陳曉杰，徐丙垠,2，陳 羽，范開俊，張新慧

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配電網(wǎng)分布式控制實時數(shù)據(jù)快速傳輸技術

陳曉杰1，徐丙垠1,2，陳 羽1，范開俊3，張新慧1

(1.山東理工大學電氣與電子工程學院，山東 淄博 255049；2.山東科匯電力自動化有限公司，山東 淄博 255087;3.山東大學電氣工程學院，山東 濟南 250061)

為實現(xiàn)分布式控制關聯(lián)站點智能終端(Smart Terminal Unit, STU)間的實時對等通信以及互操作，可采用面向通用對象的變電站事件(Generic Object—Oriented Substation Event,GOOSE)傳輸STU間的實時數(shù)據(jù)和控制命令。在對比分析現(xiàn)有GOOSE映射方式的基礎上，提出了基于TCP協(xié)議的GOOSE報文傳輸方案(GOOSE over TCP)，給出了實現(xiàn)方法以及改善GOOSE over TCP傳輸實時性的措施。分析了影響報文傳輸延時的主要因素。通過試驗測得在通信網(wǎng)絡含有大量突發(fā)報文的惡劣環(huán)境中優(yōu)化后的GOOSE over TCP最大傳輸延時約為2.4 ms，平均傳輸延時約為1.3 ms，可以滿足配電網(wǎng)分布式控制應用的需求。

配電自動化；分布式控制；GOOSE；GOOSE over TCP

0 引言

分布式控制是一種基于智能終端(Smart Terminal Unit，STU)之間對等交換測控信息的控制技術，可以利用多個站點的測量信息提高保護控制性能，又能避免主站集中控制響應速度慢的問題，是配電網(wǎng)保護與控制技術的發(fā)展方向。為保證分布式控制的響應速度，要求STU間能夠在10 ms內完成實時控制數(shù)據(jù)的傳輸[1-2]。在基于IEC61850標準的數(shù)字化變電站中，開關狀態(tài)、閉鎖信號和跳閘命令等實時快速報文信息采用面向通用對象的變電站事件(Generic Object-Oriented Substation Event，GOOSE)傳輸機制。一般使用專用的光纖局部網(wǎng)，不經(jīng)過網(wǎng)絡層與傳輸層，將GOOSE報文直接映射到媒體訪問控制子層(MAC)層進行傳輸，實際傳輸延時小于4 ms[3-6]。這種傳輸方式的優(yōu)點是速度快，傳輸延時小于4 ms，但是其配置基于MAC地址，實施過程較復雜，且報文僅能在局域網(wǎng)中傳輸，不能跨過路由器。在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)或廣域測控系統(tǒng)里，為減少投資、提高通信系統(tǒng)的利用率，實時控制數(shù)據(jù)和其他運行監(jiān)控數(shù)據(jù)(如“三遙”數(shù)據(jù))一起在通信介質中混合傳輸，而且還可能需要跨過路由器在不同的局部網(wǎng)間傳輸[7]，因此，不能照搬數(shù)字化變電站的傳輸技術。

本文分析了分布式控制對報文傳輸實時性的要求，以及報文傳輸過程中延時的組成。分析了現(xiàn)有的幾種GOOSE傳輸機制的特點，在此基礎上提出了基于TCP協(xié)議的GOOSE報文傳輸方法(GOOSE over TCP)，給出了實現(xiàn)方案以及加快報文傳輸實時性的優(yōu)化措施。搭建試驗平臺測試了GOOSE over TCP的傳輸性能，分析了影響報文傳輸延時的因素，驗證了改善報文傳輸實時性措施的可行性。

1 報文傳輸延時分析

配電網(wǎng)分布式控制應用中的GOOSE報文屬于快速報文，其主要用于傳輸STU間的實時數(shù)據(jù)以及控制命令。為使分布式保護控制操作在100 ms內完成，要求其實時數(shù)據(jù)傳輸延時不超過10 ms[8-9]。

本文中的傳輸延時是指報文在智能終端之間的傳輸時間，包括通信雙方協(xié)議棧對報文的處理延時以及報文在網(wǎng)絡上傳輸?shù)难訒r。

處理延時是指報文通過終端各層協(xié)議棧所耗費的時間。如果終端處理數(shù)據(jù)的速度較慢或處理任務較重，實時報文將與其他數(shù)據(jù)一起排隊等候處理。此外通信報文選用不同的傳輸協(xié)議會對應著不同的傳輸過程，進而影響協(xié)議棧處理時間。綜上，該部分延時主要取決于終端的處理性能以及通信報文所使用的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議。

