虹科HSR/PRP方案在电力行业中的应用

Application of HongKe HSR/PRP Solutions in Smart Grid

【HSR/PRP应用】打造有效应对自然灾害的智能电网

什么是智能电网?

为抵御自然灾害和外界干扰,电网必须依靠智能化手段不断提高其安全防御能力和自愈能力。所谓智能电网,就是电网的智能化,是建立在集成的、高速双向通信网络基础上的2.0阶段。随着通讯、计算机、自动化等技术与传统电网技术有机融合,电网逐步迈向智能化成为可能。通过先进的传感和测量技术、先进的设备控制方法和决策支持系统,智能电网能够变得更为可靠和安全,使得电网能够更有效地应对恶劣自然环境带来的干扰和攻击,当故障发生时,电网能够快速隔离故障,实现自我恢复,从而避免大面积停电的发生。另外,通过实时和非实时信息的高度集成和双向互动服务模式的建立,电网管理者能够获取更全面、完整和精细的电网运营状态图,用户也能更充分地了解供电能力、电能质量和停电信息,从而合理安排电器使用。

智能电网与HSR/PRP技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,影响着智能电网的数据获取、保护和控制等多个方面。对于智能化的电力自动化和控制系统来说,IEC 61850起着十分关键的作用。IEC 61850 使得数据模型、多样化的通信服务、系统配置描述语言 (SCL)和用于联网和同步的链路层能够标准化。通过IEC 61850相关技术人员的不懈努力,一种基于以太网的零延迟和无帧丢失的网络解决方案成为现实,这一方案能够使智能电力自动化和控制系统内部的关键控制信息(如 GOOSE 或 SMV 消息)通讯变得更为安全可靠。

在之前的文章中有提到,IEC 61850 采用 IEC 61439-3 第 4 条和第 5 条在智能电力自动化和控制系统中提供无扰动以太网冗余,其中IEC 61439-3 第 5 条称为高可靠性无缝冗余 (HSR),第 4 条称为并行冗余协议 (PRP)。这两种协议都是提供零切换延迟时间、在发生故障时不丢失帧以及在第 2 层进行网络监督的强大手段。

 

HSR 通过环形网络在两个方向上发送数据包并在支持 HSR 的接收节点上丢弃重复的数据包来提供冗余。使得HSR环网某一处的链路出现故障,而导致某一个方向的信息帧无法到达HSR接收节点时,其可以通过另一个方向接收到冗余信息帧。PRP 适配节点连接到两个独立的以太网网络,并通过两个网络发送帧。这允许在任意一个子网出现故障时,PRP接收节点都可以通过另一个子网接收到冗余信息帧。

 图:变电站中使用HSR/PRP通信

上图是HSR/PRP协议应用于变电站网络的一个简要示意。其中HSR用于连接变电站各个间隔层中的智能电子设备(IED),而PRP则用于站控层与间隔层之间的总线通信,连接许多异构设备。如本示例所示,为了保持通信冗余,PRP 和 HSR 网络之间的互连使用冗余网关执行。每个 HSR 链路使用两个网关设备连接到每个 PRP子网,从而避免出现潜在的“单点故障”问题。

正如在这个场景中所显示的那样,工业协议的组合在复杂性和多样性方面正在增加。这些基于以太网的新兴协议对灵活性的需求使得 FPGA 和可重新配置的设备成为组合多种协议首选方案。FPGA 能够提供的功能包括:

  • 实现低切换延迟时间的硬件处理能力
  • 足够的灵活性使设计适应特定客户的要求
  • 硬件和复杂组合支持的协议更新(例如 HSR 和 IEEE 1588)

虹科HSR/PRP IP核解决方案

虹科HSR-PRP 交换机IP核(HPS)是一个完整的硬件解决方案,它可以通过利用新的 Xilinx Vivado工具轻松集成到FPGA 设计中,该工具允许在图形用户界面中使用 IP 核并以简单的方式配置 IP 参数。另外,它还能在 HSR 环网、PRP Lans 或在 IEC 61850 环境中起着网络桥接器的作用。

虹科解决方案 向已在 IED、合并单元、RTU 和许多其他设备中集成 SoC-e IP 和模块的电力行业公司提供这些技术。在其他产品中,以下 SoC-e 产品针对电力行业:

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郭经理

区域销售经理

虹科高级工程师,4年多深厚的电子信息技术基础,2年多的网络项目和设计经验。丰富的项目经验还包括基于互联网技术的网络监护系统的设计,Android APP设计项目,烟雾环境监测系统等等。精通总线设计及开发和嵌入式开发,了解以太网相关协议,已经顺利完成了国内外TSN专家的培训课程,对TSN原理和技术特点非常熟练。

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