智能化变电站过程层通信冗余网络的研究

摘要

随着我国坚强型智能电网的提出以及发展，传统的常规变电站通过数字化变电站的过渡，逐步向智能变电站转变。智能变电站是智能电网的重要支撑，通信技术的成熟与否是实现变电站自动化系统的关键。变电站内的各种智能电子设备通过网络相互衔接，通信网络是变电站实时信息交换不可缺少的功能载体。因此，研究冗余通信在智能化变电站中应用对实现变电站网络高效、可靠运行具有重要意义。
　　网络故障直接影响系统通信的稳定性和安全性，对变电站自动化系统造成安全隐患。为了网络故障带来的不良影响，IEC62439-3提出了并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余环网结构(HSR)。同时，IEC61850-9-2也指出：PRP和HSR网络冗余结构尤其适用于智能化变电站的过程总线。
　　本文的研究对象为基于IEC61850标准的智能变电站的通信冗余网络，主要结合IEC62439中所提出的冗余网络对智能化变电站通信冗余进行研究。介绍了6种网络冗余协议，对其拓扑结构及工作原理进行阐述，并对冗余方案进行比较分析。结合IEC61850对变电站的分层结构以及对通信接口之间数据的特征要求，提出了应用于智能变电点过程总线PRP-HSR冗余网络组网方案。
　　高可用无缝冗余环网(HSR)具有零恢复、高可靠性以及良好经济型的优点。在熟悉HSR网络结构以及工作原理之后，分析了HSR冗余网络的通信规则和数据帧结构，表明数据帧中目的地址、源地址和序列号是网络处理重复帧和循环帧的主要依靠。通过对HSR网络双连接交换节点(DANH)和与单连接交换节点(SAN)相连冗余盒(RedBox)进行结构剖析，明确冗余控制体(LRE)是网络终端实现网络冗余，处理网络数据帧的关键。根据IEC62439-3中HSR网络对数据帧的处理规则，本文给出了3种操作算法。
　　最后，本论文对3种算法进行实验仿真。考虑到算法中不同的探测序列，进行了5类实验仿真，定义了拒绝率指标，并对5类方案中多播和单播情况下的仿真结果进行比较分析和讨论。