分析OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真
基于OPNET的智能变电站过程层网络建模方法
基于OPNET的智能变电站过程层网络建模方法凌光;王志亮;吕建龙;何强【摘要】智能变电站过程层网络的性能,会直接影响继电保护等高实时性应用的有效实现.为了定量研究过程层网络的可靠性和实时性,提出了一种基于OPNET的过程层网络建模方法.根据过程层网络设备结构、报文种类及流量特征,搭建了合并单元、智能终端、保护测控装置等各智能电子设备(IED)模型.在此基础上,建立了每个间隔模型;并以D2-1型变电站为例,采用星型拓扑组建了过程层网络模型.最后以组建的网络模型为平台,开展了虚拟局域网(VLAN)划分方式的研究,仿真及测试结果说明了模型的有效性.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2017(050)001【总页数】7页(P79-84,91)【关键词】智能变电站;过程层网络;OPNET;建模;仿真【作者】凌光;王志亮;吕建龙;何强【作者单位】国网绍兴供电公司,浙江绍兴312000;国网绍兴供电公司,浙江绍兴312000;国网绍兴供电公司,浙江绍兴312000;国网绍兴供电公司,浙江绍兴312000【正文语种】中文【中图分类】TM769基于IEC 61850的智能变电站，由于构建了网络化的信息传输与共享平台，使得继电保护、监控、遥控操作等系统应用得以实现。
智能变电站内的网络是各IED间的信息交互通道，网络功能是否完善、性能指标是否满足要求，直接影响到变电站内保护、控制和录波等功能的实现，因此网络性能的分析评估是十分必要的。
借助计算机建模仿真来辅助网络设计，并对网络性能进行评测，已成为一种重要的研究方法[1-2]。
OPNET是目前业界公认的优秀的通信网络、设施、协议的仿真及建模工具，适用于智能变电站网络建模仿真。
当前也有不少研究成果，提出了基于OPNET的智能变电站网络的建模方法及性能研究。
文献[3]通过建立变电站网络仿真模型，研究了网络拓扑、VLAN划分、网络带宽等因素对报文传输性能的影响，文献[4-5]提出了降低报文传输延迟的方法并通过OPNET建模进行了仿真验证，但上述工作在建模过程中未区分过程层网络与站控层网络，采用了统一的7层结构网络模型，与过程层网络结构不符。
基于OPNET的继电保护信息系统信息流仿真方法
造成严重的延时等问题，达到实时信息全网共 享效果 。 [7-8] 该方式下的信息流成为主子站间信 息交互的关键，其准确性以及有效性往往影响 着保信系统的可靠性，对电网产生重大的影响。
Simulation Methods for Relay Protection and Fault Information System Information Flow Based on OPNET
HUANG Chengqiao
(Guangzhou power supply bureau co., ltd, Guangzhou 510000, China)
51
2019 年第 2 期
云南电力技术
第 47 卷
流在网络中的具体流通细节、数据量等级仍处 于探索阶段，有着进行仿真建模的需求。文献 [11-12] 指 出 OPNET 作 为 主 流 的 通 信 领 域 仿 真 软 件，已被用来对变电站内部信息流的仿真，仿 真效果很理想，但却没扩张到保信系统信息流 的研究，导致该方面的研究处于空缺。
鉴于网络化传输的信息流对二次系统的重 要性，目前国内外众多的科研团队对此展开了 一系列研究。文献 [9] 概述了由于目前智能电网 的发展，保信系统的串口通信模式被改造为网 络化模式，以此达到信息共享。但网络化的保 信系统的信息流大小、传输模式等特性并不清 晰，使该方式下保信系统存在安全隐患，故有 对信息流进行仿真的必要。文献 [10] 指出，信 息流承载着电网众多信息，其对电网的设计、 设备选择、运行维护等都有重大影响，而信息
上述研究可知，目前保信系统信息流的研 究并不透彻，其有研究的必要性。针对此，本 文先分析了信息流仿真需求；再针对保信系统 关 键 对 象， 建 立 相 应 的 仿 真 模 型； 最 后 基 于 OPNET 对保信系统典型的应用业务进行仿真， 分析仿真结果，验证本文信息流仿真方法的正 确性和可行性，为电力二次系统其他业务信息 流的仿真提供借鉴。
智能配电变电站集成保护控制信息共享仿真建模
智能配电变电站集成保护控制信息共享仿真建模
孙荣博
【期刊名称】《电工技术》
【年(卷),期】2016(000)007
【摘要】通过OPNET建立智能电网仿真网络,对智能配电变电站集成保护控制信息共享进行建模,定量分析仿真网络的性能,为智能电网技术的发展提供可参考的技术价值.