網(wǎng)絡傳輸延時主要包括線路傳輸延時、幀轉發(fā)延時、交換延時以及緩沖排隊延時[10]。

線路傳輸延時，指信號在信道中的傳輸時間。其值等于信道長度與信號在信道上的傳輸速率之比。數(shù)據(jù)在光纖通道中的傳輸速度約為2/3倍光速[11-12]，以長為10 km信道為例，報文的線路傳輸延時約為50 μs。

幀轉發(fā)延時，指交換機轉發(fā)數(shù)據(jù)幀所需要的時間，大小取決于通信報文的長度以及交換機的帶寬。以最大的以太網(wǎng)幀(1518字節(jié))為例，其在百兆以太網(wǎng)交換機中的轉發(fā)延時約為115.8 μs。

交換延時，又稱為交換機的固有延時，指交換機在轉發(fā)前后兩個數(shù)據(jù)幀之間所間隔的時間，其大小與交換機的性能有關，通常由交換機制造商提供。對于一般的工業(yè)以太網(wǎng)交換機而言，其交換延時不超過10 μs[13]，如SICOM3000交換機的交換延時<5 μs。

緩沖排隊延時，指通信報文進入交換機及其在交換機的輸入輸出緩沖隊列中等候處理的時間，其長短取決于當時的網(wǎng)絡通信量以及交換機所采取的輸入輸出調度策略(如優(yōu)先級、輪詢以及加權輪詢等)。這部分延時的存在使得報文的傳輸延時具有不確定性。

為使分布式控制命令能夠快速傳輸執(zhí)行，關鍵報文應具有確定、有限的傳輸延時。在進行端到端通信時，通信雙方需要對數(shù)據(jù)進行封裝和解封，因此通信協(xié)議的性能對報文傳輸實時性也有較大影響。在使系統(tǒng)具有一定開放性的同時，為滿足配電網(wǎng)分布式控制應用對實時性的要求，需慎重選擇網(wǎng)絡傳輸協(xié)議。

2 現(xiàn)有的GOOSE映射方式

2.1 GOOSE over MAC

智能變電站中為減少智能電子設備(Intelligent Electronic Devices，IED)對GOOSE報文的處理延時，對GOOSE的通信協(xié)議棧進行了裁剪，應用層生成的GOOSE協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (Protocol Data Unit，PDU)經(jīng)表示層編碼后不經(jīng)過傳輸層和網(wǎng)絡層，直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層(MAC層)進行傳輸(如圖1所示，圖中灰色背景層表示報文傳輸過程中不經(jīng)過該層協(xié)議棧)。這種傳輸方式被稱為GOOSE over MAC。

圖1 GOOSE over MAC傳輸協(xié)議棧

采用該映射方式的GOOSE可以在4 ms內完成智能變電站內IED間的實時數(shù)據(jù)快速傳輸，但需要對通信協(xié)議棧進行裁剪，實現(xiàn)過程較復雜，且報文無法跨路由器傳輸。

2.2 GOOSE over UDP

UDP協(xié)議是傳輸層中重要傳輸協(xié)議之一。GOOSE over UDP的傳輸方式，是將GOOSE報文映射到UDP協(xié)議上，在IP網(wǎng)絡中傳輸。由于通信雙方無需事先建立連接，因此UDP協(xié)議能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。圖2給出了GOOSE over UDP的傳輸機制，其中ToS (Type of Service)是指IP層的服務類型字段，用于設置IP報文優(yōu)先級等參數(shù)；QoS(Quality of Service)是指用于標記報文傳輸性能要求的服務質量指標。

圖2 GOOSE over UDP傳輸機制

采用GOOSE over UDP的傳輸方式，可以實現(xiàn)GOOSE報文在IP網(wǎng)絡中的快速傳輸，但由于UDP協(xié)議是基于無連接的傳輸協(xié)議且其不具有差錯校驗、流量控制等功能，協(xié)議自身不能保證報文傳輸?shù)目煽啃浴．斁W(wǎng)絡負載較重時，會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。此外發(fā)布方在發(fā)送報文前無法及時地獲知此時的網(wǎng)絡以及訂閱方的運行狀態(tài)，也無法得知訂閱方是否正確接收到報文，其只能通過快速重傳機制來確保報文傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绻藭r網(wǎng)絡狀況較差，報文的快速重傳會加劇網(wǎng)絡狀況惡化，嚴重時將導致大量關鍵報文丟失甚至網(wǎng)絡崩潰。

