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208、IEC61850在智能变电站应用时采用网络结构分析.doc

208、IEC61850在智能变电站应用时采用网络结构分析

潜水艇094
2010-09-08 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《208、IEC61850在智能变电站应用时采用网络结构分析doc》,可适用于工程科技领域

IEC在智能变电站应用时采用网络结构分析陈德辉袁京(国网电力科学研究院江苏南京国电南京自动化股份有限公司江苏南京)摘要:不同的网络结构提供不同的网络性能通过一些网络交换设备在一定程度上可以达到成本和冗余方面的预期。随着智能变电站的建设网络在智能变电站中的地位越来越重要。本文从IEC在变电站站控层应用的角度对网络结构进行分析对不同网络结构的优缺点进行分析清楚网络系统可靠性与网络结构之间的关系对于建设高效、可靠的系统是一个关键。关键字:智能变电站IEC网络结构AnalysisofNetworkArchitecturewithFocusonIECApplicationsinSmartSubstationChenDehui,Yuanjing(StateGridElectricPowerReseachInsitute,Nanjing,China)(GuodianNanjingAutomationCo,LTD,Nanjing,ChinaAbstract:AvarietyofflexiblenetworkarchitecturesofferingdifferentlevelsofperformancecostandredundancyareachievableusingmanagedEthernetswitchesWithconstructingoftheSmartSubstation,theusingofnetworkquicklybecomingmoreandmoreimportantThisarticlelooksatconsiderationswhendesigninganEthernetnetworkforsubstationautomationapplicationswhichmayincludeIECStationorProcessbusoracombinationofboth,withfocusonredundancyByanalysisthetwosidesofdefferentarchitectures,understandingtherelationshipsbetweenthephysicalstrcutureofanetworkandtheprotocolsthanrunonthenetworkiskeytocreatingstrulymaintainableandadaptablenetworkthatdealswithissueseffectivelyKeyword:SmartSubstation,IEC,NetworkAchitecture、概述基于以太网技术的通信网络在变电站自动化系统等工业领域中的应用已经有目共睹。为了增强系统运行的安全性和可靠性作为系统神经中枢的通信网络通常采用不同的网络拓扑结构来提高系统运行的可靠性。随着智能电网、智能变电站的建设以及前期数字化变电站试点在科研、工程等方面积累了大量的经验。在系统的建设和推广过程中由于对系统的通信网络结构没有统一的标准所以在数字化系统中大量的智能电子设备(IntelligentElectronicDevicesIED)通过何种的网络结构连接也就这些IED之间采用何种网络拓扑结构也成了IEC标准应用过程中碰到的首要问题同时这将关系到整个变电站系统的安全性和可靠性。因此在智能变电站建设初期有必要对各种拓扑结构进行分析以便在智能变电站变电站系统建设和推广中的网络选型有的放失。、IEC与通信网络IEC与通信网络的关系可以从两个方面展开:一是应用IEC时采用何种通信方式二是为满足站内不同类型信息的实时性IEC所采用的协议栈机制。关于前者文献中对此有相关的介绍IEC在通信约束上采用引用以太网标准的方式避免了对网络结构的规定虽然在一定程度上保证了标准的一致性但是给实现过程带来了多样性在实现通信冗余上也是如此以更好地保障标准的可扩充性从而使标准更能适应将来通信技术的发展需求。对于后者为了保证站内对不同信息实时性的要求标准根据实时性特性把信息进行分类并分别采用不同协议栈的机制文献中对此有详细的讲述综合如图所示。