【总页数】3页(P15-16,59)
【作者】孙荣博
【作者单位】北京航天海鹰星航机电设备有限公司,北京100074
【正文语种】中文
【相关文献】
1.数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究 [J], 姜瀚书;梁峰;于旭
2.智能配电变电站集成保护控制信息共享分析 [J], 李维健
3.智能配电模式下的变电站集成保护以及控制信息的共享方式探讨 [J], 柯桦
4.智能配电变电站集成保护控制信息共享仿真建模 [J], 孙荣博
5.数字化变电站集成保护与控制系统 [J], 王迪新;卢海英
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基于OPNET的智能变电站仿真研究及结果分析
基于OPNET的智能变电站仿真研究及结果分析发表时间：2017-10-20T16:13:27.437Z 来源：《基层建设》2017年第17期作者：曹雷[导读] 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。
广州南方电力集团科技发展有限公司广东广州 510000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。
数字变电站继电保护系统的可靠性建模探讨
数字变电站继电保护系统的可靠性建模探讨摘要：现如今，电力企业不断扩大发展规模，这类企业主要以维护电网稳定运行为基本目标，新型继电保护系统应用的过程中更应做好性能检测、可靠性分析等工作，因此，本文对数字化变电站继电保护系统通过可靠性建模来展开探究具有一定现实意义，希望能为相关电力企业提供有效性参考。
关键词：数字变电站；继电保护系统；可靠性；建模数字化变电站建设不断增加，不仅带动着变电站技术的变革，也给继电保护系统运行提出了较高的要求。
继电保护系统运行的安全性与可靠性，直接影响着数字化变电站运行的效率，对此加强继电保护系统可靠性建模分析，有着现实的意义。
1构建意义随着时代的发展进步，信息技术得以不断的提高推进，在很大程度上促进了数字化技术的发展，这就为让数字化变电站的继电保护系统出现奠定了坚实的基础。
但是这一系统在实际的应用过程中，常常会受到各种因素的影响，使得其运行稳定性和可靠性被大幅度降低，从而对系统的正常运行带来较大困扰，不利于电力行业的稳定推进。
因此，需要将数字化变电站继电保护系统进行加强，针对其存在特点和工作原理，针对其稳定性增强要点促进建模的实现，从而有利于电力行业的发展进步，为人们的健康生活作出积极贡献。
2系统组成概述2.1系统构成数字化变电站其自身特点是拥有一定的独立性，其具体结构与配置主要有以下几种：系统组成模块主要有同步时钟源（TS）、合并单元（MU）、断路器（BR）、传输介质（TM）、保护单元（PR）、互感器（MI）、智能终端（IT）、交换机（SW）。
其中，合并单元（MU）负责数据的采集，之后将数据以独特格式发送出去，传输终端为交换机（SW）；能够确保信息平台资源能够共享；智能终端（IT）用作对断路器进行掌控，同时能够起到信息收集以及信息传送的作用。
一般来说，进行通讯的作用物一般有是铜线电缆与光纤作为主要介质，其接口具有各自特点，两者对系统实际工作时的可靠性有着不小的影响。
由于系统对事件的标准和具体排序有着极为严格的要求，决定了不同的设备在信息交互中应当对时间做矫正处理。
基于OPNET的数字化变电站继电保护通信网络仿真研究
