本文關(guān)鍵詞：新一代變電站自動化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第3期 孫軍平等： 新一代變電站自動化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究 17

也是決定報(bào)文能否及時傳輸?shù)闹匾蛩�，所以筆者認(rèn)為不能一概而論的認(rèn)為采用了交換式以太網(wǎng)就一定保證了報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時性，并且交換式以太網(wǎng)也存在網(wǎng)絡(luò)流量問題，如果多個節(jié)點(diǎn)同時向某節(jié)點(diǎn)端口連續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)流超過接收端口的接受能力，會存在緩存溢出或擁塞的情況。另外不能用普通辦公室局域以太網(wǎng)的觀點(diǎn)來分析變電站網(wǎng)絡(luò)通信，因?yàn)槎叩木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在本質(zhì)的不同，而且要求也不同，前者屬于單服務(wù)器多客戶模式，要求不高，后者屬于多服務(wù)器單客戶模式，要求苛刻。所以如何設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)要求的變電站網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，是擺在研究學(xué)者面前的課題。

本文結(jié)合變電站自動化系統(tǒng)的通信特點(diǎn)，從Ethernet通信機(jī)理和報(bào)文傳輸?shù)谋举|(zhì)概念入手，提出基于 Ethernet的變電站自動化系統(tǒng)中報(bào)文實(shí)時傳輸?shù)某湟獥l件及影響因素，并給出了相關(guān)的定義、公式、數(shù)學(xué)模型和分析結(jié)果，該研究對于變電站網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)具有參考意義。

定義了7種類型報(bào)文，即：快速報(bào)文、中速報(bào)文、低速報(bào)文、原始數(shù)據(jù)報(bào)文、文件傳輸報(bào)文、時間同步報(bào)文和具有訪問控制的命令報(bào)文。通過分析和研究，筆者從時域的角度，把上述變電站自動化系統(tǒng)中7種類型的報(bào)文分為3種類型通信：周期性通信、隨機(jī)性通信、突發(fā)性通信。

（1）周期性通信 原始數(shù)據(jù)報(bào)文屬于周期性通信，主要是過程層通過接口④，周期性地向間隔層傳遞過程采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)定采樣頻率的不同，傳輸一般要求在3ms或10ms內(nèi)完成。

（2）隨機(jī)性通信 低速報(bào)文、文件傳輸報(bào)文、時間同步報(bào)文和具有訪問控制的命令報(bào)文屬于隨機(jī)性通信，這類通信一般符合負(fù)指數(shù)分布，傳送報(bào)文的數(shù)據(jù)量大，，但時間稍寬松。

（3）突發(fā)性通信 快速報(bào)文、中速報(bào)文屬于突發(fā)性通信，報(bào)文數(shù)量少，但時限要求高。

3　　網(wǎng)絡(luò)通信延遲　

3.1　　報(bào)文延遲　

變電站實(shí)時網(wǎng)絡(luò)通信中，報(bào)文的成功發(fā)送不僅取決于收到報(bào)文的完整性，更取決于收到報(bào)文的時間。以太網(wǎng)實(shí)時通信要提供時限（Deadline）保證，就必須知道最壞情況下的端到端延遲報(bào)文Td。

定義：報(bào)文延遲Td——發(fā)送節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序發(fā)出報(bào)文到接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序接收到報(bào)文的時間間隔。

Td的大小，取決于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在基于以太網(wǎng)的系統(tǒng)中，MAC層以上的協(xié)議由主處理器完成，MAC協(xié)議由以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)，所以報(bào)文經(jīng)歷的端到端延遲Td包括以下幾部分（如圖2所示）：

2　　網(wǎng)絡(luò)通信體系和報(bào)文分類　

IEC TC57按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的

測量、控制和保護(hù)三大功能從邏輯上將系統(tǒng)分為3層，即變電站層、間隔層和過程層，并定義了9種邏輯接口[5]。如下圖1所示：④⑤用于過程層和間隔層之間通信，①③⑥⑨用于間隔層內(nèi)部及與變電站層的通信，⑧是間隔層之間通信。對于該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，決不是短期內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)的，它需要電力一次、二次設(shè)備生產(chǎn)商共同努力才能實(shí)現(xiàn)。針對目前的情況，一次設(shè)備的智能化雖然已有學(xué)者開展研究[6]，但還沒有帶網(wǎng)絡(luò)接口的產(chǎn)品出現(xiàn)，所以建議采用兩種漸進(jìn)的方式，首先過程層仍采用硬線連接，而間隔和廠站采用以太網(wǎng)通信，另外可在一次設(shè)備和二次設(shè)備之間加入智能I/O單元，來實(shí)現(xiàn)接口④⑤。

圖2　　報(bào)文延遲時間　Fig.2 Delay time of message

圖1　　基于以太網(wǎng)的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　

Fig.1 Frame of substation automation based on Ethernet

正在制訂的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)[5]

（1）發(fā)送節(jié)點(diǎn)通信處理機(jī)協(xié)議打包延遲t1； （2）報(bào)文等待延遲ta； （3）報(bào)文發(fā)送延遲T； （4）報(bào)文傳播延遲 ；

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