可靠電網的實時冗余通信

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

資料介紹

電網是當今世界的重要資源。電網的可靠性至關重要，尤其是隨著分布式發電的使用越來越多以及微電網的引入需要更多的本地智能進行監測和控制。電網上的所有系統都需要通過對電壓、頻率和開關設備狀態的頻繁分析來保證網絡能夠提供穩定一致的交流電。這一要求指向在控制中心和高價值節點（例如變電站）之間使用高級監控和隨時可用的低延遲通信，以確保密切監控每個子系統的狀態。電網是當今世界的重要資源。電網的可靠性至關重要，尤其是隨著分布式發電的使用越來越多以及微電網的引入需要更多的本地智能進行監測和控制。電網上的所有系統都需要通過對電壓、頻率和開關設備狀態的頻繁分析來保證網絡能夠提供穩定一致的交流電。這一要求指向在控制中心和高價值節點（例如變電站）之間使用高級監控和隨時可用的低延遲通信，以確保密切監控每個子系統的狀態。為幫助管理電網基礎設施并提供必要級別的控制和通信，配電行業采用了 IEC 61580 標準。使用 IEC 61580，數字信號通過基于以太網技術的網絡在變電站和電氣子系統之間傳輸有關電源狀態的信息。為了滿足電網運營商日益復雜的需求，IEC 61580 標準已經發展到包含許多時間關鍵型服務，例如 IEEE 1588 同步、通用對象導向系統事件 (GOOSE) 和采樣值 (SV) 消息傳遞。為幫助管理電網基礎設施并提供必要級別的控制和通信，配電行業采用了 IEC 61580 標準。使用 IEC 61580，數字信號通過基于以太網技術的網絡在變電站和電氣子系統之間傳輸有關電源狀態的信息。為了滿足電網運營商日益復雜的需求，IEC 61580 標準已經發展到包含許多時間關鍵型服務，例如 IEEE 1588 同步、通用對象導向系統事件 (GOOSE) 和采樣值 (SV) 消息傳遞。圖 1：IEC 61580 的關鍵要素及其與以太網的關系。圖 1：IEC 61580 的關鍵要素及其與以太網的關系。GOOSE 協議支持發布-訂閱消息傳遞，與許多 IT 系統中使用的傳統客戶端-服務器通信模型相比，它更適合分布式控制應用程序。IEC 61580 使客戶端-服務器消息傳遞可單獨使用，以支持遠程站的設備管理以及需要直接訪問變電站或微電網中的節點的其他情況。GOOSE 協議支持發布-訂閱消息傳遞，與許多 IT 系統中使用的傳統客戶端-服務器通信模型相比，它更適合分布式控制應用程序。IEC 61580 使客戶端-服務器消息傳遞可單獨使用，以支持遠程站的設備管理以及需要直接訪問變電站或微電網中的節點的其他情況。GOOSE 允許將有關各種電氣元件狀態的實時消息中繼到需要查看它們的任何設備。例如，每個中繼針對它包含的需要報告狀態的每種不同類型的對象使用單個標識符來發布信息。其他中繼和設備可以訂閱目標中繼發出的狀態消息流。這是通過網絡多播和接收節點過濾的組合來執行的——發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 協議。相反，GOOSE 消息直接放在以太網幀中。同樣，SV 消息傳遞提供了一種為快速變化的值多播數據的方法，例如電壓測量、GOOSE 允許將有關各種電氣元件狀態的實時消息中繼到需要查看它們的任何設備。例如，每個中繼針對它包含的需要報告狀態的每種不同類型的對象使用單個標識符來發布信息。其他中繼和設備可以訂閱目標中繼發出的狀態消息流。這是通過網絡多播和接收節點過濾的組合來執行的——發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 協議。相反，GOOSE 消息直接放在以太網幀中。同樣，SV 消息傳遞提供了一種為快速變化的值多播數據的方法，例如電壓測量、根據 IEC 61580 提供的服務包括根據 IEEE 1588 標準的時間同步。該標準分配源自高精度主時鐘的定時信號。在當今使用的許多系統中，這個主時鐘使用全球定位系統 (GPS) 衛星傳輸的時間信號，每個衛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——這些時鐘位于網關中，如果 GPS 信號出現故障，它們可以充當臨時主時鐘——或者位于每個需要同步的系統內的普通時鐘。定時信息使用一系列需要定期重復的消息交換在樹中波動，以確保所有系統保持同步。根據 IEC 61580 提供的服務包括根據 IEEE 1588 標準的時間同步。該標準分配源自高精度主時鐘的定時信號。在當今使用的許多系統中，這個主時鐘使用全球定位系統 (GPS) 衛星傳輸的時間信號，每個衛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——這些時鐘位于網關中，如果 GPS 信號出現故障，它們可以充當臨時主時鐘——或者位于每個需要同步的系統內的普通時鐘。定時信息使用一系列需要定期重復的消息交換在樹中波動，以確保所有系統保持同步。該協議的工作原理是讓主時鐘向從時鐘發送包含時間戳的同步消息。不久之后，它會發送一個包含稍后時間戳的后續消息。從機響應一條消息，要求主機提供延遲估計，并提供包含發送時間的進一步響應。在此過程結束時，slave 將有四個時間戳，其中三個是 master 發送的。使用序列中的定時信息，從設備確定對其內部時鐘進行的更改以盡可能接近主設備。該協議導致在局域網上通常精確到幾十納秒的時間同步。該協議的工作原理是讓主時鐘向從時鐘發送包含時間戳的同步消息。