基于OPNET的数字化变电站继电保护通信网络仿真研究方晓洁;季夏轶;卢志刚【摘要】以500 kV变电站的过程层网络为例,研究3/2接线方式下数字化变电站内的保护和控制设备的通信网络的实时性.简要介绍了OPNET modeler仿真软件.根据数字化变电站不同间隔中的合并单元、控制设备、保护之间的联系,建立OPNET网络仿真模型.根据一次接线形式和继电保护配置特点,划分多个虚拟局域网(VLAN),仿真比较划分VLAN前后的网络吞吐量和GOOSE报文的时延.通过仿真验证了使用虚拟局域网技术可以有效提高通信网络实时性能的正确性.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2010(038)023【总页数】4页(P137-140)【关键词】数字化变电站;虚拟局域网;过程层;OPNET modeler;GOOSE【作者】方晓洁;季夏轶;卢志刚【作者单位】漳州电业局,福建,漳州,363000;漳州电业局,福建,漳州,363000;贵州大学电气工程学院,贵州,贵阳,550003【正文语种】中文【中图分类】TM760 引言基于 IEC61850标准的数字化变电站一个重要的特征就是以交换式以太网和光缆组成通信系统代替以往的二次连接电缆和回路，利用通信网络来实现设备之间的信息交换。
数字化变电站通过过程层网络对采样值（SAV）报文、跳闸命令（面向通用对象的变电站事件（GOOSE）报文）进行传输[1]。
过程层网络性能直接影响数字化变电站内继电保护设备的灵敏性和可靠性。
因此根据不同变电站的类型和电气主接线的方式合理设计过程层网络，保证二次设备信息传输的实时性。
OPNET modeler作为一种主流的仿真软件已经被运用于电力系统通信网络仿真，目前已有学者应用OPNET仿真软件对变电站通信网络进行相关研究：文献[2]对变电站单个间隔的过程层网络进行的仿真；文献[3]对变电站二次回路通信节点在不同数据包处理能力和不同带宽下的网络时延和数据流量进行了仿真；文献[4]利用网络仿真法对星形结构和环形结构的变电站过程层网络性能进行了研究。
基于OPNET智能变电站中的继电保护仿真
采样 和指令跳 闸的安排 ， 需要设备具有很强的可靠性 与敏感 程度 ，在确保不 同类型的主接线方式与变电站类 型的同时 ， 让其在 网络 Ｏ Ｐ Ｎ Ｅ Ｔ技术支持下 ， 对其进行实时研究与监控 ， 从 而实现整个系统 的模拟仿真 ，实现宽带节点控制 ，增强变 电站结 构保 护功 能。 智能变 电站继 电保护特点与方式 在 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０中 ，它将机 电站分成 了三层两网的结构 ， 并 且规 定必须通过 以太 网确保过程层与站级 网络 。目前 ，传 统的综合性变 电站 以及站级 网络 已经实现网络化 ，过程 网则 通 过电缆接线进行跳 闸等传输 性保护 ，但是不能确保 数据 网 络化与共享 。过程层是最新引入 的结果 ，它不仅改变 了 自动 化变电站系统的传输形式 ，并且影响智能变 电站的继电保 护 可靠性 与性 能。 （ 一 ）智能变电站通信连接 ． 在智 能变电站 中，通信基本单元是逻辑节点 ，它包含 了 输出 、输入 信号 。其 中，输入信号来源于 自控层信息控制 、 其他功 能信号 、 Ｍ Ｕ电压 、 电流 ｓ ｖ以及智能操作箱开关状态 ； 输 出信 号则包括保护 闭锁 、跳闸开关信 号等 。并且大部分智 能变电站都 是在结构设计 的基础上发展起来的 ，Ｉ Ｅ Ｄ包含互 感 器 、智能操作箱 、Ｍ Ｕ 、继 电保护设施以及后 台主机等 。 （ 二 ）智能变电站 的数据流 根据 ＭＵ采样率 ，在对互感器 电流量 、电压 的过程 中， 再将其进行数据帧打包 ，也就是 ｓ ｖ报文 ，然后再以交换 式 的形式传输 给继 电保护 ； 继 电保 护整合订 阅者 、 发布者要求 ， 处理各种数据 ， 然后在判据保护的基础 上生成 口 令， 传输 给 包 含设 备投 退 、分合 开关 、切换档位的 Ｇ Ｏ Ｏ Ｓ Ｅ报文 ，最后 在智能操作 系统 操作完成后再 以 Ｇ Ｏ Ｏ Ｓ Ｅ报文和开关量状态 对保护装置进行 反馈 。 （ 三 ）智能变电站通信协议 对于常规工 业的以太 网 ， 通常利用 Ｔ Ｃ Ｐ ， Ｉ Ｐ ７的协议保障 报文可靠性 ，但是在过程层网络中 ，受继 电保护 的实时 『 生影 响， Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０ 会直接透射到数据链路层。 而变 电站则采用快 速报文 、周期报文的三层结构 ，达 到缩小延时解析与封装报
基于OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真
基于OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真摘要：智能变电站结合网络技术高度应用效果进行系统监控综合控制下的继电保护，包括内部的数据源与传输方式的修正，实现了较大规模的变化，内部有机性能按照一定可靠性规律进行必要的信息接通，保证智能变电站在各报文通信机制的支配下进行OPNET仿真层级IED设备的建模，实现关于继电保护的数据采集整理以及保护算法、出口的全过程仿真演示。
在实际应用过程中，需要验证内部程序的可行性和有效性，保证必要的定量分析处理机能下研究工具应用价值的拓展程度，实现整体继电保护建模仿真技术在电力能源的开辟以及应用水平的提升。
关键词：OPNET仿真；智能变电站；继电保护；建模与仿真在标准数字化处理模式结构的严格规范下，具体的变电站关于智能处理功能方面的特征得到了有机的控制，其中涉及的变换式以太网与光缆组成的通信系统替代功能伴随着二次连接的电缆回路系统进行自我约束，实现通信网络环境下各个设备的连接效果和功能展现。
其中，关于过程分析的具体采样值报文以及跳闸指令的传输安排，需要高度衡量实际设备的敏感程度和可靠性质，然后合理估计不同变电站的类型和主接线方式进行实时的层级网络维护，确保在OPNET 仿真技术的支持下，关于必要的实时信息监控与研究能够深入，实现整个变电系统的单个间隔过程网络的仿真模拟操作，保证宽带延时流量的节点控制功能的实现，促进局域网操作在整个变电结构的保护作用。
1 OPNET仿真技术在通信网络不断延伸改进的阶段下，面对不同变电设备在具体的设计层面的展现形式以及开发研究领域的深入效果，需要根据对象的实际建模方法进行系统的开发，包括面对对象的图形化编辑操作处理程序，需要保证在必要的网络技术设备的引导下进行可视化原型设计的拓展，关于设计编辑工具的提供往往可以实现内部网络建模在仿真运行的高度效果，结合不同节点下的进程编辑处理手段实现高层次的管理节能水准。
而网络模型在进行拓扑结构的描述环节中往往会自行结合互连模块构成的模式进行过程的深入研究，确保不同语言状态描述下的命令仿真处理。
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分析OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真
发表时间：2018-12-06T15:45:49.373Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：蔡崚
[导读] 随着计算机技术的飞速崛起和中坚科技力量的更新换代，传统变电站已经开始逐步退出历史舞台