3 GOOSE over TCP傳輸方式

針對現(xiàn)有GOOSE傳輸方式的不足，本文研究基于TCP協(xié)議的GOOSE報文傳輸方案。該方案可實現(xiàn)GOOSE報文的跨網(wǎng)交互，實現(xiàn)簡單、方便，且能夠保證GOOSE報文傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

GOOSE over TCP的實現(xiàn)方法如圖3所示，在應用層生成的GOOSE PDU經(jīng)表示層ASN.1基本編碼規(guī)則編碼后映射至傳輸層的TCP協(xié)議，在IP網(wǎng)絡中進行傳輸。利用IP層和MAC層的優(yōu)先級設置，可使GOOSE報文優(yōu)先通過。

將GOOSE映射到TCP協(xié)議可以充分利用TCP自身的傳輸機制(如超時重傳、流量控制及差錯校驗等)來確保報文的正確、可靠傳輸。當配電網(wǎng)通信環(huán)境較差時，其無需快速重傳機制即可保證GOOSE報文的傳輸可靠性，避免在網(wǎng)絡繁忙時加劇網(wǎng)絡狀況惡化。此外，應用TCP協(xié)議傳輸GOOSE報文實現(xiàn)簡單，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的跨網(wǎng)段傳輸，便于GOOSE在配電自動化中的推廣應用。

圖3 GOOSE over TCP傳輸協(xié)議棧

4 改善GOOSE over TCP傳輸實時性的措施

由于TCP協(xié)議是基于連接的，通信雙方建立連接的過程需耗費時間，將影響GOOSE報文的傳輸實時性。為了提高GOOSE over TCP的傳輸性能，本文給出了3種優(yōu)化措施，使其既能保證報文傳輸?shù)目煽啃杂帜軌虼_保報文傳輸?shù)膶崟r性。

4.1 優(yōu)先處理措施

采用TCP協(xié)議傳輸GOOSE報文時，存在智能終端處理報文的延時以及在交換機內部排隊緩沖的延時。通過提高GOOSE報文的優(yōu)先級，使其優(yōu)先得到處理，則可以減少這兩種延時[14-16]。

目前生產(chǎn)的STU一般都采用實時多任務操作系統(tǒng)，支持優(yōu)先級高的任務優(yōu)先處理的任務調度策略。在編寫程序時，將GOOSE的發(fā)送、接收以及打包、解包處理報文設置為高優(yōu)先級任務，則可以在終端繁忙時使這些任務優(yōu)先得到處理，從而減少了GOOSE報文在STU內部等待處理的時間，加快GOOSE報文處理速度。

現(xiàn)代工業(yè)以太網(wǎng)交換機大多采用存儲轉發(fā)、排隊輸出的調度策略來減少數(shù)據(jù)幀在交換機內的沖突。選擇支持報文優(yōu)先處理的交換機，將傳輸GOOSE報文的TCP協(xié)議數(shù)據(jù)包設置為高優(yōu)先級，則可以使其在交換機繁忙時優(yōu)先得到轉發(fā)處理，減少報文在交換機內部緩沖排隊的延時。

4.2 關閉TCP協(xié)議的Nagle算法

為了充分利用網(wǎng)絡帶寬，TCP協(xié)議總是希望能夠發(fā)送足夠大的數(shù)據(jù)。在默認情況下TCP發(fā)送數(shù)據(jù)時采用Nagle 算法。該算法將一些小報文存至緩沖區(qū)，待緩沖區(qū)填滿后一起發(fā)送，從而減少了發(fā)送次數(shù)，提高了網(wǎng)絡帶寬利用率。分布式控制應用中GOOSE報文主要用于傳輸控制命令以及實時數(shù)據(jù)等較小的數(shù)據(jù)報文，采用Negal算法將增加其等待發(fā)送的時間，降低傳輸實時性。通過設置setsockopt()函數(shù)中的TCP_NODELAY選項可以關閉Nagle 算法[17]。此時，應用程序向內核遞交的每個報文都會立即發(fā)送出去，減少了GOOSE報文在STU內等待發(fā)送的時間，提高了其傳輸實時性。

關閉TCP協(xié)議Nagle算法降低了網(wǎng)絡帶寬的利用率，但由于該設置僅針對于GOOSE over TCP，且配網(wǎng)通信網(wǎng)絡中GOOSE報文數(shù)量占總通信量的比重不大，因此其對網(wǎng)絡帶寬利用率的影響較小。

