基于Netfilter框架的IEC 62439-3实现方案

针对现阶段智能变电站实现通信冗余所存在的问题,简要分析IEC 62439-3标准提出的并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)和高可用性无缝环网(high-availability seamless redundancy,HSR)原理。由于PRP/HSR具有无缝切换的明显优势,提出基于Linux内核Netfilter框架的PRP/HSR冗余网络实现方案。在现阶段站控层组网过程中,单连接节点(single attached node,SAN)主要采用冗余盒接入网,该设计方案利用Netfilter框架的数据转发机制实现冗余,可避免使用冗余盒,以提高智能变电站通信网络组网的经济性和可靠性,为IEC 62439-3在智能变电站中的推广提供支持。     

HSR在第三代智能站中的实现技术

现有智能变电站的网络冗余方案多采用A/B网方案,底层链路与业务协议耦合较深,难以通过标准硬件模块进行通用处理,并且带来了系统负荷较重、成本高昂、网络可靠性过度依赖核心交换机设备等各种问题。IEC62439-3标准中,提供了PRP和HSR的方案,分别在星型网络和环网网络结构中有效解决了这些问题。文中主要以HSR标准和实现技术为对象,研究第三代智能变电站就地模块基于IEC62439-3 标准的HSR 组网实现技术,主要包括了基于软件底层驱动和FPGA交互的互联实现技术、IEEE 1588对时标准在HSR环网的实现技术和基于延时可测技术的HSR环网时间敏感数据同步方案,该技术为就地模块的高可用性环网实现提供技术支持。     

基于虚拟网桥原理的PRP/HSR网络接口设计

针对智能变电站的通信网络冗余问题,分析IEC 62439-3中的并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)及高可用性无缝环网(high-availability seamless redundancy,HSR);根据两者相同的报文转发特点,提出在操作系统层面实现冗余协议的网桥方法;设计并实现Linux系统下网桥结构的PRP/HSR网络驱动方案。该方案在内核设计实现虚拟网桥及其虚拟端口;通过控制虚拟端口与物理端口之间的报文转发,实现报文的冗余处理。测试表明:该方法能实现PRP/HSR协议的零冗余恢复时间,经济有效地解决智能变电站站控层网络冗余问题,可提高网络通信的实时性和可靠性。     

基于层次分析模型的二次设备状态检修方法

阐述了IEC 62439-3中的并行冗余协议(PRP)和高可靠无缝环网(HSR)的实现机制。依据变电站功能需求及数据流向,提出了基于PRP+HSR网络方案的智能变电站组网方式,在HSR网络中实现VLAN技术,利用网络冗余提高系统安全性,减少交换机数量并提升变电站网络性能。     

并行冗余和高可靠无缝环网冗余技术在智能变电站中的应用

本文分析总结了智能变电站内部网络通信的应用现状,针对目前智能变电站存在的网络通信实时性和可靠性的问题,提出一种基于IEC 62439—3并行冗余和高可靠无缝环网冗余协议的智能站一层网络实现方案,完成典型设备的研制及相关的试验验证与测试.试验证明,并行冗余和高可靠无缝环网冗余技术可满足电力系统保护装置对速动性和可靠性的要求,在智能变电站自动化系统内具有较好的实用性.最后分析总结并行冗余和高可靠无缝环网冗余技术对智能变电站建设带来的影响.     

基于EPA的智能变电站中DRP应用

针对设备自动化实时用以太网(EPA)标准在智能变电站系统应用时的网络冗余问题,分析了分布式冗余协议(DRP)的通信机理及故障检测和恢复机制。研究并设计了应用于处理智能变电站系统中链路故障恢复的环网模块。在实际智能变电站系统中,通过测试验证表明,与基于环网的媒体冗余协议(MRP)和并行冗余协议(PRP)的冗余方案相比,以DRP为基础设计的环网模块更能保证环网链路故障后的自愈修复,且满足基于EPA的智能变电站的自愈时间要求。     

基于监测帧的PRP和HSR冗余网络监视系统的实现

IEC 62439-3标准详细描述了并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)。但是这两种冗余功能对上层应用透明,监控系统无法识别单一链路故障。为了解决该问题,实现PRP、HSR冗余网络的良好维护体验,分析了PRP、HSR冗余的实现过程,研究了监测帧的作用原理,构建了一个基于监测帧的冗余网络监视系统,给出了具体的冗余监测原理和流程,总结分析了该系统的优点,为智能变电站的网络冗余监测提供了一种有效的方案。     

