基于贪心流量调度的智能变电站过程层网络拓扑高可用无缝冗余配置方法

泛在电力物联网背景下,智能变电站中负责运行状态上传与控制命令下达的过程层网络负载将急剧升高。传统IEC61850标准协议中的高可用性无缝冗余(High-Availability Seamless Redundancy,HSR)通信链路配置方法由于数据副本在存在环路的网络内循环产生额外流量与额外传输延时,存在信息传输实时性差的缺点。因此,提出基于贪心流量优化算法的过程层网络拓扑高冗余无缝配置方法。首先,在分析采用HSR技术的智能变电站过程层网络工作原理的技术上,提出两种高可用性无缝冗余配置方案:交叉(Cross-Links,CLs)方案与四连通环(Four-Connected Rings,FCRs)方案。其次,为避免过程层网络在流量汇聚时易产生拥塞导致传输时效性变差,提出基于贪心算法的流量调度策略。最后,基于Opnet的变电站仿真算例表明,与传统网络拓扑配置方案相比,所提方案的数据平均传输跳数与传统拓扑方案比下降50%,而采用贪心算法的过程层网络流量调度策略在数据拥塞时的传输延时、丢包率和吞吐量衰退服务分别降低32.7%,63.5%和33.3%。因此,所提方案能够显著提升智能变电站过程层网络性能。     

基于多阶段传输的智能变电站安全通信策略

以太网技术的应用促进了智能变电站信息共享的发展,但信息的传输面临着诸多风险,基于IEC 62351标准的智能变电站对信息传输安全提出了新的要求.目前,智能变电站通信报文存在非法窃取、篡改、拒绝服务、抵赖和重放攻击等安全威胁,针对此问题,文中提出了一种基于多阶段传输的安全通信策略.该策略通过双序列函数实现通信主体身份的双向认证,利用双序列函数产生的随机因子校验报文的新鲜性,结合数字签名算法检验报文的完整性和解决主体的抵赖威胁.进一步地,以D2-1型变电站星形和环形网络下两种母线故障场景为例,对所提策略的延时进行定量计算和OPNET仿真验证,得到了两种网络结构下安全报文进行多阶段传输的端对端通信延时.仿真结果表明,所提通信策略在满足智能变电站通信实时性要求的同时有效提高了通信报文的安全性.     

智能变电站过程层网络数据流的分析与研究

在分析智能变电站过程层网络主要数据SMV、GOOSE、PTP1588报文共网传输的可行性基础上,指出过程层组网最佳方案是星形拓扑;对比VLAN与GMRP 2种报文过滤技术,以IEC 61850标准中的D2-1典型变电站为例,提出了一套基于间隔的VLAN局域网逻辑结构划分方案,对其中存在的各种数据流流量、通信时延及时延抖动进行了详细说明和计算,最后利用OPNET仿真软件对共网传输时数据流时延进行仿真,论证了采用VLAN技术共网传输的可行性。     

南方电网智能变电站网络结构分析及优化

为了优化网络结构、节省工程投资,通过分析南方电网典型的220 kV智能变电站网络结构,提出了一种适用于南方电网智能变电站间隔层设备的MMS和GOOSE报文共口共网传输方案。此外,针对MMS和GOOSE报文共口共网传输网络结构存在的问题,给出了一种虚拟局域网(VLAN)网络划分方案。结果表明,VLAN网络划分方案可极大地减轻网络负担,减小GOOSE报文传输对MMS报文的影响,为MMS和GOOSE报文共口共网传输提供了技术支持。     

采用SV和GOOSE共口传输的过程层组网方案

为了解决智能变电站过程层组网中采用SV和GOOSE共口传输方式所面临的报文过滤问题,简述了智能变电站过程层网络组网方案,通过分析智能电子设备IED之间的报文流量特征和通信需求,探讨了限制SV和GOOSE两种多播报文的配置方案,从工程应用的角度提出了一种基于VLAN技术的组网方案:根据IEEE802.1Q标签区分SV和GOOSE报文,对两种报文采取不同的VLAN划分原则。搭建试验平台对该方案进行了测试和分析,结果表明:该方案具有减少终端IED接收网络压力、工程实施简单、数据流向清晰的优点。该方案对新一代智能变电站过程层组网具有参考意义。     

