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摘要：为满足智能变电站对网络传输的相关要求，本文对智能变电站网络传输性能进行了针对性研究，通过运用仿真方法对智能变电站进行仿真模型建立及分析，以期为有关方面提供参考借鉴。
关键词：智能变电站；OPENET；仿真；数据分析
为实现对智能变电站网络传输性能的评估，现根据仿真技术进行仿真模型建立，通过其结果分析来对变电站系统进行改进，以便更好地对促进变电站系统的优化。该仿真技术使得整个智能变电站系统能够实现对于其网络传输的控制以及对于系统的数据传输的保护，为其网络系统的完善提供了支持，应推广使用。
1 智能变电站的数据特征分析
根据系统中各类数据在产生规律上的特点，可以将联合发电监控系统中的数据分为3类，分别是:周期性数据、随机性数据和突发性数据。
1.1 周期性数据
周期性数据由时间驱动并按照一定时间间隔触发，其主要特点是数据稳定、连续、对实时性要求严格。按照IEC61850标准的要求，若报文未能在规定时间内发送，就会被新的同类报文覆盖；若报文未能在规定时间内到达接收方，就会被接收方舍弃。因此，系统中的周期性数据是影响网络稳态性能的主要因素。对于周期性数据，可用到达间隔时间具有一定周期性、长度为定长的周期性报文来模拟。
智能变电站中，周期性数据主要包括:过程层网络上的采样值和开入报文，站控层网络和远动网络上的遥测/遥信报文及时间同步报文。
1.2 随机性数据
随机性数据由外部事件驱动，在一个时间片段内以某一概率出现一个报文，各个数据的触发无任何相关性。随机性数据的触发过程可采用泊松过程模拟，此时数据触发时间间隔服从指数分布，其概率密度函数f（t）和均值E（t）分别如式（1）和（2）所示:
f（t）=λe-λt， （1）
E（t）=1/λ， （2）
式中:λ为随机性数据在单位时间内被触发的次数；t表示某一时刻。
智能变电站中，随机性数据主要包括各类开出报文，如开关操作命令、保护功能连锁、时间同步、变压器分接头调整、电容器投切等，其所需传输的数据量较小，但传输实时性要求较高。
1.3 突发性数据
突发性数据也是由外部事件驱动，与随机性数据不同的是，突发性数据在第一个数据触发后，后面会出现一组集中的报文；无数据时则出现一段空闲时间。突发性数据具有较强的时间敏感性和带宽侵占性，是造成网络流量抖动的主要原因。
可以用ON/OFF模型模拟突发性数据。数据源在ON时段以恒定速率发送数据，在OFF时段则不发送数据，两者的持续时间可以采用不同的分布函数表征，其概率密度函数f（t）和均值E（t）分别如式（3）和（4）所示。
f（t）=αθα/tα+1， （3）
E（t）=αθ/（α-1）， （4）
式中:θ为尺度参数，表示ON至少需要持续的时间；α为形状参数；t表示某一时刻。
智能变电站中，突发性数据主要包括故障情况下间隔层设备上传的保护动作信息、开关变位信息、事件顺序记录等。
2 基于OPNET的仿真方法
2.1 几种网络分析方法的比较
网络性能的分析方法可以分为定性分析和定量分析2种。定性分析主要依靠技术人员的经验来大致估计网络的结构和配置能否满足用户的需求。然而，智能变电站中数据种类繁多、交互复杂，仅仅依靠经验来评估网络的性能往往会顾此失彼，难以真实反映网络性能。定量分析的方法主要包括现场实测、数学分析和网络仿真等。各类方法在可信度、实施成本、实现难度、是否能预测网络性能等方面的比较如表1所示。
表1 网络性能分析方法的比较
由表1可见，网络仿真方法兼具可信度高、成本低、可以对网络性能进行预测等优点，以下将采用OPNET软件实现对通信网络性能的仿真。
2.2 自定义MMS协议
OPNET是目前业界公认的优秀通信网络、设施、协议的仿真及建模工具，其中定义了9种标准应用，包括:Database，FTP（文件传输协议），Video Conferencing等，但是并不包含MMS。
OPNET允许用户加入自定义的应用协议，但这需要同时修改多个原有的标准模块，实现难度较大。在此根据MMS协议的交互流程，通过OPNET的任务配置器设置了一个自定义多端业务来模拟MMS协议。
MMS协议采用的是客户机/服务器模型，其基本流程可以分为建立连接、传送数据、拆除连接3个阶段。为此，可以将基于MMS协议分解为M_ASSOCIATE，M_DATA，M_RELEASE3个子任务，每个子任务分为若干阶段。
完成MMS协议的自定义后，就可以像OPNET中的其他标准应用一样进行应用。
3 仿真模型与结果分析
3.1 仿真模型的建立
目前，为了保证继电保护动作的可靠性，智能变电站的保护跳闸采用“直采直跳”的模式，保护相关的信息不经过网络传输。但是，随着智能断路器等设备的不断成熟，以及IEC61850等标准的进一步完善，通过网络传输保护信息并实现跳闸将是智能变电站的一个发展趋势。为此，以下针对如图1所示的典型智能变电站通信网络进行仿真。
论文作者:曹雷
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
标签：数据论文; 变电站论文; 报文论文; 智能论文; 随机性论文; 周期性论文; 网络论文; 《基层建设》2017年第17期论文;