徐曉路

IP網(wǎng)絡(luò)在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

徐曉路

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信要求，采用IP網(wǎng)絡(luò)通信方案，將配電子站與控制中心連接到主干網(wǎng)絡(luò)中，配電子站與配電終端連接到分支網(wǎng)絡(luò)中。通過(guò)對(duì)IP數(shù)據(jù)流量、組網(wǎng)技術(shù)以及通信性能進(jìn)行探索分析，并采用專業(yè)軟件建立仿真模型進(jìn)行分析，比較實(shí)際應(yīng)用結(jié)果與仿真結(jié)果，分析IP網(wǎng)絡(luò)在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用效果。

IP網(wǎng)絡(luò)；智能電網(wǎng)；通信技術(shù)；配電自動(dòng)化

在電力工業(yè)領(lǐng)域中開(kāi)始廣泛討論智能電網(wǎng)技術(shù)，并且將該項(xiàng)技術(shù)稱為改變電力系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，可見(jiàn)智能配電網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的作用比較突出。

建設(shè)智能配電網(wǎng)，有助于提高配電自動(dòng)化應(yīng)用水平，還有助于提高電力供應(yīng)質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。對(duì)于配電自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通信系統(tǒng)屬于配電主站、配電終端的連接紐帶。而且在實(shí)際運(yùn)行中，配電終端的重要特點(diǎn)是運(yùn)行環(huán)境不佳、覆蓋面積大，在應(yīng)用通信技術(shù)時(shí)存在較多限制性因素。中國(guó)多數(shù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)所應(yīng)用的通信技術(shù)包括電力載波技術(shù)、解調(diào)器技術(shù)和光纖業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)技術(shù)等，且所應(yīng)用的通信模式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行模式，終端數(shù)據(jù)可以借助配電子站向電力系統(tǒng)傳輸。需要注意的是，采用上述通信模式的效率低，管理配置工程量大，且各級(jí)配電終端不能交換數(shù)據(jù)信息，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地控制功能。在通信技術(shù)快速發(fā)展過(guò)程中，能夠使通信設(shè)備的應(yīng)用成本降到最低。應(yīng)用IP通信網(wǎng)絡(luò)，可以確保各級(jí)主站設(shè)備以及終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信與傳輸?shù)裙δ埽⑶夷軌蛱嵘悄芸刂颇芰?，這已經(jīng)成為智能配電網(wǎng)及配電自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

1 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

配電自動(dòng)化系統(tǒng)組成形式包括分層式、分布式和集中控制式，并且在系統(tǒng)中包含變壓器終端、終端設(shè)備層和配電主站層。將配電子站層配置在系統(tǒng)通信功能內(nèi)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和轉(zhuǎn)發(fā)。配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，控制中心為主站，可以采集和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，還可以實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化功能，應(yīng)用價(jià)值比較高。子站是一種網(wǎng)絡(luò)匯接設(shè)備，能夠有效連接上下層，可以有效匯總變壓器終端單元、開(kāi)閉所配電單元的信息數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街髡?，并且將主站信息分配給相關(guān)終端設(shè)備。系統(tǒng)通信包含不同終端設(shè)備之間的通信、子站和主站之間的通信、終端和子站之間的通信等方式。通信架構(gòu)模式為分層模式，控制中心和子站連接主要是借助主干網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)?？刂浦行南到y(tǒng)由管理員工作站、系統(tǒng)服務(wù)器以及前置服務(wù)器等組成。配電終端和子站連接主要利用分支網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

1.2 通信報(bào)文傳遞

為了確保報(bào)文傳遞滿足實(shí)時(shí)性要求，必須確保報(bào)文數(shù)據(jù)刷新周期和傳遞時(shí)間。針對(duì)報(bào)文傳遞所用時(shí)間問(wèn)題，主要包括報(bào)文收發(fā)時(shí)間、處理時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間。按照不同報(bào)文類型、不同應(yīng)用環(huán)境，可以將其劃分為不同的類型，當(dāng)報(bào)文類型不同，所使用的傳遞時(shí)間也存在差異性。相對(duì)于終端設(shè)備來(lái)說(shuō)，中速報(bào)文屬于測(cè)量量，狀態(tài)量以及傳遞參數(shù)的報(bào)文；快速報(bào)文是一種不同終端設(shè)備之間的狀態(tài)量變化、快速跳閘報(bào)文。對(duì)于3年專用網(wǎng)絡(luò)，它是終端設(shè)備、主站之間的測(cè)量量、參數(shù)傳輸和狀態(tài)量。針對(duì)快速刷新周期來(lái)說(shuō)，屬于1年內(nèi)不同終端設(shè)備之間變化狀態(tài)量。針對(duì)中速刷新周期來(lái)說(shuō)，屬于2年內(nèi)不同終端設(shè)備之間變化狀態(tài)量。因此需要按照終端設(shè)備的通信方式和所處位置的重要性進(jìn)行明確。