层次化保护控制系统及其网络通信技术研究

新一代智能变电站层次化保护控制系统旨在基于跨间隔、跨变电站信息,实现最优保护控制策略,其中,信息共享和高可靠的通信网络方案是其重要支撑技术。剖析了层次化保护控制系统的体系结构、功能定位,对层次化保护通信系统的网络流量和网络时延进行分析,提出了一种应用于新一代智能变电站的优化网络通信方案。它基于网络报文时延可测技术,克服了目前不同步采样报文不能进行组网传输的限制,实现了保护装置功能不依赖于全站统一对时,推进了新一代智能变电站的信息共享和网络传输技术发展。     

基于信息物理融合的智能变电站过程层网络异常流量检测

智能变电站过程层网络中存在的随机报文与突发报文,伴随可能的信息设备物理故障以及入侵病毒拒绝服务攻击等导致的异常流量,使得基于简单阈值的检测方法无法适用。基于信息物理融合的广义信源及基于网络演算法的通信网络流量计算模型,提出了一种基于信息物理融合和差分序列方差的新型智能变电站过程层网络异常流量检测方法。首先,基于差分序列方差的异常检测方法和流程,提出了变电站过程层流量异常隶属函数以及基于信息物理融合的参数确定方法。其次,为增加异常检测的可靠性,提出了考虑智能变电站过程层报文特点的一种攻击条件阈值以及阈值计算方法。最后,对T1-1型变电站网络进行仿真,验证了所提方法不仅能够对过程层中存在的随机和突发通用面向对象变电站事件报文进行识别,也可识别拒绝服务攻击。     

提升智能变电站信息流实时性和可靠性的定质交换技术

首先基于OPNET仿真平台,从传输时延抖动、丢包以及传输路径等角度,分析了通用交换技术应用于智能变电站信息交换时存在的不足。然后从满足智能变电站信息流的实时性和可靠性需求出发,提出了定质交换实现技术。该技术基于多协议标签交换(MPLS)的多级子队列实现报文的分层调度,基于区域划分实现动态缓存分配,基于路径消耗为报文提供多种路径选择。最后结合实际智能变电站,在OPNET平台上构建了共网传输场景下的定质交换模型,仿真结果说明了所提定质交换技术能够合理地分配交换资源,是可行和有效的。     

新一代智能变电站三层一网技术网络流量分析

本文分析了新一代智能变电站三层一网技术的结构和特点,并对共网传输模式下SMV、GOOSE网络报文等主要业务数据类型的流量进行了定量分析,可为新一代智能变电站网络结构及性能研究提供参考。     

基于报文识别与流量管控的智能变电站保护控制信息安全防护方法

针对智能变电站保护控制信息安全风险的防范问题,提出了智能变电站保护控制信息安全风险防护的三道防线模型,包括以防入侵风险为核心的第一道防线、以防传播风险为核心的第二道防线和以防失效风险为核心的第三道防线。进一步,针对第二道防线防传播风险技术的薄弱环节,提出了基于报文识别与流量管控的保护控制信息传播风险防护方法以及相应的安全交换模型,并基于OPNET搭建了智能变电站保护控制信息传播风险防护的仿真平台。仿真结果表明所提出的保护控制信息传播风险防护方法在正常运行情况下能够优化报文处理机制,在异常情况下能够保障关键报文的可靠传输,从而有效提升了智能变电站通信网络的抗风险能力。     

基于改进WRR算法的智能变电站站内通信队列调度研究

智能变电站中数据通过以太网架构综合信息一体化传输网络进行共享,及时有效的数据交互是确保智能变电站正常运行的重要环节。针对现有的数据优先级调度策略所存在的缺陷,对传统加权轮询算法进行改进,并将其运用于智能变电站综合数据调度中。以220 k V典型智能变电站为例,在OPNET网络仿真软件中建立站内通信模型进行实例仿真。结果表明,紧急情况下,改进后的加权轮询算法可以为高实时性要求报文提供更好的服务。     