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。     

智能变电站过程层网络技术的研究与应用

智能变电站三层网络结构中,过程层网络是最直接与一次设备连接的最底层,其运行稳定性直接关系到全站的安全稳定运行。在此基础上分析了网络拓扑结构、SMV采样信息与GOOSE网、数据传输通信模型等过程层网络的理论、组成和基本要求,提出了三种典型的过程层网络组网方案。本项目组对该三种方案的优缺点进行了理论分析,同时在辽宁大石桥智能变电站进行了多次专项测试,最终验证所提出的三网合一技术方案性能指标完全满足智能变电站技术规范,能够保证智能变电站安全、可靠地运行,可显著提高过程层网络的运行可靠性。     

智能变电站过程层冗余组网模式及网络延时累加技术研究

当前智能变电站过程层采用双网架构,IED设备的处理器同时处理双网数据,存在处理器负荷高的问题。SV采用光纤直连传输方式、存在布线复杂、IED设备光口多、成本高、装置发热量大、信息共享困难及链路无法监视等各种问题。同时GOOSE采用网络传输方式,过程层网络与光纤直连方式并存,结构不清晰问题。针对高可靠性无缝冗余协议(High Reliablity Seamless Redundant Protocol,HSR)和并行冗余协议(Parallel Redundant Protocol,PRP)的智能变电站过程层组网进行了研究,并基于该组网基础上进行了HSR和PRP的延时累加技术研究及测试。该研究为将来在国内智能变电站进行推广应用此技术提供了坚实的理论分析和测试结果参考数据。     

基于自动交换光网络技术的传输光纤差动保护业务自愈方案

分析了利用自动交换光网络智能控制平面通道重路由恢复功能,利用恢复-返回通道的"先拆后建"机制,实现光纤差动保护通道收发在任何时刻同路由,保证收发时延相同。提出了新的自动交换光网络智能控制平面协议改造方案以实现电力线路光纤差动保护通道的抗多点故障自动恢复能力,为电力通信网络实现智能电网控制业务自愈能力提供保障。     

并行冗余协议在智能变电站网络的应用

分析了利用自动交换光网络智能控制平面通道重路由恢复功能,利用恢复-返回通道的“先拆后建”机制,实现光纤差动保护通道收发在任何时刻同路由,保证收发时延相同。提出了新的自动交换光网络智能控制平面协议改造方案以实现电力线路光纤差动保护通道的抗多点故障自动恢复能力,为电力通信网络实现智能电网控制业务自愈能力提供保障。     

交换机流量限制技术及其在智能变电站的应用

交换机具备的流量限制和风暴抑制功能,在智能变电站网络中具有重要的应用价值。在分析智能变电站网络结构、报文类型和流量特征基础上,论述了过程层网络化带来的问题和解决思路。介绍了现有交换机风暴抑制功能及其不足,提出了智能变电站网络流量限制应具备的功能。基于交换机数据处理流程,详细分析了基于内容感知处理器(CAP)的流量限制技术及其特点。通过搭建智能变电站三网合一网络仿真测试环境,验证了基于CAP的流量限制方案,并展望其在智能变电站的应用前景。     

智能变电站过程层组网方案分析

智能变电站是智能电网建设的重要环节,过程层网络则是智能变电站的重要基础,直接关系到全站数据采集和开关控制的可靠性和实时性。总结分析了智能变电站建设过程层设备所涉及的网络报文,针对数据采样和通用面向对象变电站事件（GOOSE）通信的不同组合方式所形成的网络方案进行了对比分析,讨论了采用IEEE 1588标准对时的三网合一...     

基于EPON技术的智能变电站通信方案优化应用研究

分析了现有智能变电站通信网络存在的问题。基于智能变电站的网络通信发展需求,以以太无源光网络(Ethernet Passive Optical Network,EPON)技术为基础,研究高可靠性自适应网络技术(简称改进EPON技术)。改进EPON技术优化了传统EPON的通信业务及服务质量(Quality of Service,Qo S),利用变电站配置描述文件(SCD)改进网管功能,通过优化网络延时测量方案,实现延时精确控制及可追溯,同时引入并行冗余网络(PRP)技术,满足智能变电站对实时性、易用性和可靠性的需求。提出基于改进EPON技术的通信方案,通过仿真验证,证明该方案适用于智能变电站,并在具体工程中得到应用。     

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。     

混合组网下采样值传输时延值测量的可信度评估

智能变电站保护装置网络采样、网络跳闸应用中模拟量采样值(SV)传输时延的确定性和准确度是系统安全可靠运行的关键因素。一种基于报文实现SV数据传输时延实时测量及补偿的方法逐渐被接受,开始应用于智能站“三网共口”和就地化保护专网等场合。文中介绍了混合组网下SV报文传输时延测量方法和实现,详细分析了该方法在实现传输时延准确测量各个环节的可信度及其影响,并对报文中与SV数据强关联的时延测量值提出了基于总链路时延合理值和总链路时延误差值作为指标组合来进行在线评估的方法,详细阐述了其工程阈值的取值方法。最后,文中通过选取就地化保护专网的专项测试分析与实际应用,验证了该方案的有效性和可靠性。