4.3 保持TCP連接

終端之間使用TCP協(xié)議通信時，每次傳輸數(shù)據(jù)之前都需要先建立連接。該過程需要進行“三次握手”，而每次“握手”都要進行一次短報文的發(fā)送，因此建立連接過程耗費時間較多。如每次數(shù)據(jù)傳輸后都關閉連接，則固有的連接建立時間將會對報文傳輸實時性產(chǎn)生較大影響。由于GOOSE在無事件發(fā)生時仍需發(fā)送心跳報文且時間間隔很短，如果通信雙方在完成一次通信后不關閉連接，以后的數(shù)據(jù)報文傳輸延時將縮短為原來的1/2左右。保持TCP連接需要占用一部分STU內部資源，在默認情況下單臺服務器最多可同時建立并保持2000個TCP連接，而對于某一特定饋線上的分布式保護控制來講其所涉及的關聯(lián)站點數(shù)較少(一般為幾個到幾十個)，因此保持TCP連接所占用的STU內部資源很少。

5 試驗驗證

5.1 試驗測試平臺搭建

測試平臺是由光纖工業(yè)以太網(wǎng)交換機、路由器、STU(山東科匯PZK-360H智能配電終端)、PC機、單模光纖、屏蔽雙絞線以及相關應用軟件組成的百兆光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，其總體系統(tǒng)結構如圖4。為防止網(wǎng)絡風暴，將交換機1與交換機2以及交換機7與交換機8的直連光纖鏈路端口設置為阻塞態(tài)，即正常運行狀態(tài)下子網(wǎng)1中交換機1與交換機2直連光纖鏈路中無數(shù)據(jù)傳輸，子網(wǎng)2中的交換機7與交換機8的直連光纖鏈路中亦無數(shù)據(jù)傳輸。當處于正常運行狀態(tài)的通信鏈路發(fā)生故障時，處于阻塞狀態(tài)的端口自動轉換為連通狀態(tài)，相應的光纖鏈路投入運行，從而起到了通信鏈路“自愈”的功能。

圖4 試驗測試系統(tǒng)結構

圖4中STU1與STU2用于收發(fā)GOOSE報文的測試。為模擬配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡的不同運行狀態(tài)，利用PC3和PC5、PC4分別以不同速率給主站PC1、主站PC2發(fā)送數(shù)據(jù)報文，產(chǎn)生不同的網(wǎng)絡帶寬利用率(以下稱網(wǎng)絡負載率)。此外，可利用交換機的端口鏡像功能以及Wireshark軟件動態(tài)查看PC3、PC4和PC5在網(wǎng)絡中產(chǎn)生的總通信流量的變化狀況。

5.2 影響報文傳輸延時的因素的測試分析

基于圖4所示的測試平臺，對報文大小、經(jīng)過的節(jié)點數(shù)與網(wǎng)絡負載率這三種因素對傳輸延時的影響進行了測試分析。

5.2.1 報文大小的影響

將STU1和STU2接于同一個交換機上，在網(wǎng)絡中無其他通信流量時STU1與STU2之間應用TCP協(xié)議每隔2 ms發(fā)送一包GOOSE數(shù)據(jù)，不同大小的報文各發(fā)送10000包，傳輸延時統(tǒng)計如圖5。

圖5 報文大小對傳輸延時的影響

由圖5可知，當發(fā)送報文小于800字節(jié)時，通信報文大小對GOOSE over TCP的傳輸實時性影響不大；當報文大于800字節(jié)時，隨著報文長度的增加，其傳輸延時逐漸增大。

配電網(wǎng)中，保護報文較小，一般不超過300字節(jié)，而實際工程中的GOOSE報文最大長度也不超過6106 bits(即752字節(jié))[18-20]。為使測試結果具有代表性，以下測試中均采用752字節(jié)大小的GOOSE報文且發(fā)送間隔均取2 ms。

5.2.2 經(jīng)過節(jié)點數(shù)的影響

分別將STU2連接到交換機2、3、4、1，并在網(wǎng)絡中無其他通信流量時STU1與STU2之間應用TCP協(xié)議在每個交換機節(jié)點下各發(fā)送10000包GOOSE報文。延時數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1。

表1 經(jīng)過不同節(jié)點數(shù)時的傳輸延時

從表1可知，應用TCP協(xié)議傳輸GOOSE報文時每多經(jīng)過一個交換機節(jié)點其傳輸延時約增加0.1 ms。一次分布式智能控制操作所涉及的節(jié)點數(shù)有限，因此該部分延時對報文傳輸實時性的影響較小。

