SCTP在電力通信廣域后備保護信息傳輸中的應用研究

楊玲+張濤

【摘要】 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展與普及，我國電力工業(yè)正向特高壓、智能電網(wǎng)、綠色發(fā)電的新階段發(fā)展轉(zhuǎn)變，新技術不斷應用與電力系統(tǒng)中使得供電可靠性不斷提高，但同時也使其運行控制難度在增大。在電力通信廣域保護系統(tǒng)的理念下，可靠的通信是實現(xiàn)廣域保護的關鍵之一。本文對電力通信中SCTP在廣域后備保護信息傳輸中的應用進行分析研究。

【關鍵詞】 智能電網(wǎng) 電力通信 SCTP 廣域保護

從電力通信的角度來看，根據(jù)定位及理解的不同可將廣域保護歸納為兩類，一是將廣義測量技術和繼電保護結(jié)合構成廣域繼電保護，另一是基于廣域測量技術和在線動態(tài)安全分析的新一代穩(wěn)控技術。在電力通信系統(tǒng)中，廣域保護按照層次結(jié)構可劃分為分布式、區(qū)域集中式、變電站集中式、分層集中式等系統(tǒng)結(jié)構。廣域后備保護是電力通信中廣域保護的重要組成部分，其需借助電力通信網(wǎng)絡收集其保護范圍內(nèi)的多個變電站的保護動作信息或測量信息，因此為確保電力通信廣域后備保護，需要保證廣域后備保護信息傳輸實時性和可靠性。在現(xiàn)代電力通信系統(tǒng)中，基于光纖信息傳輸?shù)腡CP/IP協(xié)議是最常用的網(wǎng)絡協(xié)議，而其中SCTP是一種新型傳輸層協(xié)議，具有網(wǎng)絡級容錯能力，其較強的可靠性使其在電力通信中具有巨大的應用潛力。

一、廣域后備保護算法、系統(tǒng)結(jié)構

在眾多的保護算法中，結(jié)合當前我國電力通信系統(tǒng)的實際情況選擇最合適的算法至關重要。在文本的研究中，廣域后備保護算法采用輸電線路各側(cè)距離I段元件、II段元件、方向元件和相鄰線路的方向元件與線路故障狀態(tài)等廣域信息來判斷線路是否發(fā)生故障。在該算法中，當電力線路一側(cè)有保護啟動時，系統(tǒng)中與之對應的保護單元則快速計算動作因子，最終結(jié)合計算各側(cè)保護單元AF之和Fow來判斷通信線路的狀態(tài)，主要包括特殊、疑似、故障、正常四種狀態(tài)，之后根據(jù)判斷出的不同狀態(tài)來運行不同動作。

結(jié)合我國電力通信的實際情況，廣域后備保護選擇站級廣域后備保護，其系統(tǒng)結(jié)構包括數(shù)據(jù)采集、線路決策、區(qū)域決策、計算模塊等，此外結(jié)合實際需求還可補充變壓器保護和母線保護等模塊。

二、基于SCTP的通信方式

2.1提高SCTP通信實時性的措施

電力系統(tǒng)的運行需要不間斷性，一旦輸配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障將會嚴重影響供電需求，甚至造成嚴重后果，因此電力通信廣域后備保護的SCTP通信需要確保實時保護。為了提高SCTP通信的實時性，國內(nèi)外研究中多選擇UDP傳輸層通信協(xié)議，UDP在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸可靠性與實時性方面優(yōu)于TCP。理論上，SCTP采用了TCP 類似的連接建立機制和慢啟動過程，這導致其實時性能不及UDP，但SCTP具有多宿性，能夠在傳輸層實現(xiàn)通信故障自愈，這使得SCTP在信息傳輸?shù)目煽啃陨嫌謨?yōu)于UDP與TCP。雖然SCTP在實時性上優(yōu)于UDP，但其在信息傳輸可靠性上不如UDP，因此對SCTP的廣域后備保護算法進行優(yōu)化，減小單位信息數(shù)據(jù)量和信息分組延遲。廣域后備保護進入工作狀態(tài)后，變電站RDA與RPA和相鄰變電站RDA相互發(fā)送SCTP連接初始化報文，并建立持續(xù)穩(wěn)定的連接，以使其隨時判斷路徑狀態(tài)。

2.2在MPLS上應用SCTP多宿性路徑切換方法

在電力通信廣域后備保護中，SCTP多宿性路徑切換方法的實現(xiàn)需要對信息發(fā)送端口和目的地址實施控制，此外還需要系統(tǒng)中的底層協(xié)議為期提供冗余的通信路徑。在NS2默認的最短路徑優(yōu)先算法中，SCTP多宿性路徑切換方法的邏輯程序為：MPLS網(wǎng)絡初始化→綁定首選端口間數(shù)據(jù)流到主LSP，綁定非首選端口間數(shù)據(jù)流到備LSP→SCTP建立偶聯(lián)→檢測通信狀態(tài)→T3-rtx或Heartbeat信號證實超時→通信出錯次數(shù)+1→通信出錯次數(shù)>指標閥值→首選目的地址標記為未激活，發(fā)送端口和接收端由首選端口切換到非首選端口→應用層數(shù)據(jù)流從主LSP切換到備LSP。

三、基于EPOCHS的仿真系統(tǒng)模型構建

電力通信廣域后備保護系統(tǒng)的仿真模型基于IEEE14母線測試系統(tǒng)，并利用EPOCHS平臺構建。在EPOCHS的仿真系統(tǒng)模型中，通信網(wǎng)絡協(xié)議層次模型與OSI模型的映射關系如下：應用層？SCTP App接口，傳輸層？SCTP，（網(wǎng)絡層、鏈路層、物理層）？（IP、MPLS LSP配置及數(shù)據(jù)流綁定、網(wǎng)絡拓撲及參數(shù)配置）。廣域后被保護Agent建模利用EPOCHS平臺的Agent建模機制實現(xiàn)，在仿真系統(tǒng)中的層次關系如下：EPOCHS（實際控制）→（RDA、RPA1…RPAn），PDA（實際控制）→（LDA1…LDAn）。電網(wǎng)建模部分涉及在EMTDC/PSCAD中按照IEEE14母線測試系統(tǒng)電網(wǎng)拓撲結(jié)構搭建電網(wǎng)模型、設計距離I段、距離II段保護模塊和方向保護模塊，根據(jù)廣域后備保護信息需求修改EMTDC/PSCAD與EPOCHS間數(shù)據(jù)接口。

參 考 文 獻

[1]陳國炎.廣域后備保護原理與通信技術研究[D].華中科技大學.2012.10

[2]汪華.廣域后備保護算法及就地站協(xié)調(diào)配合策略研究[D].華中科技大學.2011.1