面向智能变电站的新型实时GOOSE通信网络研究

摘要

智能变电站中GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)网络用于传输变电站跳合闸报文等关键信息，是保障智能变电站安全稳定运行的关键通信网络之一，提高GOOSE网络的可靠性与实时性对智能变电站的建设具有重大意义。
　　现有GOOSE网络一般基于传统交换式以太网技术组建，以交换机为网络核心，网络的可靠性与实时性受交换机数量和性能限制。本文提出用工业实时以太网技术EtherCAT(Ethernet Control Automation Technology，以太网自动控制技术)取代传统交换式以太网技术，在此基础上对智能变电站中的GOOSE网络重新组网，并分析和研究了重新组网之后GOOSE网络的可靠性与实时性。
　　首先，本文对智能变电站内部的网络通信体系和结构进行了概括说明，并论述了GOOSE网络在智能变电站中的作用和功能。在分析GOOSE网络结构和技术特征的基础上，明确了其组网要求。然后重点介绍了EtherCAT网络的通信原理和性能优势，并以某示范智能变电站220kV GOOSE网络为例，详细说明了该网络基于EtherCAT的组网过程，为后续理论研究和实验奠定了基础。
　　其次，采用基于生成树的网络可靠性分析方法，以网络可靠度为指标，借助MATLAB软件，分别对基于交换式以太网技术的传统GOOSE网络与基于EtherCAT的新型实时GOOSE网络进行可靠性对比分析和研究，研究结果表明在同等组网条件下，EtherCAT能够有效提高GOOSE网络的可靠性。
　　再次，在明确IEC61850标准对智能变电站GOOSE网络实时性要求的基础上，分别对传统GOOSE网络和新型实时GOOSE网络进行了网络数据传输时延的理论对比计算和分析，从原理上论述了前者的组网局限性和后者在实时性方面的优势。之后，利用OPNET仿真软件，分别对传统GOOSE网络在正常运行和广播风暴两种状态下的网络数据传输时延进行仿真验证，仿真结果表明传统GOOSE网络发生广播风暴时，无法满足IEC61850标准的实时性要求。
　　最后，利用DSP28335开发板和EtherCAT开发套件，设计并构建了一个新型实时GOOSE网络实验平台，并利用该平台对GOOSE网络的关键实时性参数进行了测试和分析，分析结果表明EtherCAT应用于GOOSE网络后能提高GOOSE网络数据传输的实时性，同时避免网络广播风暴的产生，符合IEC61850标准对GOOSE网络的实时性要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 智能变电站GOOSE网络发展概况

1.3 国内外GOOSE网络研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 智能变电站新型GOOSE网络原理与框架

2.1 智能变电站内部通信网络研究

2.2 智能变电站GOOSE网络技术特点与性能研究

2.3 实时以太网EtherCAT

2.4 基于EtherCAT的智能变电站GOOSE网络框架

2.5 本章小结

第3章 智能变电站新型GOOSE网络可靠性研究

3.1 基于生成树计算的网络可靠性分析方法

3.2 智能变电站传统GOOSE网络的可靠性研究

3.3 智能变电站新型GOOSE网络可靠性研究

3.4 本章小结

第4章 智能变电站新型GOOSE网络实时性仿真研究

4.1 智能变电站传统GOOSE网络实时性研究

4.2 智能变电站传统GOOSE网络建模与实时性仿真

4.3 智能变电站新型GOOSE网络实时性研究

4.4 本章小结

第5章 新型GOOSE网络实验平台设计与测试

5.1 实验平台总体设计

5.2 实验平台硬件设计与实现

5.3 实验平台软件设计与实现

5.4 新型GOOSE网络实时性测试与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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