變電站自動化系統(tǒng)內部網絡通信技術的研究和應用

陳磊

【摘要】 隨著電力系統(tǒng)智能變電站建設的不斷推進，自動化技術在變電站中的應用不斷深化，智能化監(jiān)控系統(tǒng)的應用越來越普及。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。完成這項任務離不開變電站自動化系統(tǒng)網絡技術的強力支撐。本文主要對變電站自動化系統(tǒng)內部網絡通訊系統(tǒng)的通信技術進行了討論，并對以太網技術在變電站中的應用進行了分析。

【關鍵詞】 變電站 自動化 TCP 快速以太網

一、概述

變電站自動化技術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(tǒng)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(tǒng)的網絡通訊模式則不能滿足系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)網絡通訊環(huán)境有了很大改觀。[1]

二、TCP協議在變電站自動化系統(tǒng)中的應用

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(qū)別在于收到FIN報文后，TCP先發(fā)送關閉確認，然后關閉連接，發(fā)送第二個FIN報文，最終關閉發(fā)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(fā)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(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，雙方的數據傳輸會立即停止，數據傳輸緩沖區(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-服務器的模式。客戶端為對等通訊建立和關斷的發(fā)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(fā)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(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(fā)的面向連接服務器。在通訊協議過程中，系統(tǒng)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(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(tǒng)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(jié)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(jié)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(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，網絡可靠性也得到了提高。[4]

四、結論

本文主要介紹了以太網在變電站自動化通訊系統(tǒng)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(fā)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(fā)展。作為電力工作者應當緊跟發(fā)展的潮流，使更多有優(yōu)勢的新技術新產品在系統(tǒng)中得到應用，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絡和系統(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 進行網際互連 第一卷 原理協議和體系結構.電子工業(yè)出版社，2001

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