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基于以太网的变电站自动化系统时延不确定性研究

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变电站二次系统对于保障一次系统的安全、稳定和经济运行发挥着非常重要的作用。电力系统的发展，环保的制约和竞争的电力市场迫切要求变电站二次系统做到功能适当集成，信息充分共享，资源充分利用，这就对变电站二次系统提出了更高的网络化、集成化、自动化要求。基于以太网的变电站自动化系统（ESAS）为变电站二次系统的发展带来了一种全新的理念和创新。但是，以太网带来了时延不确定性等问题，该问题已成为制约ESAS安全稳定运行的核心因素，在实际应用前必须从理论上加以解决。为此，本文致力于对该问题展开研究，其内容主要涉及新一代ESAS的构想、ESAS的时延不确定性分析与处理等3个方面。针对面向对象设计的ESAS存在灵活性、开放性和可维护性较差等不足，本文首先提出了面向网络设计的新一代ESAS的构想，其基本思想是：采用标准化软硬件平台设计通用智能设备；面向网络实现功能重构；功能向上集中；采用2层扁平化结构，基于信息综合传输网络实现信息完全共享。探讨了系统的设计思想、具体实现及其优点，并详细分析了系统开发中的时延不确定性、网络安全性、可靠性、多采样率和高精度的同步采样等关键问题，提出了简便可行的解决方案。在ESAS的时延不确定性分析方面，本文研究了引起ESAS时延不确定性的诸多因素，并采用OPNET网络仿真软件，定量分析了不同因素下ESAS所展现的时延不确定性行为，给出了处理时延不确定性的研究思路。提出了量化分析时延不确定性对分布式联锁功能安全性影响的方法，该方法能准确预测分布式联锁功能的安全性能。在ESAS的时延不确定性处理方面，本文提出了基于排队理论的变电站层网络中主控单元通信模块缓冲区大小的确定方法，可以预先得到紧急情况下，满足报文丢失概率和时延要求的缓冲区大小，有效地提高了主控单元报文传输时延的确定性。探讨了基于优先级标签的变电站过程层信息综合传输方法，研究了在网络端节点的协议栈中引入优先级机制的具体实现，有效消除了非时间紧急信息对时间紧急信息的影响，即使在网络重载情况下，也能保证时间紧急信息传输的时延约束，提高了过程层网络端节点内信息传输时延的确定性。提出了基于漏桶和服务分类机制的变电站信息综合传输方法，建立了变电站内信息的漏桶模型，应用网络演算理论，引入微流和级联网络的概念，推导了普遍适用、形式统一的计算时延上界的解析表达式，据此可以在信息传输前准确判断传输时延能否满足时限要求，有效地提高了全站网络互连变电站内信息传输的时延确定性。提出了基于区分服务网络的变电站间信息综合传输方法，该方法有效地解决了信息综合传输中的流量冲突问题，即使在网络拥塞的情况下也能满足变电站间关键信息传输的时延确定性要求。

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