数字化变电站通信网络仿真及可靠性研究

摘要

IEC61850标准的发布为数字化变电站的建设提供了参考和指导,本论文介绍了IEC61850标准的内容,并且详细阐述了变电站自动化系统的IEC61850建模过程,IEC61850定义了逻辑节点并由逻辑节点组成逻辑设备实现相应功能,采用通用信息片来描述逻辑节点之间的信息交换。为了满足不同报文的性能要求,定义了抽象通信服务接口描述功能或设备面向通信的外在表现,并通过特殊通信服务映射来实现到不同协议栈的映射。
　　 变电站自动化系统按功能分为站控层、间隔层和过程层三个层次,各层之间通过交换机通信。数字化变电站通信网络在逻辑上可以分为全站统一通信结构和两网独立网络结构两种类型,在物理实现上,根据对数据传输实时性、可靠性要求不同变电站的网络拓扑可以选择总线形、星形和环形。为了保证可靠性,数字化变电站采用通信网络结构冗余,本论文分析了现有协议下数字化变电站采用的几种常用冗余结构及其改进形式,并构架了应用IEC62439标准协议下高可靠性无缝环网的数字化变电站通信网络。
　　 针对IEC61850对两类重要报文SMV和GOOSE的实时性要求,本论文在考虑IEC61850协议栈映射要求下对数字化变电网络中传输的各类数据进行建模,并在OPNET仿真软件中搭建IED节点,结合不同结构的变电站实际运行的负载情况设定仿真条件和配置网络参数,仿真分析了SMV报文和GOOSE报文的传输时延和时延抖动,应用虚拟局域网技术将变电站中的广播和多播报文限制在相应的VLAN中,从而减少报文传输的交换机冲突可能性,改善网络实时性。
　　 最后,本论文根据可靠性分析要求对数字化变电站通信网络进行了可靠性分析,针对不同的网络结构分别建立了可靠性框图,考虑通信网络中各个部件的可靠度函数,计算得到相应的可靠性指标,并进行了不同网络结构可靠性指标的比较。