蔡崚
佛山供电局
摘要：随着计算机技术的飞速崛起和中坚科技力量的更新换代，传统变电站已经开始逐步退出历史舞台，取而代之的是在计算机技术的基础上建立的智能变电站，开始在电力系统中得到广泛的应用。
通过对OPNET仿真技术在智能变电站中继电保护功能的应用，使得报文信息在对继电保护建模与仿真的过程中得以运用，通过OPNET仿真技术对继电保护器的模拟，实现数据收取、研究、计算到输出的模拟仿真，为智能变电站继电保护器的稳定运行提供保障。
本文通过对OPNET仿真技术的研究，分析探讨了该项技术在智能变电站继电保护中的应用。
关键词：OPNET仿真技术；智能变电站；继电保护；建模；仿真
前言
智能电网逐步成为了电力系统网络运行的重要节点，其中智能变电站通过将计算机技术和普通变电站相结合，节约了大量用地，符合智能电网发展的要求，在电网中的地位日益突显。
智能变电站的研究与应用之所以取得重要成果的关键在于对人工智能的应用。
人工智能所具有的搜集、储存和计算数据的功能，为网络仿真技术提供了技术支持和基础。
OPNET仿真技术通过利用互联网和大数据的作用，将变电站系统的功能设计和运行状态进行模拟仿真，并对其中的缺陷和不足进行分析改进，完善继电保护系统的性能。
其运用原理是把变电站中的各项元件和继电保护器用光纤联结在一起，通过局域网将数据转换为信息传输出去，不仅为报文信息的传输提供网络渠道，对变电站继电保护的稳定运行也提供了保障。
1.OPNET仿真技术
1.1三层建模机制
由节点域、过程域、网络域等三个层次所构建的OPNET模型就是三层建模机制。
节点域建模方法是基于节点的模块，节点模块中的每个节点执行的行为的一个特定方面，诸如数据生成、数据存储、数据处理或选取和数据传输等。
多种功效的组合节点模块完成相关节点。
利用有线抑或统计线进行连接，通过利用联合运用的模块，且当paeketstreams与统计导线两模块间的相关数据实际包流时，各用户能够模仿此处节点的举动。
过程模型是各种算法载体的实施，为三层建模机制的底部。
过程模型主要用于描述该模型中的节点，过程和模型主要由一个传输线路的状态。
是互斥和互补的区域之间，这个过程在某一时刻只能处于一种状态，但所有区域构成的状态空间全集过程。
状态分为两大类，迫使区域和非区域强制，迫使区域是不允许滞留状态，当进程进入强制状态过程仿真内核将立即强制转移到下一个状态。
不同于在强制状态下，当处理状态变成非强制执行，将滞留该状态下等待的情况下，核心仿真过程或其它触发器。
原C语言是一种过程建模语言，支持多种OPNET的独特算法的实现。
从协议的角度之间的关系分析，造型节点模块完全符合OSI标准，各层的ARP-MAC层建模仿真-物理层，建模采用面向对象的仿真技术，每个节点使用相同的起始节点模型，然后对不同对象设置具体参数。
1.2离散事件仿真机制
离散事件仿真机制具有离散性，如果机器不能及时调整状态，而由事件引起的网络发生了状态变化，那么机器就会自动跳过，不能有效的识别，所以这是一种离散化处理问题的机制。
能够一起展现在很多事件的各个仿真时间点，事件可以有一个密度差。
各个模块之间的模拟经中断事件的信息。
一旦有事件触发致使中断时，正在运行的相关进程模型描述了网络系统的行为或者是系统进程，径离散事件仿真机以制驱动，完成通信的并行以及顺序进程级相关描述，其中事件发生时间由一起网络的状态以及行为的武断决定，能够于计算机及通讯网络在各种情况下进行模拟。
2.网络下的OPNET仿真模型
结合OPNET仿真技术过对35KV智能变电站系统进行研究，并以此为例，将其继电保护系统进行网络建模，在各元件设备之间建立数据连接。
