基于时间敏感网络的变电站通信网络最大时延计算方法

基于IEC 61850智能变电站业务的通信需求和时间敏感网络(time-sensitive networking,TSN)的基本原理,应用TSN技术保障变电站通信业务的实时性。基于TSN流调度协议IEEE802.1Qbv的交换机转发原理建立了信息流服务曲线,基于变电站通信网络报文传输特性建立了信息源到达曲线,利用网络演算理论,提出了变电站报文传输的端到端最大时延计算方法。通过不同层次的变电站通信网络仿真分析,结果表明TSN技术满足了变电站业务的通信需求,尤其在保证关键控制命令等时间敏感业务传输的实时性方面具有明显优势。所提出的最大时延计算方法为智能变电站应用TSN的时延分析提供了理论计算依据。     

基于电力业务的时间敏感网络测试床*

随着电力通信网络规模及终端设备数量的增长,电力业务中信息传输对网络的实时性、可靠性提出了越来越高的要求。时间敏感网络（Time Sensitive Network,TSN）作为下一代工业网络通信的核心技术,兼容传统以太网技术,具有高实时性、高带宽、互操作性好和低成本等优点,能够满足电力行业中对时间要求严苛的应用场景需求。结合电力业务特点,提出了一种基于TSN技术的测试床,研究了时间同步、流量调度及电力业务适配性测试方法,并对测试结果进行了分析,为TSN技术研究、产品研制以及在电力行业的应用提供测试验证环境和技术支撑。     

关于骨干通信网网络优化的探讨

随着通信网的不断发展,地区电力通信网的各层通信传输网络相继建设完成,新业务和新的通信站不断接入。原有的组网方式存在网络拓扑结构瓶颈,业务配置复杂,业务板卡数量有限,无法满足新增业务的需求,对"三集五大"建设难以构成有效支撑。利用现有光缆资源,对骨干通信网网络拓扑结构进行优化,在核心节点升级扩容设备,对全网传输时隙进行统一规划。通过骨干通信网网络优化,提高了传输时隙利用的有效性和有序性,规范了网管业务数据开通流程,为"三集五大"建设提供有力的通信网络保证。     

应用ATM网络实现电力系统远程实时监控

提出了电力系统实时决策系统中超远程强实时通信的设计与实现方法，在网络拓扑上采用星形的多智能客户机组／中央服务器群集模式；网络物理载体采用能够提供高带宽和极短时延的基于光放大技术的同步光纤网；在通信方式的选择上，采用基于无确认的方式并且能够提供良好的实时服务的兼容性的ATM技术，通过对可靠性和实时通信时延进行精确估算，表明采用此设计方式，可以满足电力系统实时决策和紧急控制对上千千米超远程通信的可靠性和实时性要求。     

智能配电网ZigBee无线传感器网络路由机制研究

无线传感器网络应用于智能配电网通信中,在保证无线传感器网络数据通信速度和通信质量的前提下,需建立具有上确界保证的智能配电网通信路由算法。在智能配电网通信无线传感器网络拓扑结构的基础上,建立满足智能配电网通信可靠性要求下的实时性与可靠性路由机制。路由协议具有多跳路由、自动组网等特点,以满足不断变化的网络,为其他具有ZigBee网状拓扑结构的系统提供参考。     

基于时间敏感网络的流量调度机制在智能变电站中的研究与实现

为解决智能变电站中数据流量增长与控制信息实时性的矛盾,提出了一种基于时间敏感网络的二层以太网新技术来对流量进行调度。该技术通过在传输时间上采用时隙窗口独占和共享的思想,在传输通道中采用帧抢占的机制,在前端根据流量特性进行分类,在后端通过算法进行参数的最优化配置。该技术可以改进智能变电站中过程层对传统交换机的流量调度机制,提升对时间敏感流量进行确定性时延调度的效果,为智能变电站的以太网网络提供具有低时延抖动的传输服务,为电力系统的服务质量(QoS)的提升提出了一个新思路。     

多跳中继宽带电力线通信网络中的OFDM跨层资源分配

为保障宽带电力线通信网络的有效性和可靠性,提出一种综合多跳中继宽带电力线通信网络的业务层、网络层、介质访问控制(Media Access Control,MAC)层和物理层信息的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)跨层资源分配方法。首先建立综合跨层信息的MAC层数据包调度效用值模型和基于公平性阈值控制的物理层子载波分配模型。提出为满足各用户服务质量需求的MAC层高效用值数据包优先调度准则。再将该模型和准则应用于宽带电力线通信网络各交叉节点的资源分配过程中。最后在典型电力线信道环境下对所提算法及对比算法进行仿真。仿真结果表明所提算法能够保证实时用户与非实时用户的通信速率和时延的服务质量需求,且具有较大的系统吞吐量和较好的时延特性,有效解决了多跳中继宽带电力线通信网络的OFDM资源分配问题。     

