变电站自动化系统内部网络通信技术的研究和应用

陈磊

【摘要】 随着电力系统智能变电站建设的不断推进，自动化技术在变电站中的应用不断深化，智能化监控系统的应用越来越普及。远程控制中心对变电站的监视和控制，小到一个智能开关的开合，大到整个电站的负荷监控，遍及整个变电站。完成这项任务离不开变电站自动化系统网络技术的强力支撑。本文主要对变电站自动化系统内部网络通讯系统的通信技术进行了讨论，并对以太网技术在变电站中的应用进行了分析。

【关键词】 变电站 自动化 TCP 快速以太网

一、概述

变电站自动化技术近几年在我国得到了迅速发展，新建变电站大都是自动化程度很高的智能变电站，很多地区的老旧变电站也在进行智能化改造，智能变电站最大的优势就在于强大的网络通讯能力。在国内变电站常用的现场总线技术主要为RS485总线，这种通讯方式为两线半双工通讯，简便易用，组网方式比较简单，被电力自动化设备厂商广泛应用。但这种通讯方式抗干扰能力弱，容易受到谐波、电磁场等干扰源的影响，且数据通讯传输的速率和数据量有限。当随着智能变电站技术的不断深入，越来越多的智能设备被不断应用，系统采样周期不断缩短，采样点的数量不断攀升，对通讯速率和数据传输能力的要求也不断提高，传统的网络通讯模式则不能满足系统运行的需要，于是变电站内部通讯网络就有了新的变革。计算机嵌入式应用技术在工业控制领域得到应用，以太网技术在变电站底层通讯的应用得以实现，使系统网络通讯环境有了很大改观。[1]

二、TCP协议在变电站自动化系统中的应用

2.1 TCP工作方式的简单介绍

（1）TCP连接的建立。TCP连接的建立是通过三次握手的方式完成的。第一个握手报文是将码元字段SYN置1来辨别，第二个握手报文将码元字段SYN和SCK都置1，对之前报文确认继续操作，第三个握手报文是对连接建立的确认。当连接建立以后，通讯双方不存在主从关系，数据可进行双向对等传输。（2）TCP连接的关闭。TCP连接的关闭是通过改进型的三次握手方式完成的，其与连接建立的握手操作的区别在于收到FIN报文后，TCP先发送关闭确认，然后关闭连接，发送第二个FIN报文，最终关闭发起方回送关闭确认报文ACK，最终连接关闭结束。（3）TCP连接复位。在TCP连接过程中，在某些异常状况发生时需要对网络连接进行中断操作，TCP对这一操作提供了复位操作功能，即在需要复位时，发送码元字段RST为1的报文，命令的接收端会进行推出连接操作，双方的数据传输会立即停止，数据传输缓冲区得到释放。[2]

2.2 TCP在变电站自动化系统中的应用

由于TCP连接方式的特点，TCP软件系统通常采用客户端-服务器的模式。客户端为对等通讯建立和关断的发起者，服务器为通信请求的等待接收端。比较起来，由于只需完成连接的发起、数据传输和连接的断开，客户端的软件构成要简单。而且绝大多数情况下变电站的自动化系统的连接是一直保持的，因此可以采用永久性连接的方式。而由于服务器需处理的任务较多，往往有多个连接要处理，其软件结构相对要复杂的多。TCP协议的服务器一般选择并发的面向连接服务器。在通讯协议过程中，系统的每个IED设备同时具有客户端程序和服务器程序。IED设备投入运行后，服务器程序要首先运行，确保设备连接请求的正常接收，保证连接的正常建立。然后客户端程序也会启动，向其他有通讯需求的IED装置发出连接请求，如果没有故障发生，连接建立之后就会一直保持，最终实现通讯两端的IED设备的全双工通讯。

三、快速以太网在变电站自动化系统中的应用

快速以太网的大带宽保证即使电站网络不进行分层布置，一样可以确保足够高的通信效率。按照LonWorks的最大负荷网速计算，在保证网络绝对顺畅的情况下，100M带宽的快速以太网上的通讯节点数量可以达到474个，并且在使用交换式集线器的情况下，网络实际带宽可以更大，从而可容纳节点数量可以进一步加大。因此，快速以太网一旦应用，现有网络间隔层和设备层的装置都可以直接和主干网连接，100M以上的带宽完全可以满足通讯效率，从而使网络结构得到简化，在带宽加大的同时，网络成本也节约了，由于通讯中间环节的减少，通信传输中的延迟也降低了，网络可靠性也得到了提高。[4]

四、结论

本文主要介绍了以太网在变电站自动化通讯系统网络通讯中的应用，并对快速以太网在变电站中的应用做了分析。目前计算机网络技术发展迅速，技术革新的周期越来越短，通讯网络正朝着速率越来也高，成本越来越低廉的方向发展。作为电力工作者应当紧跟发展的潮流，使更多有优势的新技术新产品在系统中得到应用，不断提高系统的先进性和自动化水平。

参 考 文 献

[1] 沈国荣等，变电站自动化发展综述.江苏电机工程 2000.12

[2] 任雁铭，变电站计算机通信网络和系统的研究.华北电力大学博士论文，2000年5月

[3] DOUGLAS E.COMER，用 TCP/IP 进行网际互连 第一卷 原理协议和体系结构.电子工业出版社，2001

[4] 谭文恕，对变电站自动化系统通信网络的要求及通信网络标准化的动态.电网技术，1999年12期