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可靠電網(wǎng)的實(shí)時冗余通信

2512883 2022-11-28 | pdf | 235.74KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

電網(wǎng)是當(dāng)今世界的重要資源。電網(wǎng)的可靠性至關(guān)重要，尤其是隨著分布式發(fā)電的使用越來越多以及微電網(wǎng)的引入需要更多的本地智能進(jìn)行監(jiān)測和控制。電網(wǎng)上的所有系統(tǒng)都需要通過對電壓、頻率和開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的頻繁分析來保證網(wǎng)絡(luò)能夠提供穩(wěn)定一致的交流電。這一要求指向在控制中心和高價值節(jié)點(diǎn)（例如變電站）之間使用高級監(jiān)控和隨時可用的低延遲通信，以確保密切監(jiān)控每個子系統(tǒng)的狀態(tài)。電網(wǎng)是當(dāng)今世界的重要資源。電網(wǎng)的可靠性至關(guān)重要，尤其是隨著分布式發(fā)電的使用越來越多以及微電網(wǎng)的引入需要更多的本地智能進(jìn)行監(jiān)測和控制。電網(wǎng)上的所有系統(tǒng)都需要通過對電壓、頻率和開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的頻繁分析來保證網(wǎng)絡(luò)能夠提供穩(wěn)定一致的交流電。這一要求指向在控制中心和高價值節(jié)點(diǎn)（例如變電站）之間使用高級監(jiān)控和隨時可用的低延遲通信，以確保密切監(jiān)控每個子系統(tǒng)的狀態(tài)。為幫助管理電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施并提供必要級別的控制和通信，配電行業(yè)采用了 IEC 61580 標(biāo)準(zhǔn)。使用 IEC 61580，數(shù)字信號通過基于以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)在變電站和電氣子系統(tǒng)之間傳輸有關(guān)電源狀態(tài)的信息。為了滿足電網(wǎng)運(yùn)營商日益復(fù)雜的需求，IEC 61580 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展到包含許多時間關(guān)鍵型服務(wù)，例如 IEEE 1588 同步、通用對象導(dǎo)向系統(tǒng)事件 (GOOSE) 和采樣值 (SV) 消息傳遞。為幫助管理電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施并提供必要級別的控制和通信，配電行業(yè)采用了 IEC 61580 標(biāo)準(zhǔn)。使用 IEC 61580，數(shù)字信號通過基于以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)在變電站和電氣子系統(tǒng)之間傳輸有關(guān)電源狀態(tài)的信息。為了滿足電網(wǎng)運(yùn)營商日益復(fù)雜的需求，IEC 61580 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展到包含許多時間關(guān)鍵型服務(wù)，例如 IEEE 1588 同步、通用對象導(dǎo)向系統(tǒng)事件 (GOOSE) 和采樣值 (SV) 消息傳遞。圖 1：IEC 61580 的關(guān)鍵要素及其與以太網(wǎng)的關(guān)系。圖 1：IEC 61580 的關(guān)鍵要素及其與以太網(wǎng)的關(guān)系。GOOSE 協(xié)議支持發(fā)布-訂閱消息傳遞，與許多 IT 系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)客戶端-服務(wù)器通信模型相比，它更適合分布式控制應(yīng)用程序。IEC 61580 使客戶端-服務(wù)器消息傳遞可單獨(dú)使用，以支持遠(yuǎn)程站的設(shè)備管理以及需要直接訪問變電站或微電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)的其他情況。