IEEE 1588同步时钟网络时延误差的分析及修正

IEEE 1588同步时钟基于TCP/IP技术,采用变电站通信网络对时,受通信网络传输阻塞的影响,存在同步报文传输路径延时误差。文中分析了IEEE 1588时钟同步精度误差;提出了基于区分服务调度模型的同步报文路径延时误差修正方法,通过设置网络节点业务报文队列的优先级,建立了带宽调节因子和紧迫度机制,确定了同步报文的时延,并提出时钟发生器振荡频率的修正方法;实现IEEE 1588同步时钟误差的修正。搭建了高精度网络时钟硬件平台,并完成了测试。实验结果表明,该时钟实现了纳秒级网络对时,能够满足智能变电站IEC 61850标准对时间精度的要求。     

基于EPON+的高可靠性固定时延网络在智能变电站应用研究

基于智能变电站的网络通信需求,把在以太无源光网络(Ethernet Passive Optical Network, EPON)技术基础上开发的高可靠性固定时延网络(以下简称EPON+)应用到智能变电站内的网络组建中。准确定义了变电站内EPON+的通信业务及服务质量(Quality of Service, QoS),包含实时性和可靠性方面的要求,并对EPON技术作出针对性修改。软件方面,通过改变注册方式、带宽分布算法以及采用延时等待算法,确保了报文传输的快速性和均匀性。再通过硬件上的双重化配置,使报文可靠性要求得以满足。最后结合220 kV永宁变的工程实例,测试基于EPON+的报文传输性能,结果证明EPON+技术适用于变电站的组网应用。     

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。     

新一代智能变电站波分复用无源光通信网络性能研究

针对智能变电站通信系统中出现的网络时间同步、传输时延以及抖动较大的问题,对智能变电站通信网络复用方式进行了研究,提出了波分复用网络架构模式。新一代智能变电站波分复用无源光通信网络架构基于无源光网络和虚拟的点对点双向传输链路,采用业务隔离等技术,保证整个网络的稳定和可靠。通过仿真得到波分复用无源光网络的通信业务的性能指标并加以分析,证实了变电站业务对通信网络的要求均能够通过波分复用通信网络实现,该通信网络可用于变电站通信网。     

基于RPR的变电站通信系统传输时延上界计算

为了确定基于弹性分组环(resilient packet ring,RPR)的变电站通信系统实时性是否满足IEC 61850标准的要求,使用网络演算理论推导出各种业务在采用双缓存媒体控制(medium access control,MAC)策略的弹性分组环中传输时延上界的计算方法,并以典型变电站为例,计算得到了变电站内各种数据流的传输时延上界。计算结果为:使用吉比特弹性分组环作为过程总线,当网络负载率小于80%且节点数达到上限时,实时业务的传输时延上界小于2.5ms;使用吉比特弹性分组环既作为变电站总线又作为过程总线,当最大报文长度和网络节点数达到上限时,实时业务的传输时延上界为3.5ms左右。网络演算和OPNET仿真结果表明:基于弹性分组环的变电站通信系统能够满足IEC61850标准的要求。     

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。     

变电站通信网络实时性能仿真分析

采用动态仿真建模技术对变电站层嵌入式以太网的实时性能进行了详细分析.首先分析了报文端对端传递时延的构成,揭示了报文传输的本质;其次系统地分析了变电站中数据流的分布,根据统计特征建立了各类数据流的数学模型.考虑变电站通信网络数据流的分布特点和信息到达规律,采用动态仿真方法具体研究了变电站层嵌入式以太网的平均时延、最大时延等链路时延指标.最后进一步分析了TCP/IP协议的开销对报文端对端传递时延的影响.     

无源光网络和工业以太网交换机技术在配电网分布式控制中的应用研究

根据配电网分布式控制业务的特点及对通信系统的要求,采用光纤通信方式,给出无源光网络（Ethernet passive optical network,EPON）和工业以太网交换机技术用于配电网分布式控制的解决方案,并对系统实时性要求进行分析计算,给出工程应用中具体设备及时延需求估算系统最大节点数量的关系式;最后,将该关系式用于配电网自动化实时传输时延要求和IEC61850标准中面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event,GOOSE）报文传输延时要求的计算,计算结果表明2种技术均满足系统实时性要求。     

智能变电站网络监视业务链分析展示方法

近年来,智能变电站快速发展,变电站内通信网络日益重要,有必要研究更好的分析展示方法来监视站内通信网络和业务运行情况。结合智能变电站通信网络状态监视和报文分析的技术现状,具体分析了智能变电站遥控业务链、继电保护动作业务链、遥测业务链等典型业务链的流程和执行过程。提出了智能变电站网络监视业务链分析展示方法,并以遥控业务链为例说明了业务链各环节的模型映射方法和各协议关键信息点的关联方法,继而实现网络监视业务链分析展示方法。     

智能变电站过程层网络报文传输时间计算及抖动抑制方法

过程层网络是智能变电站的重要组成部分,其实时性对智能变电站的安全可靠运行具有重要意义,而报文传输时间是实时性的主要指标。在介绍过程层网络结构及通信业务的基础上,提出了一种报文传输时间计算方法,分析了报文长度、数据率等因素对过程层网络中报文传输时间的影响并进行了仿真验证。针对因竞争而造成的采样值(SV)报文传输时间抖动问题,提出了一种通过控制报文发送时序与转发条件来抑制SV报文传输时间抖动的方法,给出了该方法的实现思路,仿真表明该方法可以在确保报文实时性的同时,有效地抑制SV报文传输时间的抖动。     