5.2.3 網(wǎng)絡負載率的影響

仍然基于圖4所示的測試平臺，通過PC3、PC5和主站PC1、PC4和主站PC2之間以不同速率發(fā)送數(shù)據(jù)報文來模擬配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡的不同運行環(huán)境，測試不同網(wǎng)絡負載率對報文傳輸實時性的影響。

(1) 恒定網(wǎng)絡負載的情況

配電網(wǎng)中無突發(fā)事件時，其通信網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量基本恒定。利用PC3和PC5以不同速率向主站PC1發(fā)送報文，產(chǎn)生不同的恒定網(wǎng)絡負載率。同時，STU1向STU2應用TCP協(xié)議發(fā)送10000包GOOSE報文，測得不同場景下報文傳輸延時如圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡負載率對傳輸延時的影響

由圖6可知，當網(wǎng)絡負載率小于50%時，報文的平均傳輸延時≤2 ms，且受影響較小。當網(wǎng)絡負載率超過50%時，隨著其逐漸增加報文傳輸實時性受到的影響越來越大。當網(wǎng)絡負載率達到90%時，報文傳輸延時已受到嚴重影響。當網(wǎng)絡負載率達到95%左右時，GOOSE報文傳輸延時統(tǒng)計結果：最大值為13.210 ms，最小值為1.521 ms，平均值為5.823 ms，其中傳輸延時超過10 ms的數(shù)據(jù)包占總數(shù)據(jù)量的0.05%。在該網(wǎng)絡環(huán)境中已經(jīng)出現(xiàn)了傳輸延時超過10 ms的數(shù)據(jù)包，但其所占比重較少，并且配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡中的負載率一般不會長時間維持在95%左右，因此該傳輸方式能夠滿足配電網(wǎng)分布式控制應用對關鍵報文傳輸延時不超過10 ms的要求。

(2) 突發(fā)型網(wǎng)絡負載的情況

當配電網(wǎng)中有突發(fā)事件(如短路故障)發(fā)生時，其通信網(wǎng)絡中將有大量的突發(fā)報文傳輸，如果終端間的大量突發(fā)報文同時到達交換機或路由器，有可能超過它們的處理轉發(fā)能力，嚴重時會發(fā)生丟包。

為模擬正常情況下通信子網(wǎng)2的網(wǎng)絡運行狀況，利用PC5以恒定速率(30 Mbits/s)給主站PC1發(fā)送背景流量報文，PC3和PC4按圖7中的突發(fā)型網(wǎng)絡負載模型同時分別給主站PC1和主站PC2發(fā)送報文，以模擬通信子網(wǎng)1相應區(qū)段有突發(fā)事件發(fā)生時大量突發(fā)報文同時到達交換機或路由器的場景。

圖7 突發(fā)型網(wǎng)絡負載模型

在上述網(wǎng)絡環(huán)境條件下利用STU1向STU2應用TCP協(xié)議發(fā)送10000包GOOSE數(shù)據(jù)。測得的報文傳輸延時統(tǒng)計結果為：最大值為3.845 ms，最小值為1.365 ms，平均值為1.712 ms，方差為0.274，其延時概率分布如圖8。

圖中曲線之所以出現(xiàn)兩個峰值，主要是因為突發(fā)流量對通信網(wǎng)絡的正常運行帶來了一定的沖擊，對測試報文的傳輸實時性產(chǎn)生了較大的影響。

5.3 改善報文傳輸實時性措施的測試驗證

以突發(fā)型網(wǎng)絡負載的情況為例，測試本文中提出的改善報文傳輸實時性措施的效果，試驗場景與突發(fā)型網(wǎng)絡負載測試環(huán)境保持一致。

圖8 突發(fā)型網(wǎng)絡負載下傳輸延時概率分布

5.3.1 為報文添加優(yōu)先級

利用STU1向STU2應用TCP協(xié)議同時發(fā)送加優(yōu)先級和未加優(yōu)先級的GOOSE報文，各發(fā)送10000包。傳輸延時對比如表2。

表2 添加優(yōu)先級前后延時對比

從表2中可以看出，添加優(yōu)先級標記后報文的平均傳輸延時雖未明顯減小，但其最大值比沒加優(yōu)先級時的6.023減小了約1 ms，且延時分布方差也得到了相應地改善。

5.3.2 關閉TCP協(xié)議Negal算法

STU1向STU2應用TCP協(xié)議同時發(fā)送兩種類型(關閉Negal算法和未關閉Negal算法)的GOOSE報文，各發(fā)送10000包。延時對比分析如表3。

