【HSR/PRP应用】打造有效应对自然灾害的智能电网
- 虹科智能自动化
- 3月 25, 2022
- 6:03 下午
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
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：
- HSR/PRP 交换机 IP： HPS IP
- 支持 1588 的网管型以太网交换机 IP： MES IP
- Goose 和采样测量值的线速加密： SAScrypt IP
- IEEE 1588 IP： Precise Time Basic和1588Tiny IP
- 多端口时间敏感网络交换机 IP： MTSN 交换机 IP
- 网络模块： SMARToem、 SMARTzynq 和 SMARTmpsoc
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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。
