變電站自動化系統內部網絡通信技術的研究和應用

陳磊

【摘要】 隨著電力系統智能變電站建設的不斷推進，自動化技術在變電站中的應用不斷深化，智能化監控系統的應用越來越普及。遠程控制中心對變電站的監視和控制，小到一個智能開關的開合，大到整個電站的負荷監控，遍及整個變電站。完成這項任務離不開變電站自動化系統網絡技術的強力支撐。本文主要對變電站自動化系統內部網絡通訊系統的通信技術進行了討論，并對以太網技術在變電站中的應用進行了分析。

【關鍵詞】 變電站 自動化 TCP 快速以太網

一、概述

變電站自動化技術近幾年在我國得到了迅速發展，新建變電站大都是自動化程度很高的智能變電站，很多地區的老舊變電站也在進行智能化改造，智能變電站最大的優勢就在于強大的網絡通訊能力。在國內變電站常用的現場總線技術主要為RS485總線，這種通訊方式為兩線半雙工通訊，簡便易用，組網方式比較簡單，被電力自動化設備廠商廣泛應用。但這種通訊方式抗干擾能力弱，容易受到諧波、電磁場等干擾源的影響，且數據通訊傳輸的速率和數據量有限。當隨著智能變電站技術的不斷深入，越來越多的智能設備被不斷應用，系統采樣周期不斷縮短，采樣點的數量不斷攀升，對通訊速率和數據傳輸能力的要求也不斷提高，傳統的網絡通訊模式則不能滿足系統運行的需要，于是變電站內部通訊網絡就有了新的變革。計算機嵌入式應用技術在工業控制領域得到應用，以太網技術在變電站底層通訊的應用得以實現，使系統網絡通訊環境有了很大改觀。[1]

二、TCP協議在變電站自動化系統中的應用

2.1 TCP工作方式的簡單介紹

（1）TCP連接的建立。TCP連接的建立是通過三次握手的方式完成的。第一個握手報文是將碼元字段SYN置1來辨別，第二個握手報文將碼元字段SYN和SCK都置1，對之前報文確認繼續操作，第三個握手報文是對連接建立的確認。當連接建立以后，通訊雙方不存在主從關系，數據可進行雙向對等傳輸。（2）TCP連接的關閉。TCP連接的關閉是通過改進型的三次握手方式完成的，其與連接建立的握手操作的區別在于收到FIN報文后，TCP先發送關閉確認，然后關閉連接，發送第二個FIN報文，最終關閉發起方回送關閉確認報文ACK，最終連接關閉結束。（3）TCP連接復位。在TCP連接過程中，在某些異常狀況發生時需要對網絡連接進行中斷操作，TCP對這一操作提供了復位操作功能，即在需要復位時，發送碼元字段RST為1的報文，命令的接收端會進行推出連接操作，雙方的數據傳輸會立即停止，數據傳輸緩沖區得到釋放。[2]

2.2 TCP在變電站自動化系統中的應用

由于TCP連接方式的特點，TCP軟件系統通常采用客戶端-服務器的模式。客戶端為對等通訊建立和關斷的發起者，服務器為通信請求的等待接收端。比較起來，由于只需完成連接的發起、數據傳輸和連接的斷開，客戶端的軟件構成要簡單。而且絕大多數情況下變電站的自動化系統的連接是一直保持的，因此可以采用永久性連接的方式。而由于服務器需處理的任務較多，往往有多個連接要處理，其軟件結構相對要復雜的多。TCP協議的服務器一般選擇并發的面向連接服務器。在通訊協議過程中，系統的每個IED設備同時具有客戶端程序和服務器程序。IED設備投入運行后，服務器程序要首先運行，確保設備連接請求的正常接收，保證連接的正常建立。然后客戶端程序也會啟動，向其他有通訊需求的IED裝置發出連接請求，如果沒有故障發生，連接建立之后就會一直保持，最終實現通訊兩端的IED設備的全雙工通訊。

三、快速以太網在變電站自動化系統中的應用

快速以太網的大帶寬保證即使電站網絡不進行分層布置，一樣可以確保足夠高的通信效率。按照LonWorks的最大負荷網速計算，在保證網絡絕對順暢的情況下，100M帶寬的快速以太網上的通訊節點數量可以達到474個，并且在使用交換式集線器的情況下，網絡實際帶寬可以更大，從而可容納節點數量可以進一步加大。因此，快速以太網一旦應用，現有網絡間隔層和設備層的裝置都可以直接和主干網連接，100M以上的帶寬完全可以滿足通訊效率，從而使網絡結構得到簡化，在帶寬加大的同時，網絡成本也節約了，由于通訊中間環節的減少，通信傳輸中的延遲也降低了，網絡可靠性也得到了提高。[4]

四、結論

本文主要介紹了以太網在變電站自動化通訊系統網絡通訊中的應用，并對快速以太網在變電站中的應用做了分析。目前計算機網絡技術發展迅速，技術革新的周期越來越短，通訊網絡正朝著速率越來也高，成本越來越低廉的方向發展。作為電力工作者應當緊跟發展的潮流，使更多有優勢的新技術新產品在系統中得到應用，不斷提高系統的先進性和自動化水平。

參 考 文 獻

[1] 沈國榮等，變電站自動化發展綜述.江蘇電機工程 2000.12

[2] 任雁銘，變電站計算機通信網絡和系統的研究.華北電力大學博士論文，2000年5月

[3] DOUGLAS E.COMER，用 TCP/IP 進行網際互連 第一卷 原理協議和體系結構.電子工業出版社，2001

[4] 譚文恕，對變電站自動化系統通信網絡的要求及通信網絡標準化的動態.電網技術，1999年12期