變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究

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一、概述

變電站自動(dòng)化技術(shù)近幾年在我國(guó)得到了迅速發(fā)展，新建變電站大都是自動(dòng)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(jìn)行智能化改造，智能變電站最大的優(yōu)勢(shì)就在于強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力。在國(guó)內(nèi)變電站常用的現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)便易用，組網(wǎng)方式比較簡(jiǎn)單，被電力自動(dòng)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(chǎng)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(dāng)隨著智能變電站技術(shù)的不斷深入，越來(lái)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(diǎn)的數(shù)量不斷攀升，對(duì)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(yùn)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境有了很大改觀。

二、TCP協(xié)議在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1TCP工作方式的簡(jiǎn)單介紹

（1）TCP連接的建立。TCP連接的建立是通過(guò)三次握手的方式完成的。第一個(gè)握手報(bào)文是將碼元字段SYN置1來(lái)辨別，第二個(gè)握手報(bào)文將碼元字段SYN和SCK都置1，對(duì)之前報(bào)文確認(rèn)繼續(xù)操作，第三個(gè)握手報(bào)文是對(duì)連接建立的確認(rèn)。當(dāng)連接建立以后，通訊雙方不存在主從關(guān)系，數(shù)據(jù)可進(jìn)行雙向?qū)Φ葌鬏敗?/p>

（2）TCP連接的關(guān)閉。TCP連接的關(guān)閉是通過(guò)改進(jìn)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(bào)文后，TCP先發(fā)送關(guān)閉確認(rèn)，然后關(guān)閉連接，發(fā)送第二個(gè)FIN報(bào)文，最終關(guān)閉發(fā)起方回送關(guān)閉確認(rèn)報(bào)文ACK，最終連接關(guān)閉結(jié)束。

（3）TCP連接復(fù)位。在TCP連接過(guò)程中，在某些異常狀況發(fā)生時(shí)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行中斷操作，TCP對(duì)這一操作提供了復(fù)位操作功能，即在需要復(fù)位時(shí)，發(fā)送碼元字段RST為1的報(bào)文，命令的接收端會(huì)進(jìn)行推出連接操作，雙方的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)立即停止，數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)得到釋放。

2.2TCP在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于TCP連接方式的特點(diǎn)，TCP軟件系統(tǒng)通常采用客戶(hù)端-服務(wù)器的模式。客戶(hù)端為對(duì)等通訊建立和關(guān)斷的發(fā)起者，服務(wù)器為通信請(qǐng)求的等待接收端。比較起來(lái)，由于只需完成連接的發(fā)起、數(shù)據(jù)傳輸和連接的斷開(kāi)，客戶(hù)端的軟件構(gòu)成要簡(jiǎn)單。而且絕大多數(shù)情況下變電站的自動(dòng)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(gè)連接要處理，其軟件結(jié)構(gòu)相對(duì)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(guò)程中，系統(tǒng)的每個(gè)IED設(shè)備同時(shí)具有客戶(hù)端程序和服務(wù)器程序。IED設(shè)備投入運(yùn)行后，服務(wù)器程序要首先運(yùn)行，確保設(shè)備連接請(qǐng)求的正常接收，保證連接的正常建立。然后客戶(hù)端程序也會(huì)啟動(dòng)，向其他有通訊需求的IED裝置發(fā)出連接請(qǐng)求，如果沒(méi)有故障發(fā)生，連接建立之后就會(huì)一直保持，最終實(shí)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(dòng)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(jìn)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(fù)荷網(wǎng)速計(jì)算，在保證網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)順暢的情況下，100M帶寬的快速以太網(wǎng)上的通訊節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以達(dá)到474個(gè)，并且在使用交換式集線器的情況下，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際帶寬可以更大，從而可容納節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以進(jìn)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(jiǎn)化，在帶寬加大的同時(shí)，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。

四、結(jié)論

本文主要介紹了以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊中的應(yīng)用，并對(duì)快速以太網(wǎng)在變電站中的應(yīng)用做了分析。目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)革新的周期越來(lái)越短，通訊網(wǎng)絡(luò)正朝著速率越來(lái)也高，成本越來(lái)越低廉的方向發(fā)展。作為電力工作者應(yīng)當(dāng)緊跟發(fā)展的潮流，使更多有優(yōu)勢(shì)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(jìn)性和自動(dòng)化水平。

作者：陳磊 單位：國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司