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基于蛛网拓扑的智能变电站通信可靠性和实时性研究

庞继伟  
【摘要】:智能变电站是衔接电网发、输、变、配、用电和调度六大环节的关键,为智能电网提供标准、可靠的节点支撑。作为智能变电站的“神经系统”,通信系统的性能将直接决定变电站功能的稳定性。现阶段智能变电站通信网络均采用与标准以太网相同的拓扑结构、组网方式以及通信协议等,无法满足智能变电站对自身通信网络的特殊要求,且不具备应对变电站特殊情况时的自愈能力。本文以智能变电站通信网络为背景,研究提高智能变电站通信可靠性和实时性的新途径。针对智能变电站对通信可靠性要求高的特点,提出基于蛛网拓扑的智能变电站通信网络结构,运用故障树分析法对其可靠性进行分析;应用cost-efficiency理论,与传统拓扑进行比较,证明蛛网拓扑的智能变电站通信网络可靠性更高,经济性更好。为提高智能变电站通信实时性,提出基于逻辑节点的组网方式,并结合变电站功能,对PICOM(Piece of Information for COMmunication)报文进行优先级划分;运用网络演算法,从报文的端对端延时上限的角度,分析蛛网拓扑智能变电站通信网络的实时性,并与传统组网方式和传统拓扑比较;验证了基于蛛网拓扑的智能变电站通信网络具有多路径实时性强的特点,提高了智能变电站通信网络的实时性。为增强应对流量激增极端情况时的自愈能力,提出基于MPLS(Multi-Protocol Label Switching)改进的无缝流量分配方式,详细分析不同流量时的分配方式;结合IEC 61850所定义的normal、worst-case以及极端情况,对其进行仿真分析,并与传统协议比较。分析结果表明了新的无缝流量分配方式具有流量优化分配和通信恢复时间为零的特性,提高了智能变电站通信可靠性。为提高应对链路故障时的自愈能力,结合双端口IED(Intelligent Electronic Device)设备,提出基于MPLS改进的不间断式双冗余热备份通信方式,详细分析不同网络状态下的工作方式;针对链路正常、链路故障和链路故障后情况,进行仿真分析,并与传统协议比较。结果表明,新的通信方式具有任何状态下报文冗余热备份传输和通信恢复时间为零的特点,增强了智能变电站通信网络应对链路故障时的自愈能力,进一步提高了智能变电站通信可靠性。


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