面向智能变电站三网合一网络的PRP/HSR实现方案

分析了智能变电站站控层制造报文规范(MMS)网络、过程层面向通用对象的变电站事件(GOOSE)网络、过程层采样值(SV)网络三网合一的网络应用现状,针对目前三网合一网络应用中存在的通信实时性和可靠性的问题,提出了一种基于IEC62439-3并行冗余协议/高可用性无缝环网冗余(PRP/HSR)的智能变电站三网合一网络实现方案,总结了关键设备的研制要点。试验与测试结果验证了所提方案的可靠性。最后对基于HSR双向环网模式下实现分布式母差保护进行了应用设计与分析探讨。

基于虚拟网桥原理的PRP/HSR网络接口设计

针对智能变电站的通信网络冗余问题,分析IEC 62439-3中的并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)及高可用性无缝环网(high-availability seamless redundancy,HSR);根据两者相同的报文转发特点,提出在操作系统层面实现冗余协议的网桥方法;设计并实现Linux系统下网桥结构的PRP/HSR网络驱动方案。该方案在内核设计实现虚拟网桥及其虚拟端口;通过控制虚拟端口与物理端口之间的报文转发,实现报文的冗余处理。测试表明:该方法能实现PRP/HSR协议的零冗余恢复时间,经济有效地解决智能变电站站控层网络冗余问题,可提高网络通信的实时性和可靠性。

基于监测帧的PRP和HSR冗余网络监视系统的实现

IEC 62439-3标准详细描述了并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)。但是这两种冗余功能对上层应用透明,监控系统无法识别单一链路故障。为了解决该问题,实现PRP、HSR冗余网络的良好维护体验,分析了PRP、HSR冗余的实现过程,研究了监测帧的作用原理,构建了一个基于监测帧的冗余网络监视系统,给出了具体的冗余监测原理和流程,总结分析了该系统的优点,为智能变电站的网络冗余监测提供了一种有效的方案。

基于PRP和HSR技术的数字化变电站设计（英文）

为满足数字化变电站对于可靠性和经济性的基本设计要求。提出了一个数字化变电站实用设计方案,并介绍了其全站通信网络、配置方法和对装置的具体要求。该方案采用了基于并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)和高可用性无缝环网结构(high-availability seamless ring,HSR)的冗余通信技术,并使用了从系统到装置的一站式配置工具。提出的设计方案不仅能满足数字化变电站可靠性、经济性的要求,而且具有较好的可维护性和可扩展性。

基于PRP和HSR冗余协议的智能变电站网络组网研究

采用CPU同时处理网络数据的智能变电站双网结构,单网风暴等异常情况会导致CPU过载和双网数据收发异常,同时该方法没有统一的标准,导致各厂家处理结果存在差异,不利于智能变电站的规范化。文章通过对网络可靠性、结构合理性、成本等多角度研究分析基于PRP和HSR的3种组网结构,推荐智能变电站站控层采用PRP组网,过程层间隔HSR和跨间隔PRP组网的网络拓扑,并研究分析其网络性能、数据同步和报文相互干扰问题,通过OPNET软件仿真及实验室物理组网验证其可行性。

IEC62439 PRP冗余丢弃算法设计

智能变电站GOOSE、SV、MMS三网合一信息充分共享,双星型网架可靠性较高,相应电力装置需支持高效、健壮冗余丢弃算法。针对PRP推荐双窗口丢弃算法较复杂、乱序报文效率较低、时序考量不严谨、无设备重启等异常处理,总结了丢弃算法基本要求,分析了时序可靠丢弃、安全接收原则,提出基于节点对节点链路序列号状态HASH算法和固定单滑动窗口相结合的方法。详细分析起止点在与不在滑动窗口、接收序列号在窗口前中后情形,并给出算法伪码供借鉴使用。健壮性指出超过一定时限,序列号相同,报文内容未必相同;在同一个时限内,FCS(帧校验序列)完全一样,报文内容未必相同。本方法能快速准确判断丢弃接收重复报文,为智能变电站电力装置支持PRP/HSR奠定坚实算法基础。

智能变电站过程层冗余组网模式及网络延时累加技术研究

当前智能变电站过程层采用双网架构,IED设备的处理器同时处理双网数据,存在处理器负荷高的问题。SV采用光纤直连传输方式、存在布线复杂、IED设备光口多、成本高、装置发热量大、信息共享困难及链路无法监视等各种问题。同时GOOSE采用网络传输方式,过程层网络与光纤直连方式并存,结构不清晰问题。针对高可靠性无缝冗余协议(High Reliablity Seamless Redundant Protocol,HSR)和并行冗余协议(Parallel Redundant Protocol,PRP)的智能变电站过程层组网进行了研究,并基于该组网基础上进行了HSR和PRP的延时累加技术研究及测试。该研究为将来在国内智能变电站进行推广应用此技术提供了坚实的理论分析和测试结果参考数据。

数字化变电站通信网络冗余技术

介绍了IEC62439标准中的几种典型的网络冗余技术,包括跨网冗余协议(CRP)、分布冗余协议(DRP)、媒介冗余协议(MRP)、信标冗余协议(BRP)、并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)。CRP支持单网和双网冗余,通过2个端口跨接到1个或2个独立的网络中实现冗余。DRP是基于环网拓扑的冗余模式,在交换设备上实现。MRP可以在网络连接或是交换设备单点故障的时候以确定性时间恢复环网通信。BRP冗余网络架构可以看成2个互连的顶层交换机,各级连一个星形、线形或是环形子网。PRP在终端节点内的LRE层实现了报文的双发、双收。经过比较,指出PRP/HSR方案不论是在应用方面或网络冗余的适应性以及对故障的恢复性能方面,都是理想的通信网络的冗余方案。