智能变电站优化组网的通信网络研究

基于智能变电站对信息共享、网络优化的要求,全站信息一体化已成为未来变电站组网的发展趋势。运用共网技术将间隔层与过程层合并,形成2层1网的优化组网结构。围绕此组网方案,通过网络数据流量的逻辑运算和明确的虚拟局域网(VLAN)划分,在OPNET仿真环境下得到有无VLAN标签的仿真对比图,验证了其网络流量和故障延时满足继电保护对网络通信性能的要求。     

智能变电站GOOSE组网应用

为了保证智能变电站GOOSE报文传输的实时性和可靠性,分析和比较了MAC地址静态组播、虚拟局域网（VLAN）、组播注册协议（GMRP）3种多播报文过滤技术的特征,指出基于端口的VLAN划分方式是现阶段智能变电站GOOSE组网工程应用中切实可行的方案。分析了智能电子设备（IED）之间GOOSE报文的数据流向和交互范围,提出一种基于GOOSE信息分类和保护间隔的VLAN划分方案,最后结合工程实例给出了GOOSE组网配置方案,该方案易于实现,GOOSE数据流向清晰,能够有效隔离多播报文。     

一种新的智能变电站通信业务安全隔离技术的研究

为了保障智能变电站通信网络的可靠性和安全性,必须对网络中的通信业务流进行安全隔离传输。分析了智能变电站通信业务流的特点,简述了目前常用的网络隔离技术,着重剖析了目前智能变电站通信网络采用的业务隔离技术的应用情况和特点,指出智能变电站通信业务流对安全隔离的迫切需求。研究了全光交换技术的分类和主流技术的主要特性指标,探索性地提出基于全光波长和全光标签混合交换技术的电力业务安全隔离方案,并详细介绍了方案的技术原理和实现措施。通过引入业务隔离评估模型,以实验方式论证了该方案的可行性。     

配电网分布式控制实时数据的GOOSE over UDP传输方式

分布式控制是智能配电网实现广域保护、控制应用的重要方式,报文的实时性是影响分布式控制性能的关键因素。文中在分析配电网分布式控制应用对通信的要求基础上,对现有的快速报文传输方式进行了比较,提出了基于用户数据报协议(UDP),用通用面向对象变电站事件(GOOSE)机制传输实时报文(GOOSE over UDP)的方案,可实现快速报文在广域网传输。通过试验平台对该方案的传输性能进行了测试,测得配电终端之间传输延时最大不超过10 ms,满足配电网分布式控制应用的需求。     

智能变电站专用通信设备的关键技术

针对智能变电站信息流的特点,提出了一种基于IEC61850标准的专用智能通信设备的开发方案。分析了智能变电站目前采用的工业以太网交换机在经济成本和技术应用方面的情况,探讨了未来智能变电站对通信设备的特有应用需求。专用通信设备摈弃了工业以太网技术使用的数据处理机制,采用虚专线、层次化的OAM、端到端的QoS、精确时钟同步以及标准建模等技术,优化了网络资源配置管理,提高了通信设备的信息传输效率以及网络性能。     

智能变电站通信网络的广义信源和流量计算模型

对于智能变电站而言,用于预测各类场景下通信网络流量的计算模型至关重要。文中首先提出了基于信息物理融合的广义信源模型,包括一次系统状态激励的电力二次智能装置报文模型、信息设备物理故障信源模型以及寄生的拒绝服务(DoS)攻击信源模型等,形成信息设备的综合信源报文模型。然后,在网络演算链路汇流方法的基础上,给出了基于广义信源的智能电网信息流流量分布矩阵定义以及演算方法,形成了明确、详细的定量分析计算流程。最后,对过程层信息设备故障、DoS攻击及一次侧设备故障的大小方式等典型运行场景,分别进行理论计算算例验证,并对其进行OPNET仿真验证,证明了所提方法的有效性。