變電站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究

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【摘要】自變電站自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用以來(lái)，不論是在低壓電力系統(tǒng)中，還是在當(dāng)前的高壓及超高壓的電力系統(tǒng)中，都得到了極其廣泛的應(yīng)用。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及變電站自動(dòng)化技術(shù)的不斷革新，對(duì)當(dāng)前站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信也有了更高要求。本文就主要針對(duì)當(dāng)前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信中存在的一些問(wèn)題，對(duì)其中的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)展開(kāi)了系統(tǒng)的研究。

【關(guān)鍵詞】變電站自動(dòng)化；網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；以太網(wǎng)；研究

引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，當(dāng)前在我國(guó)的變電站中都已經(jīng)普遍應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，一些在建的變電站也都趨向于智能化的方向建設(shè)，待其建成之后將具備更高的自動(dòng)化程度，而對(duì)于已建成的老舊變電站，也正在逐步進(jìn)行智能化的改造。對(duì)于變電站而言，其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)通信能力就是其智能化程度的最佳體現(xiàn)。因此，對(duì)其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行研究，并及時(shí)解決其中存在的問(wèn)題對(duì)于我國(guó)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

變電站自動(dòng)化技術(shù)自被引入我國(guó)開(kāi)始，就得到了極快的發(fā)展。當(dāng)前不論是新建的變電站，還是老舊的變電站，都在采用這種新型技術(shù)。較之常規(guī)的變電站，這種新型的自動(dòng)化系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)就是其擁有極強(qiáng)的站內(nèi)通信能力。自90年代初期這種技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用之后，在變電站內(nèi)相繼出現(xiàn)了多種通信方案。最初，變電站內(nèi)都是使用RS485總線，通過(guò)主從的通信方式，將保護(hù)設(shè)備進(jìn)行連接，其從本質(zhì)上而言就是串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，雖然在方式上較為簡(jiǎn)便，但是卻有很多技術(shù)缺陷。隨后隨著多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷被引進(jìn)，這些技術(shù)憑借其簡(jiǎn)單易用、可有效抗干擾以及組網(wǎng)十分便利等優(yōu)點(diǎn)，很快就在電力系統(tǒng)中普及開(kāi)來(lái)，并被用于組件變電站內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前使用較多的總線通常為L(zhǎng)onWorks以及CAN。經(jīng)實(shí)踐證明，雖然將現(xiàn)場(chǎng)總線用于通信網(wǎng)中具備了較好的實(shí)踐效果，但是隨著變電站逐步向高壓以及超高壓大型變電站發(fā)展，這種技術(shù)就開(kāi)始顯現(xiàn)出其局限性，如并不能適用于高壓如220kV、330kV以及超高壓如500kV變電站中的具體要求。此時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他高新技術(shù)的不斷推動(dòng)下，一種新型的嵌入式技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，并為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了新的選擇，即使用嵌入式技術(shù)。通過(guò)這種技術(shù)的應(yīng)用，在站內(nèi)在單片機(jī)系統(tǒng)上就能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信。這種技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)就已得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，并被諸多大公司運(yùn)用到了實(shí)際工作中。同時(shí)，據(jù)相關(guān)研究標(biāo)明，嵌入式的以太網(wǎng)也將會(huì)是變電站系統(tǒng)內(nèi)部通信的必然方向。

2TCP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

2.1.1建立TCP連接的方式

為TCP建立連接時(shí)，通常要是用三次握手的方式，其過(guò)程主要如下：首先第一次握手時(shí)的報(bào)文段要經(jīng)由碼元字段SYN比特置1來(lái)識(shí)別。在第二次握手時(shí)要將碼元字段的SYN以及ACK比特都置1，表明這是已對(duì)第一個(gè)報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)，并繼續(xù)進(jìn)行下一步的握手操作。而最后一個(gè)報(bào)文段其實(shí)就只對(duì)信息的確認(rèn)，并通知目的機(jī)主連接已經(jīng)建成，并且雙方均同意。一般情況下處于不同機(jī)器上的TCP其狀態(tài)也將不同，當(dāng)一種等待握手時(shí)，另一種則主動(dòng)進(jìn)行連接。并且連接可以被任一一方主動(dòng)發(fā)起，只要建立起連接，就可以在雙方之間形成信息的雙向流通，在這種連接之中不存在主從關(guān)系。