基于SDN与NFV的电力5G网络切片差异化资源分配方案

基于SDN与NFV技术框架,以满足电力多业务差异化需求为目标,设计了面向大规模采集类业务、低时延电力工控业务、移动大带宽巡检类业务等场景的电力5G网络切片方案;建立了从电力业务需求到网络切片通信、计算资源的映射模型,揭示了两者之间的作用机理与转换关系.以电力多业务传输带宽、时延以及计算资源需求为约束条件,建立了电力5G多业务网络切片运行经济性最优数学模型,提出网络切片通信与计算资源的联合分配算法,实现了电力网络切片资源高效、经济利用.     

基于QoS的变电站设备无线监测网络拓扑研究

随着无线传感器网络在智能变电站不同业务应用中的深化,网络的高数据率传输和网络的服务质量（qual-ity of service,QoS）问题成为无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）的新热点。针对智能变电站的设备状态监测应用,利用无线传感器网络技术,建立分簇的三层智能变电站设备无线监测网络结构;参考 Zigbee协议和 IEC 61850报文规定,对监测网络数据流进行建模;从用户感知 QoS、网络 QoS 和节点 QoS 三个方面,结合Opnet仿真功能,提出包括端到端时延、MAC层时延、MAC层吞吐率、MAC层丢包率、数据碰撞、丢包率、比特误码率、信噪比和接收功率的QoS指标。根据实际变电站设备监测配置,建立起仿真网络模型,仿真研究表明相比于树状拓扑、Mesh拓扑网络,设计的簇状拓扑网络具有更好的QoS综合性能。     

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。     

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。     

基于时间敏感网络的风电场通信网时延特性分析

风电场通信系统由于数据采集范围广、数据类型较多等复杂因素,在依靠传统以太网通信时存在多信息流相互影响、数据传输实时性差等弊端,无法满足实时通信需求.提出了基于时间敏感网络(time-sensitive networking,TSN)的通信网络部署方案.首先,结合风电系统通信网络及数据分析了TSN技术的工作原理;然后根据...     

基于IEC 61850的智能变电站通信网络的实时性分析

通信网络作为智能变电站的信息交互渠道,其性能优劣直接影响了智能变电站相关功能的可靠实现。基于IEC 61850通信规约,介绍了智能变电站对于通信网络的实时性要求。以D2-1型中等配电变电站作为研究案例,建立了完整的智能变电站通信网络模型,利用OPNET仿真软件,从不同报文的角度分析对比了三种通信网络拓扑的实时性。基于仿真结果提出了网络优化方案,有效提升了智能变电站的通信网络实时性。     

基于IEC 61970标准的网络报文记录分析装置组网技术研究及应用

网络报文记录分析装置已成为智能变电站的标准配置设备,实际应用中存在将分散在各变电站的网络报文记录分析装置组网的需求。针对实现这种需求涉及的关键技术问题,利用IEC 61970标准提供的分布式系统集成框架、信息模型和接口规范,提出构建适合网络报文记录分析装置组网技术要求的系统架构,分析了网络报文记录分析装置组网需要构建的公共信息模型及信息交换接口规范,设计并实现了支持统一信息模型、统一信息访问接口的分布式变电站网络报文记录分析装置集成平台。利用该平台,不但可以收集各变电站网络报文记录分析装置采集的各种通信状态参数和网络缺陷,对变电站站内通信网络及远动通信网络进行综合评估分析,还可以实时调阅分析各变电站、集控站和调度主站的通信报文,并实现与其他应用系统的信息共享和综合利用。     

变电站过程层报文分网传输性能的仿真分析

基于IEC61850标准的变电站过程层网络是一次设备与二次设备间的信息交换桥梁,承载着各种智能电子设备IED(intelligent electric device)交换数据的实时传输任务。针对目前智能变电站采样值SMV(sampled measured value)与面向对象的变电站通用事件GOOSE(generic object oriented substation event)报文的分网传输结构,利用OPNET仿真平台建立过程层网络以及IED设备的仿真节点模型和网络模型,研究分网传输报文方式下的网络性能及其影响因素。仿真结果表明,采用100 Mbps带宽的以太网和虚拟局域网VLAN技术实现SMV和GOOSE报文分网传输时,实时性较好且时延抖动小,适于现阶段智能变电站的工程实际。     

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.     

数字化变电站通信网络的传输时延不确定性分析

针对数字化变电站通信网络传输时延不确定性问题尚存在争议,采用网络仿真方法,定量分析了数字化变电站通信网络的传输时延不确定性问题。探讨了引起网络传输时延不确定性的诸多因素;分析了测量、数学分析和仿真三种网络传输时延分析方法的技术特点;采用OPNET网络仿真软件,仿真分析了网络端节点的处理能力、网络流量和端节点处的流量等达到某一数值时,网络传输时延展现出的不确定性行为,并提出了基于IEEE 802.1p/Q的优先级标签、虚拟局域网,组播过滤和自适应数字滤波技术提高数字化变电站通信网络传输时延确定性的四种方案。