表3 關閉Negal算法前后傳輸延時對比

由表3可知，關閉Negal算法后報文傳輸延時最大值較未采取優(yōu)化措施時減小了約0.7 ms，平均值減小至1.4 ms，其延時分布方差也有所改善，使延時分布更加集中。

5.3.3 保持TCP連接

保持STU1與STU2之間應用TCP協(xié)議發(fā)送GOOSE數(shù)據(jù)前建立的連接不被關閉。STU1向STU6發(fā)送10000包GOOSE報文，統(tǒng)計傳輸延時，結果如表4。

表4 保持TCP連接前后延時對比

由表4可知，若不采取措施，報文最大傳輸延時已超過6 ms，通過保持雙方之間的TCP連接，可將最大延時減小2.02 ms，平均值降至1.420 ms，并減小了延時分布的方差，改善了報文傳輸延時抖動。

5.3.4 綜合優(yōu)化

利用STU1向STU2應用TCP協(xié)議同時發(fā)送采取優(yōu)化措施和未采取優(yōu)化措施的GOOSE報文，各發(fā)送10000包。延時對比分析如表5。

表5 綜合優(yōu)化前后傳輸延時對比

由表5可知，通過采取本文提出的優(yōu)化措施后，可以將報文最大延時減小3.933 ms，平均值降低了0.85 ms，且延時分布的方差由0.994減小至0.115，使延時分布更加集中，較好地改善了報文傳輸性能。優(yōu)化前后延時概率分布曲線對比如圖9。

圖9 綜合優(yōu)化前后延時概率分布對比

6 結語

為實現(xiàn)配電網(wǎng)分布式控制相鄰STU間快速、可靠地交換實時數(shù)據(jù)以及控制命令，本文在分析現(xiàn)有GOOSE映射方式的基礎上，提出了GOOSE over TCP的傳輸方案。分析了報文傳輸延時影響因素，給出了改善報文傳輸實時性處理措施。試驗測得，在通信網(wǎng)絡含有大量突發(fā)報文的惡劣環(huán)境中優(yōu)化后的GOOSE over TCP方案的最大傳輸延時約為2.4 ms，平均傳輸延時約為1.3 ms，可以滿足配電網(wǎng)分布式控制應用對關鍵報文傳輸性能的要求。為實現(xiàn)配電網(wǎng)分布式控制相鄰STU間實時數(shù)據(jù)以及控制命令的快速對等交換提供了一種新的思路。

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(編輯 姜新麗)

Real-time data fast transmission technology for distributed control of distribution network

CHEN Xiaojie1, XU Bingyin1, 2, CHEN Yu1, FAN Kaijun3, ZHANG Xinhui1

(1. College of Electrical and Electronic Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China;2. Shandong Kehui Power Automation Co., Ltd., Zibo 255087, China; 3. School of Electrical Engineering,Shandong University, Jinan 250061, China)

For realizing the real-time peer-to-peer communication and interoperability between the distributed control application related sites Smart Terminal Units (STUs), the GOOSE (Generic Object—Oriented Substation Event) could be used to transfer real-time data and commands among STUs. Based on the analysis of the existing mapping mode of GOOSE, a GOOSE mapped to TCP transmission mechanism (GOOSE over TCP) is proposed. The implementation method and the improvement measures to increasing the real-time of GOOSE over TCP are given. The main factors that affecting transmission delay are analyzed. In the harsh environment which is full of the burst network message, after taking the improvement measures, the maximum transmission delay of GOOSE over TCP communication is about 2.4 ms, the average delay is about 1.3 ms, which could satisfy the needs of distributed control applications in distribution network. This work is supported by National High-tech R & D Program of China (No. 2015AA050202).

distribution automation; distributed control; GOOSE; GOOSE over TCP

10.7667/PSPC151594

國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目(2015AA050202)；國家電網(wǎng)公司科技項目(PDB17201500073)

2015-09-07；

2016-03-04

陳曉杰(1990-)，男，碩士研究生，主要研究方向為配電自動化；E-mail: chenxiaojie.1900@163.com 徐丙垠(1961-)，男，通信作者，博士，教授，博士生導師，主要研究方向為智能配電網(wǎng)、配電自動化、電力系統(tǒng)故障監(jiān)測；E-mail：xuby@vip.163.com 陳 羽(1974-)，男，博士，副教授，主要研究方向為配電自動化及電力系統(tǒng)故障定位。