变电站内部网络通信技术研究

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【摘要】自变电站自动化技术在我国开始应用以来，不论是在低压电力系统中，还是在当前的高压及超高压的电力系统中，都得到了极其广泛的应用。而随着科学技术的不断进步以及变电站自动化技术的不断革新，对当前站内的网络通信也有了更高要求。本文就主要针对当前变电站自动化系统内部网络通信中存在的一些问题，对其中的网络通信技术展开了系统的研究。

【关键词】变电站自动化；网络通信技术；以太网；研究

引言

随着电力系统的快速发展，当前在我国的变电站中都已经普遍应用自动化技术，一些在建的变电站也都趋向于智能化的方向建设，待其建成之后将具备更高的自动化程度，而对于已建成的老旧变电站，也正在逐步进行智能化的改造。对于变电站而言，其内部的网络通信能力就是其智能化程度的最佳体现。因此，对其内部的网络通信技术进行研究，并及时解决其中存在的问题对于我国变电站自动化系统的智能化发展具有十分重要的现实意义。

1变电站自动化系统内部网络通信技术的发展现状

变电站自动化技术自被引入我国开始，就得到了极快的发展。当前不论是新建的变电站，还是老旧的变电站，都在采用这种新型技术。较之常规的变电站，这种新型的自动化系统最显著的特点就是其拥有极强的站内通信能力。自90年代初期这种技术开始被应用之后，在变电站内相继出现了多种通信方案。最初，变电站内都是使用RS485总线，通过主从的通信方式，将保护设备进行连接，其从本质上而言就是串行点对点的通信，虽然在方式上较为简便，但是却有很多技术缺陷。随后随着多种现场总线技术的不断被引进，这些技术凭借其简单易用、可有效抗干扰以及组网十分便利等优点，很快就在电力系统中普及开来，并被用于组件变电站内部的通信网络。当前使用较多的总线通常为LonWorks以及CAN。经实践证明，虽然将现场总线用于通信网中具备了较好的实践效果，但是随着变电站逐步向高压以及超高压大型变电站发展，这种技术就开始显现出其局限性，如并不能适用于高压如220kV、330kV以及超高压如500kV变电站中的具体要求。此时，在计算机技术以及其他高新技术的不断推动下，一种新型的嵌入式技术开始出现在工业控制领域中，并为变电站自动化系统内部通信网络带来了新的选择，即使用嵌入式技术。通过这种技术的应用，在站内在单片机系统上就能实现以太网通信。这种技术已经出现就已得到了业内的广泛认可，并被诸多大公司运用到了实际工作中。同时，据相关研究标明，嵌入式的以太网也将会是变电站系统内部通信的必然方向。

2TCP协议在变电站自动化系统中的应用

2.1TCP工作方式的简单介绍

2.1.1建立TCP连接的方式

为TCP建立连接时，通常要是用三次握手的方式，其过程主要如下：首先第一次握手时的报文段要经由码元字段SYN比特置1来识别。在第二次握手时要将码元字段的SYN以及ACK比特都置1，表明这是已对第一个报文段进行确认，并继续进行下一步的握手操作。而最后一个报文段其实就只对信息的确认，并通知目的机主连接已经建成，并且双方均同意。一般情况下处于不同机器上的TCP其状态也将不同，当一种等待握手时，另一种则主动进行连接。并且连接可以被任一一方主动发起，只要建立起连接，就可以在双方之间形成信息的双向流通，在这种连接之中不存在主从关系。

2.1.2关闭TCP连接的方式

不同于TCP的连接，当要关闭TCP时，所采取的握手方式有所不同，主要表现在收到FIN报文段之后的动作。此时的TCP并不是立即就开始发送第二个保温，而是经发送确认信息待通知相关应用程序向其提出关闭请求。这一发出请求并得到反馈的过程需要消耗一些实践，而确认的发送就是为了有效避免重复之前发送的FIN报文段。最后，程序内就提示TCP可以彻底将连接关闭，并继续第二个FIN报文段的发送，而发起关闭的机器回送最后一个报文段，也就是确认报文段ACK。当某一方向上的连接关闭后，TCP就会终止此方向上的数据传输，但是此时对于反方向而言，发送方还可以继续数据的发送工作，直至发送方关闭连接。但是即使连接关闭之后，确认信息还会继续被反馈，直至双方的TCP都被关闭后，相关记录也将被删除。

2.1.3TCP连接复位

通常情况下，当应用程序要经过关闭操作来实现对某一连接的结束工作，当情况异常要中断连接时，TCP的复位措施就起到了作用。复位时发起端发出报文段后，另一端立即退出连接，而TCP应通知应用程序此时的复位操作。复位时的退出是即时的，复位时连接双方在进行传输时的相关资源都会被立即释放。

2.2TCP在变电站自动化系统中的应用

鉴于TCP在连接方式上的不同特征，在使用TCP软件系统时所采用的模式一般为客户端———服务器。此时客户端就作为所建立起的对等通讯的发起者，同时也是其关闭时的发起者，而服务器则负责接收这些通信请求。一般而言，由于客户端只需要具备支持发起连接、传输数据以及断开连接等功能的特性，因此其软件构成通常都比较简单。并且由于在变电站中其自动化系统始终都处于连接状态，因此往往都为永久性连接。而对于服务器而言，由于其要经常处理较多连接，任务也较为繁重，因此在软件结构上就较为复杂。TCP协议的服务器多数情况下都会选择并发的并且面向连接服务器。在进行通讯协议时，自动化系统中的全部电子设备全部都要兼具客户端与服务。当这些智能电子设备被应用至系统中之后，其颞部的服务器应当首先开始运行，以保障设备可以及时准确接收到连接的请求，并保障连接的顺利建立。之后客户端才会被启动，并与其他有通讯需求的设备进行连接。在正常运行过程中，系统内部的通信连接会始终保持，并实现通信连接两端的设备的全双工通讯。

3快速以太网在变电站自动化系统中的应用

当将快速以太网应用至变电站的自动化系统中之后，其大带宽就可以有效保障站内的网络在不分层布置的情况下依然可以实现对信息的快速传输。当LonWorks以最大负荷网速运行且网络绝对通常时，可计算出100兆带宽的快速以太网上的通讯节点数约有470个。而当使用交换式集线器时，系统网络还能具备更大的带宽，从而其内部的节点数量也将会更多。因此可以说，快速以太网的应用，使网络间隔层以及设备层内的装置与主干网之间的直连成为了可能。当带宽在100M时就可以充分满足系统的通讯效率，从而使网络的结构变得更加简单。当带宽被增大时，网络的成本也能得到节约。此时，由于减少了通讯过程中的中间环节，就会使得通讯中的延迟大大减少，从而最终使网络的可靠性被进一步提升。

4结束语

本研究主要对以太网在变电站自动化通信系统网络中的应用进行了相应的介绍，并对其具体应用做出了系统的分析。随着计算机技术的快速发展，技术革新速度的不断提升，通讯网络正向着高速率低成本的方向快速发展。当前的电力行业也应当准确把握科技动向，并紧跟时展潮流，不断推进各种新型技术在变电站自动化系统中的应用，不断推进变电站的自动化与智能化，为社会与国家经济的发展提供更多助力。

参考文献

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作者：丁晖 朱宁 任寅平 单位：国网安徽省电力公司铜陵供电公司