为提高变电站系统运行的安全性和可靠性，继电保护采取双保险机制：一是通过智能继电保护系统对变电站进行保护，利用计算机对变电站的运行数据分析，根据实际情况与数据相对比，以及时发现故障和安全隐患，并拟出相应方案、作出相应举措；二是通过设备间的接线达到继电保护作用，网络建模并不是绝对可靠的，网络除具有时效性和先进性外，网络环境的稳定性和安全性并不可靠。
因此要适用网络建模技术对继电保护系统进行仿真，双管齐下，相辅相成以保证变电站安全稳定的运行。
本文通过OPNET仿真技术的三层建模机制分别对网络模型、节点模型和进程模型分别进行分析。
2.1网络模型
网络模型就是以网络组网，根据一台半断路器的接线方式可分为两种组网方式。
一种是单串组网，利用路由器将串内的母线保护和交换机之间进行数据连接，以便统一管理串内的设备元件和各项数据。
另一种是间隔组网，明确设备与线路之间的关系，并根据所得关系将断路器和变压器和所对应的交换器联结在一起，将母线交换机接入主变保护系统中，实现变电站的系统保护。
在组网过程中要对仿真系统
的接线进行严格检测，以防出现接线方式错误的现象。
图2 节点模型的建立
2.3数据流分析
下转第242页作为一个复杂的通信体系，网络环境的数据流量也比较繁杂，通过人工智能技术在继电保护系统中的应用，可以灵活的控制各个环节中数据流量的搜集和传输，从而使变压器保护装置、开关位置报文等指令的执行和输出不受到相关环节运作的影响。
为保证报文长度在123字节以内，应以采样间隔为主要参照依据作为数据流分析的主要参数。
同时也应根据常数分布对数据流量的搜集时间做规整，以保证时间间隔和时间起始的准确性和同步性。
规范广播周期性以确保报文材料播报的正常持续时间，通常不少于10分钟。
图3 数据流量分析
3.OPNET仿真技术的应用分析
3.1虚拟局域网VLAN的划分
虚拟局域网VLAN是一种比较先进的技术通过VLAN可以把各个不同的广播域连接在一起，实现不同广播域直接的通信，但也会加大广播信息量的传播，智能变电站利用过程域传输报文信息，重复泛滥的广播信息容易引起网络的堵塞，降低网络的传输效率，将过程域分为几个不同的虚拟局域网可以规避这种现象的发生，从而提高智能变电站报文传输的工作效率。
3.2仿真结果分析
利用OPNET仿真技术为技术基础，以工作站模拟继电保护流程，实现OPNET仿真技术下的模拟报文的搜集和输出。
通过交换机将仿真划分为多个VLAN，与不划分VLAN相比，对仿真结果分析如下：虚拟局域网的划分可以降低母线的负载，提高网络传输的速率，过滤繁杂重复的报文信息，方便对有用广播报文的提取；增加报文传输的稳定性、时效性和安全性，减少设备模拟数据采集的延迟性。
4.结束语
智能变电站继电保护系统已经逐步普及，通过OPNET技术对继电保护的建模与仿真，利用网络的前沿性和高效性，提高报文的传输效率，加大各元件设备之间的联系，为设备元件的正常运行提供保障。
在国家推动电力系统信息化发展的大环境下，OPNET技术在电网中得以应用，对国家电力系统和电力事业的发展起着积极的推动作用，也促进着其它行业领域的现代化建设发展。
参考文献：
[1]钱美，韩江桂，吴正国，欧阳华．电力系统过程网络CAN总线实时性仿真与分析[J]．电力自动化设备，2011，（11）．
[2]张志丹，黄小庆，曹一家，何杰，杨漾．基于虚拟局域网的变电站综合数据流分析与通信网络仿真[J]．电网技术，2011，（5）．
[3]胡春潮，蔡泽祥，竹之涵．提高数字化变电站关键报文传输可靠性方法研究[J]．电力系统保护与控制，2011，（9）．
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