高速鐵路牽引供電自動化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究.pdf

1、我國鐵路建設(shè)進(jìn)入了一個高速發(fā)展階段，高速鐵路的設(shè)計、建設(shè)正在進(jìn)一步展開。面對日、德、法等先進(jìn)技術(shù)的競爭，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)高速鐵路牽引供電自動化系統(tǒng)(TPSAS，Traction Power Supply AutomaticSystem)是十分有意義的。控制自動化、管理信息化的TPSAS是高速鐵路供電系統(tǒng)可靠運行的基礎(chǔ)，可以替代進(jìn)口，節(jié)省外匯和國家投資，同時也是高速鐵路急需的重大技術(shù)裝備。實現(xiàn)TPSAS的關(guān)鍵是通信，通信問題已成為牽引

2、供電自動化系統(tǒng)研究和開發(fā)的核心問題。 現(xiàn)在運行的供電調(diào)度系統(tǒng)(PSDS，Power Supply DispatchingSystem)、牽引變電所自動化系統(tǒng)(TSAS，Traction Substation integratedAutomation System)、牽引供電管理信息系統(tǒng)(PSMIS，Power SupplyManagement Information System)、接觸網(wǎng)工區(qū)、檢測車、牽引供電維修管理中心、路局

3、管理部門等通信接口復(fù)雜，信息流混亂，要求不清，很難實現(xiàn)真正意義上的管控一體化，同時存在“信息化孤島”問題。在考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性的前提下，按照管理和控制分流的原則，對TPSAS每個子系統(tǒng)的輸入輸出信息流進(jìn)行了規(guī)范，提出了每個子系統(tǒng)的接口和要求，規(guī)劃了TPSAS完整的信息流。按照鐵路信息規(guī)范化要求，研究了相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)詞典。按照TPSAS信息流對通信的要求，在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了TPSAS網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的解決方案。 FP

4、SAS系統(tǒng)實時性主要是TSAS網(wǎng)絡(luò)以及PSDS控制網(wǎng)絡(luò)的實時性。通過深入研究以太網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合高速鐵路對TSAS實時性要求，提出了一種新的工業(yè)控制以太網(wǎng)解決方案：分布交換式雙環(huán)光纖自愈以太網(wǎng)。針對該方案，展開了研究：①詳細(xì)設(shè)計了通信單元和TSAS中智能電子裝置(IED，Intelligent Electric Device)的接口硬件。②提出了基于實時數(shù)據(jù)通道、最短路徑表的最短路徑算法，提高了通信的實時性。③提出了通信故障自愈和定位算法，

5、使通信更易于維護(hù)，易于實現(xiàn)無人職守的TSAS，同時該方案也滿足工業(yè)以太網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)中斷時間的要求。④利用最短路徑的思想，給出了基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的：PSDS通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方案。⑤考慮到現(xiàn)場環(huán)境，研制了相應(yīng)的工業(yè)級分布交換式網(wǎng)絡(luò)通信單元。該方案大大提高了PSDS控制網(wǎng)絡(luò)實時性、可靠性，實現(xiàn)了PSDS與TSAS之間真正意義上的無縫連接。利用排隊論，討論了通信CPU處理能力與輸入緩沖區(qū)大小的關(guān)系，輸入報文到達(dá)率與緩沖區(qū)大小的關(guān)系，得到了通信接口硬件的

6、設(shè)計原則，為工業(yè)以太網(wǎng)通信接口硬件設(shè)計中CPU的選擇提供了依據(jù)。 利用OPNET，對TSAS采用總線式、交換式、分布交換式以太網(wǎng)方案進(jìn)行系統(tǒng)仿真，在相同的條件下，仿真結(jié)果表明，分布交換式以太網(wǎng)優(yōu)于總線式和交換式以太網(wǎng)，且改進(jìn)了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)時延確定性，避免了沖突。利用故障樹分析法，在元件可靠度相同的條件下，比較現(xiàn)有的PSDS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和本文提出的2路雙環(huán)SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性，結(jié)果表明2路雙環(huán)SDH網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)于現(xiàn)有的PSDS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

7、；比較了TSAS中采用交換式和分布交換式以太網(wǎng)的可靠性，結(jié)果表明分布交換式以太網(wǎng)可靠性大大高于交換式以太網(wǎng)。綜上所述，PSDS采用2路雙環(huán)SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，TSAS采用分布交換式雙環(huán)光纖自愈以太網(wǎng)，采用最短路徑、故障自愈和故障定位算法，將是高速鐵路TPSAS通信的一個較好的選擇。 基于本文所提出的分布交換式工業(yè)以太網(wǎng)架構(gòu)，論文研究了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在TSAS的實現(xiàn)過程，從IED建模、數(shù)據(jù)對象和服務(wù)建立，GOOSE/GSSE特殊