GOOSE 協(xié)議支持發(fā)布-訂閱消息傳遞，與許多 IT 系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)客戶端-服務(wù)器通信模型相比，它更適合分布式控制應(yīng)用程序。IEC 61580 使客戶端-服務(wù)器消息傳遞可單獨(dú)使用，以支持遠(yuǎn)程站的設(shè)備管理以及需要直接訪問變電站或微電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)的其他情況。GOOSE 允許將有關(guān)各種電氣元件狀態(tài)的實(shí)時消息中繼到需要查看它們的任何設(shè)備。例如，每個中繼針對它包含的需要報告狀態(tài)的每種不同類型的對象使用單個標(biāo)識符來發(fā)布信息。其他中繼和設(shè)備可以訂閱目標(biāo)中繼發(fā)出的狀態(tài)消息流。這是通過網(wǎng)絡(luò)多播和接收節(jié)點(diǎn)過濾的組合來執(zhí)行的——發(fā)布者不需要知道訂閱者是誰或者他們是否收到了消息。為了獲得最佳性能，GOOSE 不使用常用的 TCP/IP 協(xié)議。相反，GOOSE 消息直接放在以太網(wǎng)幀中。同樣，SV 消息傳遞提供了一種為快速變化的值多播數(shù)據(jù)的方法，例如電壓測量、GOOSE 允許將有關(guān)各種電氣元件狀態(tài)的實(shí)時消息中繼到需要查看它們的任何設(shè)備。例如，每個中繼針對它包含的需要報告狀態(tài)的每種不同類型的對象使用單個標(biāo)識符來發(fā)布信息。其他中繼和設(shè)備可以訂閱目標(biāo)中繼發(fā)出的狀態(tài)消息流。這是通過網(wǎng)絡(luò)多播和接收節(jié)點(diǎn)過濾的組合來執(zhí)行的——發(fā)布者不需要知道訂閱者是誰或者他們是否收到了消息。為了獲得最佳性能，GOOSE 不使用常用的 TCP/IP 協(xié)議。相反，GOOSE 消息直接放在以太網(wǎng)幀中。同樣，SV 消息傳遞提供了一種為快速變化的值多播數(shù)據(jù)的方法，例如電壓測量、根據(jù) IEC 61580 提供的服務(wù)包括根據(jù) IEEE 1588 標(biāo)準(zhǔn)的時間同步。該標(biāo)準(zhǔn)分配源自高精度主時鐘的定時信號。在當(dāng)今使用的許多系統(tǒng)中，這個主時鐘使用全球定位系統(tǒng) (GPS) 衛(wèi)星傳輸?shù)臅r間信號，每個衛(wèi)星都包含一個原子鐘。主時鐘提供一棵從時鐘樹，這些從時鐘要么被歸類為邊界時鐘——這些時鐘位于網(wǎng)關(guān)中，如果 GPS 信號出現(xiàn)故障，它們可以充當(dāng)臨時主時鐘——或者位于每個需要同步的系統(tǒng)內(nèi)的普通時鐘。定時信息使用一系列需要定期重復(fù)的消息交換在樹中波動，以確保所有系統(tǒng)保持同步。根據(jù) IEC 61580 提供的服務(wù)包括根據(jù) IEEE 1588 標(biāo)準(zhǔn)的時間同步。該標(biāo)準(zhǔn)分配源自高精度主時鐘的定時信號。在當(dāng)今使用的許多系統(tǒng)中，這個主時鐘使用全球定位系統(tǒng) (GPS) 衛(wèi)星傳輸?shù)臅r間信號，每個衛(wèi)星都包含一個原子鐘。主時鐘提供一棵從時鐘樹，這些從時鐘要么被歸類為邊界時鐘——這些時鐘位于網(wǎng)關(guān)中，如果 GPS 信號出現(xiàn)故障，它們可以充當(dāng)臨時主時鐘——或者位于每個需要同步的系統(tǒng)內(nèi)的普通時鐘。定時信息使用一系列需要定期重復(fù)的消息交換在樹中波動，以確保所有系統(tǒng)保持同步。該協(xié)議的工作原理是讓主時鐘向從時鐘發(fā)送包含時間戳的同步消息。不久之后，它會發(fā)送一個包含稍后時間戳的后續(xù)消息。從機(jī)響應(yīng)一條消息，要求主機(jī)提供延遲估計，并提供包含發(fā)送時間的進(jìn)一步響應(yīng)。在此過程結(jié)束時，slave 將有四個時間戳，其中三個是 master 發(fā)送的。使用序列中的定時信息，從設(shè)備確定對其內(nèi)部時鐘進(jìn)行的更改以盡可能接近主設(shè)備。該協(xié)議導(dǎo)致在局域網(wǎng)上通常精確到幾十納秒的時間同步。該協(xié)議的工作原理是讓主時鐘向從時鐘發(fā)送包含時間戳的同步消息。