广域保护通信多路径路由选择的改进蚁群算法

广域保护系统对通信过程中的实时性和可靠性都有严格的要求。目前满足广域保护通信系统的路由算法是在综合了时延和可靠性的要求下,计算一条最优主路径,而没有考虑在主路径链路或节点失效后的备用路径问题。针对此问题,提出了一种基于蚁群算法的多路径路由算法,用于计算满足广域保护通信要求的主路由和备用路由,以提高广域保护通信的可靠性。基于链路的时延和可用率改进蚁群算法的信息素,通过改进的蚁群算法可以在广域保护通信网络寻找到从源节点到目的节点之间的多条不同质量的传输路径。实验结果表明,通过所提出的多路径选择算法计算得到的多条路径都能满足广域保护通信系统对实时性和可靠性的要求。     

基于无线传感网络的风电机组状态监测系统可靠性分析

通过可靠的风电机组状态监测系统,可实时监测风电机组的运行状态,及时发现并排除风电机组的故障。首先对基于无线传感网络的风电机组状态监测系统的可靠性进行研究。为提高监测系统的可靠性,将备用无线传感器节点部署在风电机组中极易发生故障的部件上;根据马尔可夫状态转移模型建立监测系统可靠性函数;运用粒子群算法以监测系统构建成本为目标函数,在监测系统可靠性满足对风电机组的状态健康监测的要求下,优化系统备用节点数目,并对影响监测系统的可靠性因素进行分析。结果表明,增加监测系统的备用节点可有效提高监测系统的可靠性。     

智能配电网无线传感器通信网络的跨层协作控制

为提高智能配电网无线传感器网络通信的实时性和可靠性,提出一种堆栈协议层之间跨层协作的控制模型。以无线传感器网络节点内各个影响因素为概念节点,建立起节点内模糊认知图结构模型,利用隶属关系确定该模型内概念节点之间的影响程度,进而建立整个通信系统的跨层控制模型。控制模型根据网络电力数据的通信状态,通过自学习和训练方法获得各个协议层参数之间的影响权重,实时调整物理层、MAC层、传输层参数以及路由策略相互协作,来保证数据通信的实时性和可靠性。最后对系统的网络接收的数据量、节点队列传输数据的平均延时以及网络的吞吐量等指标进行测试。结果表明,所提出的基于模糊认知图的无线传感器网络跨层协作控制方案符合智能配电网无线传感器网络通信特征,并能够满足其通信实时性与可靠性的需求。     

基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30ns以内,同步偏差最低可达1.38ns,验证了所提算法的优越性。     

一种基于时隙动态分配的FlexRay系统通信机制

汽车FlexRay总线系统中消息的调度方法直接关系到整车通信实时性。针对FlexRay系统静态段固定分配时隙机制的不足,提出一种静态时隙动态分配的消息调度机制(SDAS),给出该机制下调度器的状态转换模型和运行算法,并定量分析各静态消息最坏响应时间;在对FlexRay帧结构设计基础上,以静态段时间碎片最小为目标,以消息可调度和通信周期有界为约束条件,建立了SDAS机制下相关网络参数的配置方法。实验仿真结果表明,与固定分配时隙相比,SDAS机制能有效提高消息实时性和带宽利用率。     

基于软件定义网络的主动配电网通信体系研究

主动配电网的发展对其通信网络的传输带宽、可靠性、接入灵活性等方面提出了更高要求。针对主动配电网通信业务需求,探究软件定义网络(software defined network,SDN)技术的特点,创新性地引入软件定义网络的思想,提出了基于软件定义网络的主动配电通信网络体系架构,充分利用SDN技术灵活、高效、可编程的优势,对基于SDN的主动配电网通信网络关键技术进行研究分析,以满足未来主动配电网业务的通信需求。     

基于TDMA技术的无线传感器网络时间同步新方法

时间同步技术对于无线传感器网络的正常工作以及运转效率来讲都至关重要,是不可或缺的一环。传统的时间同步算法主要针对于节点信息包传输过程中的时间延迟和节点时钟的偏移和漂移,但由于很多复杂因素的影响,这一类时间同步算法的同步精度都不是很高。对此,将时分多址（TDMA）技术用于无线传感器网络的时间同步,网关节点发送信标通知各节点时隙分配,并且利用了节点侦听使得那些不在网关通信半径内的节点也能获取到时隙的情况,各节点在自己分配得到的时隙内发送消息。最后将媒体访问控制（MAC）子层的TDMA协议与网络层汇聚树协议（CTP）结合,通过对丢包率的计算来分析所提出方法的效果。实验结果表明,应用了TDMA技术后,丢包率明显减小,说明了TDMA对时间同步有很好的效果。     

