基于以太网的变电站自动化系统时延不确定性研究

论文题目: 基于以太网的变电站自动化系统时延不确定性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电力系统及其自动化

作者: 辛建波

导师: 段献忠

关键词: 以太网,变电站自动化系统,时延不确定性,信息综合传输,面向网络设计

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 变电站二次系统对于保障一次系统的安全、稳定和经济运行发挥着非常重要的作用。电力系统的发展,环保的制约和竞争的电力市场迫切要求变电站二次系统做到功能适当集成,信息充分共享,资源充分利用,这就对变电站二次系统提出了更高的网络化、集成化、自动化要求。基于以太网的变电站自动化系统(ESAS)为变电站二次系统的发展带来了一种全新的理念和创新。但是,以太网带来了时延不确定性等问题,该问题已成为制约ESAS 安全稳定运行的核心因素,在实际应用前必须从理论上加以解决。为此,本文致力于对该问题展开研究,其内容主要涉及新一代ESAS 的构想、ESAS 的时延不确定性分析与处理等3 个方面。针对面向对象设计的ESAS 存在灵活性、开放性和可维护性较差等不足,本文首先提出了面向网络设计的新一代ESAS 的构想,其基本思想是:采用标准化软硬件平台设计通用智能设备; 面向网络实现功能重构; 功能向上集中; 采用2 层扁平化结构,基于信息综合传输网络实现信息完全共享。探讨了系统的设计思想、具体实现及其优点,并详细分析了系统开发中的时延不确定性、网络安全性、可靠性、多采样率和高精度的同步采样等关键问题,提出了简便可行的解决方案。在ESAS 的时延不确定性分析方面,本文研究了引起ESAS 时延不确定性的诸多因素,并采用OPNET 网络仿真软件,定量分析了不同因素下ESAS 所展现的时延不确定性行为,给出了处理时延不确定性的研究思路。提出了量化分析时延不确定性对分布式联锁功能安全性影响的方法,该方法能准确预测分布式联锁功能的安全性能。在ESAS 的时延不确定性处理方面,本文提出了基于排队理论的变电站层网络中主控单元通信模块缓冲区大小的确定方法,可以预先得到紧急情况下,满足报文丢失概率和时延要求的缓冲区大小,有效地提高了主控单元报文传输时延的确定性。探讨了基于优先级标签的变电站过程层信息综合传输方法,研究了在网络端节点的协议栈中引入优先级机制的具体实现,有效消除了非时间紧急信息对时间紧急信息的影响,即使在网络重载情况下,也能保证时间紧急信息传输的时延约束,提高了过程层网络端节点内信息传输时延的确定性。提出了基于漏桶和服务分类机制的变电站信息综合传输方法,建立了变电站内信息的漏桶模型,应用网络演算理论,引入微流和级联网络的概念,推导了普遍适用、形式统一的计算时延上界的解析表达式,据此可以在信息传输前准确判断传

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 ESAS 的发展及其优点

1.3 时延不确定性的定义及其产生原因

1.4 研究时延不确定性的意义

1.5 IEC 61850 标准概述

1.6 ESAS 的时延不确定性分析与处理方法研究现状

1.7 本文的主要工作及章节安排

2 面向网络设计的新一代ESAS 的构想

2.1 引言

2.2 ESAS 体系结构特点分析

2.3 传统ESAS 的设计思想及其缺陷

2.4 面向网络设计的新一代ESAS

2.5 需要解决的关键问题

2.6 小结

3 ESAS 的时延不确定性分析

3.1 引言

3.2 ESAS 的报文传输流程

3.3 ESAS 的时延构成及其特性分析

3.4 OPNET 网络仿真软件简介

3.5 基于OPNET 的ESAS 时延不确定性仿真分析

3.6 小结

4 变电站层网络中主控单元通信模块缓冲区大小的确定方法

4.1 引言

4.2 SMU 的通信模块及其构成

4.3 SMU 接收报文流程分析

4.4 基于排队理论的SMU 通信模块缓冲区大小确定方法

4.5 算例

4.6 小结

5 基于优先级标签的变电站过程层信息综合传输方法

5.1 引言

5.2 SESPL 中的信息分类和建模

5.3 方法提出

5.4 具体实现

5.5 仿真案例和仿真结果

5.6 小结

6 基于漏桶和服务分类机制的变电站信息综合传输方法

6.1 引言

6.2 变电站内信息流特性分析

6.3 方法提出

6.4 变电站内信息流的漏桶模型

6.5 基于网络演算的时延上界计算方法

6.6 案例及结果分析

6.7 小结

7 基于区分服务网络的变电站间信息综合传输方法

7.1 引言

7.2 具体实现方法提出

7.3 业务流量建模

7.4 仿真案例及结果分析

7.5 小结

8 时延不确定性对分布式联锁功能安全性的影响

8.1 引言

8.2 分布式联锁功能的实现流程

8.3 联锁信息传输特性分析

8.4 时延不确定性对联锁功能安全性的影响

8.5 算例分析

8.6 小结

9 全文总结

9.1 总结

9.2 有待进一步开展的工作

致谢

参考文献

附录1 作者攻读博士学位期间发表的学术论文

附录2 作者攻读博士学位期间参与的科研项目

发布时间: 2006-04-05

参考文献

• [1].智能电网中安全可靠的通信系统的构建[D]. 芦翔.西安电子科技大学2013

相关论文

• [1].从现场总线到工业以太网的实时性问题研究[D]. 陈磊.浙江大学2004
• [2].光电传感数字化及其继电保护技术研究[D]. 韩小涛.华中科技大学2004
• [3].超高压输电网络故障信息处理系统的研究[D]. 段惠明.华中科技大学2005
• [4].基于OCT的线路差动保护及变电站自动化系统研究[D]. 及洪泉.华北电力大学（北京）2007
• [5].网络化控制系统在电力系统中的应用研究[D]. 何飞跃.华中科技大学2006
• [6].基于IEC61850的变电站网络通信及装置的研究[D]. 黄智宇.大连理工大学2008

标签：以太网论文;  变电站自动化系统论文;  时延不确定性论文;  信息综合传输论文;  面向网络设计论文;