變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的研究和應(yīng)用

陳磊

【摘要】 隨著電力系統(tǒng)智能變電站建設(shè)的不斷推進，自動化技術(shù)在變電站中的應(yīng)用不斷深化，智能化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普及。遠程控制中心對變電站的監(jiān)視和控制，小到一個智能開關(guān)的開合，大到整個電站的負荷監(jiān)控，遍及整個變電站。完成這項任務(wù)離不開變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的強力支撐。本文主要對變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的通信技術(shù)進行了討論，并對以太網(wǎng)技術(shù)在變電站中的應(yīng)用進行了分析。

【關(guān)鍵詞】 變電站 自動化 TCP 快速以太網(wǎng)

一、概述

變電站自動化技術(shù)近幾年在我國得到了迅速發(fā)展，新建變電站大都是自動化程度很高的智能變電站，很多地區(qū)的老舊變電站也在進行智能化改造，智能變電站最大的優(yōu)勢就在于強大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力。在國內(nèi)變電站常用的現(xiàn)場總線技術(shù)主要為RS485總線，這種通訊方式為兩線半雙工通訊，簡便易用，組網(wǎng)方式比較簡單，被電力自動化設(shè)備廠商廣泛應(yīng)用。但這種通訊方式抗干擾能力弱，容易受到諧波、電磁場等干擾源的影響，且數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)乃俾屎蛿?shù)據(jù)量有限。當隨著智能變電站技術(shù)的不斷深入，越來越多的智能設(shè)備被不斷應(yīng)用，系統(tǒng)采樣周期不斷縮短，采樣點的數(shù)量不斷攀升，對通訊速率和數(shù)據(jù)傳輸能力的要求也不斷提高，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊模式則不能滿足系統(tǒng)運行的需要，于是變電站內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)就有了新的變革。計算機嵌入式應(yīng)用技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，以太網(wǎng)技術(shù)在變電站底層通訊的應(yīng)用得以實現(xiàn)，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境有了很大改觀。[1]

二、TCP協(xié)議在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 TCP工作方式的簡單介紹

（1）TCP連接的建立。TCP連接的建立是通過三次握手的方式完成的。第一個握手報文是將碼元字段SYN置1來辨別，第二個握手報文將碼元字段SYN和SCK都置1，對之前報文確認繼續(xù)操作，第三個握手報文是對連接建立的確認。當連接建立以后，通訊雙方不存在主從關(guān)系，數(shù)據(jù)可進行雙向?qū)Φ葌鬏敗＃?）TCP連接的關(guān)閉。TCP連接的關(guān)閉是通過改進型的三次握手方式完成的，其與連接建立的握手操作的區(qū)別在于收到FIN報文后，TCP先發(fā)送關(guān)閉確認，然后關(guān)閉連接，發(fā)送第二個FIN報文，最終關(guān)閉發(fā)起方回送關(guān)閉確認報文ACK，最終連接關(guān)閉結(jié)束。（3）TCP連接復(fù)位。在TCP連接過程中，在某些異常狀況發(fā)生時需要對網(wǎng)絡(luò)連接進行中斷操作，TCP對這一操作提供了復(fù)位操作功能，即在需要復(fù)位時，發(fā)送碼元字段RST為1的報文，命令的接收端會進行推出連接操作，雙方的數(shù)據(jù)傳輸會立即停止，數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)得到釋放。[2]

2.2 TCP在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于TCP連接方式的特點，TCP軟件系統(tǒng)通常采用客戶端-服務(wù)器的模式?？蛻舳藶閷Φ韧ㄓ嵔⒑完P(guān)斷的發(fā)起者，服務(wù)器為通信請求的等待接收端。比較起來，由于只需完成連接的發(fā)起、數(shù)據(jù)傳輸和連接的斷開，客戶端的軟件構(gòu)成要簡單。而且絕大多數(shù)情況下變電站的自動化系統(tǒng)的連接是一直保持的，因此可以采用永久性連接的方式。而由于服務(wù)器需處理的任務(wù)較多，往往有多個連接要處理，其軟件結(jié)構(gòu)相對要復(fù)雜的多。TCP協(xié)議的服務(wù)器一般選擇并發(fā)的面向連接服務(wù)器。在通訊協(xié)議過程中，系統(tǒng)的每個IED設(shè)備同時具有客戶端程序和服務(wù)器程序。IED設(shè)備投入運行后，服務(wù)器程序要首先運行，確保設(shè)備連接請求的正常接收，保證連接的正常建立。然后客戶端程序也會啟動，向其他有通訊需求的IED裝置發(fā)出連接請求，如果沒有故障發(fā)生，連接建立之后就會一直保持，最終實現(xiàn)通訊兩端的IED設(shè)備的全雙工通訊。

三、快速以太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

快速以太網(wǎng)的大帶寬保證即使電站網(wǎng)絡(luò)不進行分層布置，一樣可以確保足夠高的通信效率。按照LonWorks的最大負荷網(wǎng)速計算，在保證網(wǎng)絡(luò)絕對順暢的情況下，100M帶寬的快速以太網(wǎng)上的通訊節(jié)點數(shù)量可以達到474個，并且在使用交換式集線器的情況下，網(wǎng)絡(luò)實際帶寬可以更大，從而可容納節(jié)點數(shù)量可以進一步加大。因此，快速以太網(wǎng)一旦應(yīng)用，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)間隔層和設(shè)備層的裝置都可以直接和主干網(wǎng)連接，100M以上的帶寬完全可以滿足通訊效率，從而使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到簡化，在帶寬加大的同時，網(wǎng)絡(luò)成本也節(jié)約了，由于通訊中間環(huán)節(jié)的減少，通信傳輸中的延遲也降低了，網(wǎng)絡(luò)可靠性也得到了提高。[4]

四、結(jié)論

本文主要介紹了以太網(wǎng)在變電站自動化通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊中的應(yīng)用，并對快速以太網(wǎng)在變電站中的應(yīng)用做了分析。目前計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)革新的周期越來越短，通訊網(wǎng)絡(luò)正朝著速率越來也高，成本越來越低廉的方向發(fā)展。作為電力工作者應(yīng)當緊跟發(fā)展的潮流，使更多有優(yōu)勢的新技術(shù)新產(chǎn)品在系統(tǒng)中得到應(yīng)用，不斷提高系統(tǒng)的先進性和自動化水平。

參 考 文 獻

[1] 沈國榮等，變電站自動化發(fā)展綜述.江蘇電機工程 2000.12

[2] 任雁銘，變電站計算機通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的研究.華北電力大學博士論文，2000年5月

[3] DOUGLAS E.COMER，用 TCP/IP 進行網(wǎng)際互連 第一卷 原理協(xié)議和體系結(jié)構(gòu).電子工業(yè)出版社，2001

[4] 譚文恕，對變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的要求及通信網(wǎng)絡(luò)標準化的動態(tài).電網(wǎng)技術(shù)，1999年12期