图IEC中映射机制、网络结构分析变电站自动化系统中常用的网络拓扑结构有:总线型拓扑、环型拓扑、星型拓扑以及汇合型拓扑结构。)总线型拓扑总线型结构网络中交换机通过其自身的级联口与前或者后交换机级联(一般情况下级联口的最大吞吐量要大于相应IED的最大吞吐量)如图所示。HMI:人机交换设备(下同)GW:网关(下同)图总线型结构优点:组网方便在实际使用中可以使用较短的连接线连接到中心交换机。缺点:对于单总线型网络不存在通信网络上的冗余网络中网络中如果其中一个连接丢失与之下行链路相连的每个IED的连接联结也随之丢失。另外对于实时性要求较高的系统要充分考虑到系统的最大“跳数”即:系统中所容许的最大延时。)环型拓扑环型拓扑在连接上除头尾交换机相联外与总线型结构相似但是环形结构在一定程度上提供了链路上的冗余如图所示。图环型结构环型的网络结构提供了一定程度的自愈能力。从图中可以看出环型结构的网络物理的连接上是环形但是在实际运行中的路径并不是环路(前提是网络中的交换机必须符合诸如IEEEd、IEEEw的支撑树协议)否则将会导致一些帧在网络中不停地兜圈子从而形成网络风暴影响网络的性能。因此符合IEEEd或者IEEEw协议的交换机在通过阻塞某些端口在逻辑上等同于总线型结构只是在一个连接丢失时具有冗余的特点。优点:在实际工程中组网较为简单具有部分自愈能力。缺点:与总线型结构类似如果应用时间要求比较苛刻的环境就要考虑级联时的最坏网络延时。另外系统的重新配置会出现较长时延问题虽然IEEEw快速支撑树协议的应用大大缩短了网络的重配置于时间在变电站等一些实时性要求较高的领域的使用过程中还是要引起一定的重视。)星型结构交换机N在网络中处于骨干交换机的地位其它的所有交换都与其连接以形成一个星型网络结构。如图所示。图星型结构优点:为用户提供了最小的网络延时网络中属于不同交换机的任何两个IED之间通信仅仅需要两跳。缺点:没有网络冗余如果骨干交换机故障则所有与其相连的交换机都将成为网络孤岛或者如果一个上行链路故障则与其相连的所有IED将丢失。)混合结构混合网络结构一般由星型和环型组成此种网络结构在骨干层采用环形网络在其它部分采用星形结构如图所示:图混合型结构优点:充分利用了星形网络的最小延时和环形网络的链路冗余的优点在工作中能够承受不同程度的故障而确保连接在上面的IED不会丢失。缺点:成本较高实际中组网较为复杂不方便运行中的网络维护。以上所述几种网络结构都是从交换机的角度出发分析网络的性能在变电站自动化系统的实际应用中可以通过交换机的双重配置实现网络的冗余如:双总线型、双星型等。另外一种网络冗余措施是通过IED增加多个以太网接口其组成的网络可以承受一定程度的网络故障情形。图所示就是通过对IED网络接口的扩展组成的双总线型网络结构同样也可以组成双星型网络。通过IED与网络设备的配合组成的网络结构大大提高了网络的冗余性和可靠性。图双网口IED网络结构以上是从IEC在智能变电站站控层应用时采用何种网络的角度对其进行分析在过程层同样存在网络结构选择的问题。由于过程层涉及合并单元、智能终端等多个智能组件不同电压等级、不同接线方式的变电站在设备配置存在较大的差异如:双重化问题、保护之间如何沟通的问题最终带来网络组网的问题等等这些都需要在智能变电站建设初期需要研究和规范的问题。目前国家电网公司在这方面已经颁布了相关规范对促进智能变电站建设的标准化都具有积极作用但是所有这些最终都需要在实践中进行验证。、总结如今通信网络已经成为智能变电站自动化系统中的神经中枢网络性能的好坏直接影响到整个系统的可靠性、安全性。在实际智能变电站系统的应用中网络的选择必须以可靠、安全为第一要素不能以牺牲电力系统生产的可靠性、安全性来换取网络所谓的“冗余”(为了实现网络的冗余过分占用IED资源使得IED实时性、快速性下降等)应在满足电力系统生产需求的基础上根据具体情况来确定网络结构如:根据过程层、间隔层和站控层对实时性要求的不同、系统对双重化配置要求的不同选择不同的组网方式等。在数字化站的建设中力求达到可靠性与经济性的统一。参考文献:胡道徐李广华IEC通信冗余实施方案电力系统自动化()IEC,“Communicationnetworksandsystemsinsubstation”,Partsto,谢希仁计算机网络北京:电子工业出版社作者简介:陈德辉(-)男硕士工程师从事变电站相关的研究与开发。Email:chendhnaritechcn袁京(-)女助理工程师从事变电站自动化相关的设计。yuanjsacchinacombinbinbinbinbin

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