基于IEC 61850的智能配电通信网络仿真平台设计

可靠性、实时性、双向性是智能配电网通信系统必须满足的要求。在当前智能配电网通信系统分析的基础上,基于最新的IEC 61850标准,对智能配电网业务流量以及通信需求进行建模。在开源的多协议网络仿真软件 OMNeT++平台上建立了智能配电网通信网络仿真模型。仿真研究了在加入大量的分布式能源以及电动汽车等数据流量业务的背景下,过程层IED和站控层配电子站之间的通信交互过程,对比分析了在不同带宽、不同业务流量背景下IED和配电子站进行信息交互过程的传输时延。     

计及虚拟惯量与下垂控制的风火耦合系统小扰动稳定分析

风火耦合系统在我国北方电网中普遍存在。为了构建电网友好型风电场,主动频率支撑控制被引入风电功率外环,然而该控制可能会影响耦合系统的稳定特性。已有研究主要关注主动频率支撑控制对火电机组主导的机电振荡特性的影响,对风电机组主导的次同步振荡特性影响的研究不多。基于此,建立考虑主动频率支撑控制的风火耦合系统模型,分析在不同风电渗透率和不同锁相环阻尼系数下主动频率支撑控制对耦合系统中火电机组主导的机电振荡模态以及风电机组中锁相环主导的次同步振荡模态的影响,确定耦合系统中锁相环主导的次同步振荡模态的主要影响因素。为了探究主动频率支撑控制影响锁相环主导的次同步振荡的失稳机理,推导了耦合系统计及主动频率支撑控制时锁相环小扰动等效模型,通过复转矩法分析了主动频率支撑控制对锁相环主导的次同步振荡模态的影响。通过时域仿真验证了主动频率支撑控制参数对耦合系统稳定性的影响。     

电力系统实时决策系统中的实时通信

为满足电力系统实时决策和紧急控制对实时性的要求，提出了电力系统实时决策系统中强实时通信的设计与实现方法。其中网络设计采用复合网络拓扑，通信协议采用无连接的UDP通信协议，软件设计采用多媒体定时中断和非阻塞通信模式。实时性测试证明了强实时通信的可行性。大量的实验数据显示该通信设计方案可满足电力系统实时性和可靠性的要求。     

兆瓦级风电机组变桨系统的设计与实现

本文详细分析了变桨距系统的设计原理和组成,并在此基础上以非线性PID算法为控制核心,以Profibus总线和CAN总线作为通信,以超级电容作为后备电源,设计了兆瓦级风电机组变桨距系统,对变桨系统软件开发所涉及的运行模式划分为五类,并将研究结果应用于国内某风场,结果表明该系统满足风电机组对变桨系统位置和精度控制的要求。     

基于动态时间弯曲距离的主动配电网馈线差动保护

基于馈线上不安装电压互感器、馈线终端(FTU)通信实时性较差和时间同步能力较弱的工程应用背景,提出一种主动配电网馈线差动保护方法。利用相电流突变量启动算法,触发馈线区段边界上各FTU相互交换1个工频周波的故障电流采样数据,再通过计算各FTU故障电流的动态时间弯曲(DTW)距离确定是否为区段内部故障。该保护在启动算法与抗同步误差能力强的DTW算法的配合下,不需要获取电压信息,不要求FTU间准确同步,对数据通信实时性要求不高,数据运算量小,对FTU硬件配置要求低,适用于分布式电源高度渗透的含多分支线路的主动配电网。仿真结果说明了所提方法的有效性。     

3层式广域保护系统通信网络

分析了3层式广域保护系统需要传输的消息种类以及各类消息对通信系统的要求,在此基础上选择了IP over ATM over SDH作为网络类型,以充分利用同步数字体系（SDH）光纤自愈环的低时延和可靠性以及异步传送模式（ATM）的服务质量（QoS）和IP的多业务支持;设计了多环网络拓扑并探讨了关键消息传输的通信协议;使用OPNET Modeler对关键信息传输进行了仿真,证实了此通信系统的有效性,仿真结果表明该通信系统可以满足最恶劣情况下的实时性和可靠性要求。