智能化变电站过程层通信冗余网络的研究

发布时间：2017-10-05 04:24

  本文关键词：智能化变电站过程层通信冗余网络的研究

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【摘要】：随着我国坚强型智能电网的提出以及发展,传统的常规变电站通过数字化变电站的过渡,逐步向智能变电站转变。智能变电站是智能电网的重要支撑,通信技术的成熟与否是实现变电站自动化系统的关键。变电站内的各种智能电子设备通过网络相互衔接,通信网络是变电站实时信息交换不可缺少的功能载体。因此,研究冗余通信在智能化变电站中应用对实现变电站网络高效、可靠运行具有重要意义。网络故障直接影响系统通信的稳定性和安全性,对变电站自动化系统造成安全隐患。为了网络故障带来的不良影响,IEC 62439-3提出了并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余环网结构(HSR)。同时,IEC 61850-9-2也指出:PRP和HSR网络冗余结构尤其适用于智能化变电站的过程总线。本文的研究对象为基于IEC 61850标准的智能变电站的通信冗余网络,主要结合IEC 62439中所提出的冗余网络对智能化变电站通信冗余进行研究。介绍了6种网络冗余协议,对其拓扑结构及工作原理进行阐述,并对冗余方案进行比较分析。结合IEC61850对变电站的分层结构以及对通信接口之间数据的特征要求,提出了应用于智能变电点过程总线PRP-HSR冗余网络组网方案。高可用无缝冗余环网(HSR)具有零恢复、高可靠性以及良好经济型的优点。在熟悉HSR网络结构以及工作原理之后,分析了HSR冗余网络的通信规则和数据帧结构,表明数据帧中目的地址、源地址和序列号是网络处理重复帧和循环帧的主要依靠。通过对HSR网络双连接交换节点(DANH)和与单连接交换节点(SAN)相连冗余盒(RedBox)进行结构剖析,明确冗余控制体(LRE)是网络终端实现网络冗余,处理网络数据帧的关键。根据IEC 62439-3中HSR网络对数据帧的处理规则,本文给出了3种操作算法。最后,本论文对3种算法进行实验仿真。考虑到算法中不同的探测序列,进行了5类实验仿真,定义了拒绝率指标,并对5类方案中多播和单播情况下的仿真结果进行比较分析和讨论。
【关键词】：智能变电站 通信网络 IEC 62439 HSR 哈希算法
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM63;TM76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景和意义10
• 1.2 智能化变电站的发展10-15
• 1.2.1 变电站自动化系统10-11
• 1.2.2 数字化变电站11-13
• 1.2.3 智能化变电站13-14
• 1.2.4 通信系统的重要性及研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 2 IEC 62439 标准分析17-32
• 2.1 IEC 62439 的主要内容17
• 2.2 几种基本的冗余结构17-26
• 2.2.1 媒介冗余协议MRP17-19
• 2.2.2 并行冗余协议PRP19-20
• 2.2.3 高可用性无缝环网冗余HSR20-21
• 2.2.4 交叉冗余协议CRP21-23
• 2.2.5 信标冗余协议BRP23-25
• 2.2.6 分布式冗余协议DRP25-26
• 2.3 冗余方案比较26-27
• 2.4 智能化变电站过程层PRP-HSR冗余网络构架27-31
• 2.4.1 变电站分层27-28
• 2.4.2 PRP-HSR组网方案28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 高可用无缝冗余网络32-43
• 3.1 HSR网络的拓扑32-33
• 3.2 HSR工作原理33-34
• 3.3 HSR网络中交换接收节点的通信规则34-35
• 3.3.1 发送规则34
• 3.3.2 接收规则34
• 3.3.3 转发规则34-35
• 3.3.4 直通转发(cut-through)35
• 3.3.5 坏帧处理方式35
• 3.4 HSR数据帧结构35-38
• 3.5 HSR网络节点结构及操作38-40
• 3.5.1 双连接交换节点(DANH)38-40
• 3.5.2 单连接交换节点(SAN)40
• 3.6 重复帧处理40-41
• 3.7 HSR网络中使用VLAN功能41-42
• 3.8 本章小结42-43
• 4 HSR冗余网络数据帧的操作算法43-59
• 4.1 一般规则43-44
• 4.2 算法 1：循环表44-46
• 4.3 算法 2：开放寻址的哈希表46-55
• 4.3.1 哈希表46
• 4.3.2 哈希存储的基本思路46
• 4.3.3 哈希函数的构造方法46-47
• 4.3.4 解决冲突的方法47-50
• 4.3.5 开放寻址法50-53
• 4.3.6 哈希函数的选择53-54
• 4.3.7 内存访问次序54-55
• 4.4 算法 3：带循环表的哈希表55-57
• 4.5 3种算法比较57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 5 实验仿真59-79
• 5.1 仿真环境59-68
• 5.1.1 模拟节点59
• 5.1.2 数据帧结构59-61
• 5.1.3 环网中的节点61
• 5.1.4 数据帧发生器61-62
• 5.1.5 查找表62-66
• 5.1.5.1 循环表62
• 5.1.5.2 开放寻址的哈希表62-64
• 5.1.5.3 带循环表的哈希表64-66
• 5.1.6 接收处理区66-67
• 5.1.7 仿真过程67-68
• 5.2 仿真相关配置68-69
• 5.2.1 仿真单位之间68
• 5.2.2 仿真内容68-69
• 5.3 仿真结果及讨论69-74
• 5.3.1 循环表的仿真结果70
• 5.3.2 开放寻址哈希表的仿真结果70-73
• 5.3.2.1 线性探查70-71
• 5.3.2.2 二次探查71-72
• 5.3.2.3 双重探查72-73
• 5.3.3 带循环表的哈希算法仿真结果73-74
• 5.4 仿真结果讨论74-78
• 5.5 本章小结78-79
• 6 结论与展望79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果85-86
• 致谢86-87

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本文编号：974769