2.1.2關(guān)閉TCP連接的方式

不同于TCP的連接，當(dāng)要關(guān)閉TCP時(shí)，所采取的握手方式有所不同，主要表現(xiàn)在收到FIN報(bào)文段之后的動(dòng)作。此時(shí)的TCP并不是立即就開(kāi)始發(fā)送第二個(gè)保溫，而是經(jīng)發(fā)送確認(rèn)信息待通知相關(guān)應(yīng)用程序向其提出關(guān)閉請(qǐng)求。這一發(fā)出請(qǐng)求并得到反饋的過(guò)程需要消耗一些實(shí)踐，而確認(rèn)的發(fā)送就是為了有效避免重復(fù)之前發(fā)送的FIN報(bào)文段。最后，程序內(nèi)就提示TCP可以徹底將連接關(guān)閉，并繼續(xù)第二個(gè)FIN報(bào)文段的發(fā)送，而發(fā)起關(guān)閉的機(jī)器回送最后一個(gè)報(bào)文段，也就是確認(rèn)報(bào)文段ACK。當(dāng)某一方向上的連接關(guān)閉后，TCP就會(huì)終止此方向上的數(shù)據(jù)傳輸，但是此時(shí)對(duì)于反方向而言，發(fā)送方還可以繼續(xù)數(shù)據(jù)的發(fā)送工作，直至發(fā)送方關(guān)閉連接。但是即使連接關(guān)閉之后，確認(rèn)信息還會(huì)繼續(xù)被反饋，直至雙方的TCP都被關(guān)閉后，相關(guān)記錄也將被刪除。

2.1.3TCP連接復(fù)位

通常情況下，當(dāng)應(yīng)用程序要經(jīng)過(guò)關(guān)閉操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某一連接的結(jié)束工作，當(dāng)情況異常要中斷連接時(shí)，TCP的復(fù)位措施就起到了作用。復(fù)位時(shí)發(fā)起端發(fā)出報(bào)文段后，另一端立即退出連接，而TCP應(yīng)通知應(yīng)用程序此時(shí)的復(fù)位操作。復(fù)位時(shí)的退出是即時(shí)的，復(fù)位時(shí)連接雙方在進(jìn)行傳輸時(shí)的相關(guān)資源都會(huì)被立即釋放。

2.2TCP在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

鑒于TCP在連接方式上的不同特征，在使用TCP軟件系統(tǒng)時(shí)所采用的模式一般為客戶端———服務(wù)器。此時(shí)客戶端就作為所建立起的對(duì)等通訊的發(fā)起者，同時(shí)也是其關(guān)閉時(shí)的發(fā)起者，而服務(wù)器則負(fù)責(zé)接收這些通信請(qǐng)求。一般而言，由于客戶端只需要具備支持發(fā)起連接、傳輸數(shù)據(jù)以及斷開(kāi)連接等功能的特性，因此其軟件構(gòu)成通常都比較簡(jiǎn)單。并且由于在變電站中其自動(dòng)化系統(tǒng)始終都處于連接狀態(tài)，因此往往都為永久性連接。而對(duì)于服務(wù)器而言，由于其要經(jīng)常處理較多連接，任務(wù)也較為繁重，因此在軟件結(jié)構(gòu)上就較為復(fù)雜。TCP協(xié)議的服務(wù)器多數(shù)情況下都會(huì)選擇并發(fā)的并且面向連接服務(wù)器。在進(jìn)行通訊協(xié)議時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)中的全部電子設(shè)備全部都要兼具客戶端與服務(wù)。當(dāng)這些智能電子設(shè)備被應(yīng)用至系統(tǒng)中之后，其顳部的服務(wù)器應(yīng)當(dāng)首先開(kāi)始運(yùn)行，以保障設(shè)備可以及時(shí)準(zhǔn)確接收到連接的請(qǐng)求，并保障連接的順利建立。之后客戶端才會(huì)被啟動(dòng)，并與其他有通訊需求的設(shè)備進(jìn)行連接。在正常運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)部的通信連接會(huì)始終保持，并實(shí)現(xiàn)通信連接兩端的設(shè)備的全雙工通訊。

3快速以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)將快速以太網(wǎng)應(yīng)用至變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)中之后，其大帶寬就可以有效保障站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)在不分層布置的情況下依然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的快速傳輸。當(dāng)LonWorks以最大負(fù)荷網(wǎng)速運(yùn)行且網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)通常時(shí)，可計(jì)算出100兆帶寬的快速以太網(wǎng)上的通訊節(jié)點(diǎn)數(shù)約有470個(gè)。而當(dāng)使用交換式集線器時(shí)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還能具備更大的帶寬，從而其內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)數(shù)量也將會(huì)更多。因此可以說(shuō)，快速以太網(wǎng)的應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)間隔層以及設(shè)備層內(nèi)的裝置與主干網(wǎng)之間的直連成為了可能。當(dāng)帶寬在100M時(shí)就可以充分滿足系統(tǒng)的通訊效率，從而使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單。當(dāng)帶寬被增大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的成本也能得到節(jié)約。此時(shí)，由于減少了通訊過(guò)程中的中間環(huán)節(jié)，就會(huì)使得通訊中的延遲大大減少，從而最終使網(wǎng)絡(luò)的可靠性被進(jìn)一步提升。

4結(jié)束語(yǔ)

本研究主要對(duì)以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)的介紹，并對(duì)其具體應(yīng)用做出了系統(tǒng)的分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，技術(shù)革新速度的不斷提升，通訊網(wǎng)絡(luò)正向著高速率低成本的方向快速發(fā)展。當(dāng)前的電力行業(yè)也應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握科技動(dòng)向，并緊跟時(shí)展潮流，不斷推進(jìn)各種新型技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，不斷推進(jìn)變電站的自動(dòng)化與智能化，為社會(huì)與國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供更多助力。

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作者：丁暉 朱寧 任寅平 單位：國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司銅陵供電公司