基于IEC61850的数字化变电站通信研究

论文摘要

数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能,高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障,特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准IEC61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文首先分析了IEC 61850的主要技术特征,阐述了几个具有代表性或特性的通信服务的实现方法。然后从数字化变电站本身的特点出发,以IEC61850标准中规定的D2型变电站为例,结合IEC61850设计出了符合IEC61850的数字化变电站不同组网方案,并对其变电站内通信报文类型进行了分析。在基于IEC61850的D2型数字化变电站模型的基础上,论文根据数字变电站的实际情况,分析了单播、组播和广播的三种报文三种传输方案的优劣,最后确定了数字化变电站通信采用基于组播的传输模式,论文分析了几种常用的改进以太网实时性的办法:改善网络拓扑结构,采用交换式以太网与优先级标记和改进实时通信模型等。论文根据数字化变电站自身的特点,设计了在网络端节点和交换机内部同时进行报文优先级传输控制策略,来改善非时间紧急信息对时间紧急信息的影响。最后,论文以IEC61850规约中的D2型变电站为例,利用OPNET网络仿真工具,基于网络负荷和CPU负荷的多种情况,对具有综合优先级控制策略下数字化变电站内IT1和IT2类型信息端对端时延情况进行了多种条件下的仿真,仿真结果验证了在传输网络和端节点同时进行信息的优先级传输控制方案应用于基于IEC61850规约的新型数字化变电站通信网络,可以大大提高通信性能,完全能够满足IEC61850规约中对时间要求高的报文的实时性时间要求,仿真研究对于现实中提高基于以太网组网的新型数字化变电站通信网络的实时性具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.2 课题的研究背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 IEC61850标准研究
• 1.3.2 数字化变电站通信的研究
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 IEC61850标准特点及通信映射
• 2.1 IEC61850标准技术特点
• 2.1.1 功能分层的变电站
• 2.1.2 面向对象的数据对象统一建模
• 2.1.3 功能与通信解耦
• 2.2 IEC61850通信映射
• 2.2.1 核心ACSI服务向MMS的映射
• 2.2.2 GOOSE、SV、GSE管理报文的通信映射
• 2.2.3 GSSE报文的通信映射
• 2.2.4 时间与时间同步报文的通信映射
• 第3章 基于IEC61850的数字化变电站系统结构设计
• 3.1 数字化变电站自动化系统的特征
• 3.2 数字化变电站自动化系统的通信层次结构设计
• 3.3 数字化变电站内数据流及其报文分类
• 3.3.1 数字化变电站数据交互分析
• 3.3.2 变电站内报文分类
• 3.4 数字化变电站自动化系统的组网结构设计
• 3.4.1 过程总线的基本组网结构设计
• 3.4.2 变电站总线的基本组网结构设计
• 第4章 基于IEC61850的数字化变电站通信网络
• 4.1 数字化变电站各通信层的交换式以太网
• 4.1.1 传统以态网特性
• 4.1.2 符合数字化变电站的交换式以太网实时性改进
• 4.1.3 数字化变电站网络节点中优先级机制的设计
• 4.2 数字化变电站自动化系统通信网络的要求
• 4.2.1 网络性能要求
• 4.2.2 网络实时性要求
• 4.2.3 网络信息安全要求
• 4.3 数字化变电站以太网通信网络传输模式
• 第5章 基于OPNET的数字化变电站实时性仿真
• 5.1 OPNET网络仿真软件概述
• 5.2 数字化变电站网络仿真
• 5.2.1 仿真内容和仿真目标的确立
• 5.2.2 仿真模型的搭建
• 5.2.3 仿真数据流量配置
• 5.2.4 仿真信息传输模型
• 5.3 仿真结果与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果