變電站自動化系統內部網絡通信技術研究

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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。

二、TCP協議在變電站自動化系統中的應用

2.1TCP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。

2.2TCP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。

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。

作者：陳磊 單位：國網安徽省電力公司檢修公司