過程層作為系統(tǒng)一次設(shè)備和二次設(shè)備的接口，其主要功能有:實時上傳一次設(shè)備采樣數(shù)據(jù);交換相關(guān)的在線檢測和統(tǒng)計數(shù)據(jù)如斷路器、隔離開關(guān)的工作狀態(tài)信息等;過程層交換的數(shù)據(jù)與間隔層、站控層相比，報文種類多且數(shù)量較大。因此，在不同的運行方式下，對于這些報文的響應(yīng)速度和優(yōu)先級要

2、求各不相同。為保證過程層的通信正常，過程層選擇交換式的以太網(wǎng)代替并行電纜進行通信，這種通信方式稱為過程總線技術(shù)。
　　 為改善過程總線的通信性能，本文主要研究實時以太網(wǎng)技術(shù)的原理，并探討如何在數(shù)字化變電過程層應(yīng)用實時以太網(wǎng)技術(shù)。對于過程層數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑u價主要從可靠性，采樣數(shù)據(jù)同步性和實時性來評判。針對前兩點，目前采用的依賴于網(wǎng)絡(luò)通信方式的解決方法比較一致:利用IEC62439標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詥栴};利用IEEE1

3、588協(xié)議解決采樣值的時鐘同步問題。但是對于第三點，現(xiàn)前主要依靠報文的優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，交換機的數(shù)據(jù)分流技術(shù)來解決。這些技術(shù)大多成本較高，而且無法從根本上解決實時性問題。因此，本文對該問題進行研究。
　　 使用以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)無法保證實時性的根本原因是以太網(wǎng)技術(shù)的物理層采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)(以下簡稱CSMA/CD)，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點對帶寬采用競爭機制。當(dāng)多個節(jié)點同時檢測到總線空閑發(fā)送數(shù)據(jù)時，這樣就可能造成沖突。發(fā)

4、生沖突的節(jié)點立刻停止發(fā)送數(shù)據(jù)，在等待一段時間后再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這種機制簡單、可靠，但是也造成數(shù)據(jù)發(fā)送延遲的不確定性，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重情況下甚至無法發(fā)送數(shù)據(jù)，因而不能滿足實時數(shù)據(jù)的傳輸要求。
　　 本文從數(shù)字化變電站的結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合課題內(nèi)容指出目前過程層通信存在的主要問題和研究現(xiàn)狀。引入實時以太網(wǎng)技術(shù)，分析各種實時以太網(wǎng)的技術(shù)特點及其實現(xiàn)實時性的主要原理。結(jié)合部分實時以太網(wǎng)技術(shù)原理和過程層數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，討論如何將實時以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于