一种智能变电站新型双网冗余设备及实现

为了解决当前智能变电站自动化系统内网络冗余存在的问题,提出了一种变电站内新型网络冗余的设备(双网冗余接口盒及双网冗余接口卡)软硬件实现方法,将变电站内部保护测控等装置通过双网冗余接口设备接入符合IEC62439-3规范的PRP/HSR网络实现新型双网冗余。采用FPGA+CPU的硬件构架,通过利用在FPGA设计出以太网通信控制MAC模块、PRP/HSR模块、存储控制模块、多路报文转发控制模块协同完成变电站系统内以太网报文冗余处理。试验证明,所研制的冗余设备满足电力系统保护装置对于速动性的要求,在智能变电站自动化系统内具有较好的实用性。

几种智能变电站冗余通信协议分析比较

常用的快速生成协议(rapid spaning tree protocol,RSTP)等网络冗余协议无法达到零自愈时间的要求,IEC61850:2010规定了2个新的冗余通信协议平衡冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)和高可用性无缝冗余度(high-availability seamless redundancy,HSR)作为实现零自愈时间的网络冗余协议。从网络自愈时间、对通信负载的影响、经济性等方面对RSTP,PRP和HSR3种变电站冗余通信协议进行比较,结果表明:PRP和HSR均可实现零自愈时间网络恢复,但使用PRP会增加较多成本,采用HSR则会增大网络负载,在小规模变电站中应用具有较大的经济优势。

基于工业以太网的远程数据采集和控制

针对工业现场控制器与数据采集和控制点距离较远的问题,设计并实现了一种基于工业以太网的远程数据采集和控制的方法。其物理层采用冗余高速工业以太网,因此具有高实时性、高吞吐率和易扩展等特点。冗余以太网可以通过组态工具设置成并行冗余协议(PRP)或高可用性无缝冗余协议(HSR),实现物理层冗余而应用层只接收一份数据,从而减轻应用层处理报文的负荷。远程I0LINK接收控制器下发的组态文件,并实时在线解析生成I/O模块在远程I0LINK中的内存镜像。远程I0LINK接收到控制器下发的查询命令或控制输出时,把内存镜像中的I/O模块数据反馈给控制器,并把控制指令暂存在本地内存中。远程I0LINK周期性的与本地I/O模块进行数据交换,实现了I/O模块的数据采集和控制指令的输出。

并行冗余协议在智能变电站网络的应用

阐述了IEC 62439-3中的并行冗余协议(PRP)和高可靠无缝环网(HSR)的实现机制。依据变电站功能需求及数据流向,提出了基于PRP+HSR网络方案的智能变电站组网方式,在HSR网络中实现VLAN技术,利用网络冗余提高系统安全性,减少交换机数量并提升变电站网络性能。

基于IEC62439-3协议的智能变电站过程层网络监视方法研究与实现

IEC61850-90-4标准中引入了基于并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)的组网方案,该组网方案与国内普遍推广应用的双星型网络在网络监视等方面具有明显的差异。本文在HSR、PRP的过程层组网方案基础上进行网络监视方法研究,提出了基于监视帧、nodetable表、IED上送状态等几种网络监视管理方案并对几种监视管理方案进行了分析比较,给出基于HSR、PRP网络的可选监视管理方案。从IEC61850-90-4组网方案的工程实施角度出发,解决标准中未涉及到的实际问题,为国内智能变电站发展提供了有益的技术支撑。

变电站二次设备就地化系统网络架构探讨

针对变电站二次设备就地化背景下设备配置与通信网络面临的问题与挑战,首先提出了变电站二次保护控制设备就地化配置原则,并给出了单间隔保护、跨间隔保护、测控装置、公用采集控制终端等全站二次就地化设备配置方案。在此基础上,提出了基于并行冗余协议(PRP)的制造报文规范(MMS)/采样值(SV)/通用面向对象变电站事件(GOOSE)三网合一网络架构和不依赖交换机的全高可靠无缝冗余(HSR)环网两种变电站通信网络方案,并对其网络性能指标进行了量化评估和比对。

基于Netfilter框架的IEC 62439-3实现方案

针对现阶段智能变电站实现通信冗余所存在的问题,简要分析IEC 62439-3标准提出的并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)和高可用性无缝环网(high-availability seamless redundancy,HSR)原理。由于PRP/HSR具有无缝切换的明显优势,提出基于Linux内核Netfilter框架的PRP/HSR冗余网络实现方案。在现阶段站控层组网过程中,单连接节点(single attached node,SAN)主要采用冗余盒接入网,该设计方案利用Netfilter框架的数据转发机制实现冗余,可避免使用冗余盒,以提高智能变电站通信网络组网的经济性和可靠性,为IEC 62439-3在智能变电站中的推广提供支持。

地铁智能化变电所过程层网络结构分析

在网络自愈时间、数据传输延时、经济成本等方面对地铁智能化变电所过程层3种网络结构进行对比分析,以确定适合地铁智能化变电所建设的过程层网络结构方式。