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變電站自動化系統內部網絡通信技術研究

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變電站自動化系統內部網絡通信技術研究

一、概述

變電站自動化技術近幾年在我國得到了迅速發展,新建變電站大都是自動化程度很高的智能變電站,很多地區的老舊變電站也在進行智能化改造,智能變電站最大的優勢就在于強大的網絡通訊能力。在國內變電站常用的現場總線技術主要為RS485總線,這種通訊方式為兩線半雙工通訊,簡便易用,組網方式比較簡單,被電力自動化設備廠商廣泛應用。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,且數據通訊傳輸的速率和數據量有限。當隨著智能變電站技術的不斷深入,越來越多的智能設備被不斷應用,系統采樣周期不斷縮短,采樣點的數量不斷攀升,對通訊速率和數據傳輸能力的要求也不斷提高,傳統的網絡通訊模式則不能滿足系統運行的需要,于是變電站內部通訊網絡就有了新的變革。計算機嵌入式應用技術在工業控制領域得到應用,以太網技術在變電站底層通訊的應用得以實現,使系統網絡通訊環境有了很大改觀。

二、TCP協議在變電站自動化系統中的應用

2.1TCP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系,數據可進行雙向對等傳輸。

(2)TCP連接的關閉。TCP連接的關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別在于收到FIN報文后,TCP先發送關閉確認,然后關閉連接,發送第二個FIN報文,最終關閉發起方回送關閉確認報文ACK,最終連接關閉結束。

(3)TCP連接復位。在TCP連接過程中,在某些異常狀況發生時需要對網絡連接進行中斷操作,TCP對這一操作提供了復位操作功能,即在需要復位時,發送碼元字段RST為1的報文,命令的接收端會進行推出連接操作,雙方的數據傳輸會立即停止,數據傳輸緩沖區得到釋放。

2.2TCP在變電站自動化系統中的應用

由于TCP連接方式的特點,TCP軟件系統通常采用客戶端-服務器的模式。客戶端為對等通訊建立和關斷的發起者,服務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起、數據傳輸和連接的斷開,客戶端的軟件構成要簡單。而且絕大多數情況下變電站的自動化系統的連接是一直保持的,因此可以采用永久性連接的方式。而由于服務器需處理的任務較多,往往有多個連接要處理,其軟件結構相對要復雜的多。TCP協議的服務器一般選擇并發的面向連接服務器。在通訊協議過程中,系統的每個IED設備同時具有客戶端程序和服務器程序。IED設備投入運行后,服務器程序要首先運行,確保設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裝置發出連接請求,如果沒有故障發生,連接建立之后就會一直保持,最終實現通訊兩端的IED設備的全雙工通訊。

三、快速以太網在變電站自動化系統中的應用

快速以太網的大帶寬保證即使電站網絡不進行分層布置,一樣可以確保足夠高的通信效率。按照LonWorks的最大負荷網速計算,在保證網絡絕對順暢的情況下,100M帶寬的快速以太網上的通訊節點數量可以達到474個,并且在使用交換式集線器的情況下,網絡實際帶寬可以更大,從而可容納節點數量可以進一步加大。因此,快速以太網一旦應用,現有網絡間隔層和設備層的裝置都可以直接和主干網連接,100M以上的帶寬完全可以滿足通訊效率,從而使網絡結構得到簡化,在帶寬加大的同時,網絡成本也節約了,由于通訊中間環節的減少,通信傳輸中的延遲也降低了,網絡可靠性也得到了提高。

四、結論

本文主要介紹了以太網在變電站自動化通訊系統網絡通訊中的應用,并對快速以太網在變電站中的應用做了分析。目前計算機網絡技術發展迅速,技術革新的周期越來越短,通訊網絡正朝著速率越來也高,成本越來越低廉的方向發展。作為電力工作者應當緊跟發展的潮流,使更多有優勢的新技術新產品在系統中得到應用,不斷提高系統的先進性和自動化水平。

作者:陳磊 單位:國網安徽省電力公司檢修公司

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