2 IP網(wǎng)絡(luò)在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

IP網(wǎng)應(yīng)用于配電自動(dòng)化時(shí)，多為分層結(jié)構(gòu)，在連接主干網(wǎng)絡(luò)和分支網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以通過(guò)變電站三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。地區(qū)內(nèi)不包含光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則應(yīng)用分組無(wú)線業(yè)務(wù)與公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。在建設(shè)配電自動(dòng)化時(shí)，必須注重配電子站與配電終端的分支網(wǎng)絡(luò)，以此擴(kuò)大設(shè)備覆蓋面積。需要注意的是，配電自動(dòng)化建設(shè)質(zhì)量會(huì)影響運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

2.1 主干網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)都已經(jīng)建設(shè)主干網(wǎng)絡(luò)，并且應(yīng)用高速光纖網(wǎng)絡(luò)，帶寬傳輸速率能夠超過(guò)100 Mbit/s。

2.2 分支網(wǎng)絡(luò)

在配電自動(dòng)化中，主要是通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)作為光纖通信方式，且廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)配置中。長(zhǎng)期以來(lái)，分支網(wǎng)絡(luò)形式包含工業(yè)以太網(wǎng)和以太網(wǎng)無(wú)源光纖網(wǎng)，通過(guò)應(yīng)用GPRS/CDMA實(shí)現(xiàn)無(wú)線公網(wǎng)。對(duì)于以太網(wǎng)無(wú)源光纖網(wǎng)來(lái)說(shuō)，可以有效支撐不同的業(yè)務(wù)接口和拓?fù)浣涌冢虼藢儆诩児饨橘|(zhì)接入技術(shù)。相比于以太網(wǎng)無(wú)源光纖網(wǎng)來(lái)說(shuō)，工業(yè)以太網(wǎng)能夠應(yīng)用到配電自動(dòng)化通信中，但當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜處于失電狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)以太網(wǎng)交換機(jī)造成影響，從而導(dǎo)致交換機(jī)不能繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)一步導(dǎo)致光纖環(huán)網(wǎng)通信斷開(kāi)。通過(guò)應(yīng)用以太網(wǎng)無(wú)源光纖網(wǎng)，當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜處于失電狀態(tài)時(shí)，只會(huì)對(duì)該單元的通信產(chǎn)生影響，不會(huì)對(duì)光纖環(huán)網(wǎng)通信狀態(tài)造成影響。此外針對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要借助光纜和雙絞線傳輸方式，并且可以和商用以太網(wǎng)兼容。所施加的開(kāi)關(guān)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和相對(duì)較小的功率消耗。對(duì)于GPRS/CDMA，無(wú)線公共網(wǎng)絡(luò)包括中國(guó)移動(dòng)GPRS和中國(guó)聯(lián)通CDMA，信號(hào)覆蓋范圍相對(duì)較寬，因此得以應(yīng)用到多數(shù)地區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，可以將其作為電力專網(wǎng)，有效補(bǔ)充電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3 分析IP網(wǎng)絡(luò)性能

3.1 計(jì)算數(shù)據(jù)流量

對(duì)于不同配電終端設(shè)備來(lái)說(shuō)，所采集的數(shù)據(jù)刷新周期、數(shù)據(jù)量以及協(xié)議不同，通過(guò)比較分析不同協(xié)議通信數(shù)據(jù)報(bào)文能夠看出，此種方式在配電變壓器終端單元、開(kāi)關(guān)饋線終端單元上存在較大差距，詳情如表1所示。

表1 比較分析不同協(xié)議配電重點(diǎn)數(shù)據(jù)流

環(huán)網(wǎng)柜柱上開(kāi)關(guān)配電變壓器 遙信個(gè)數(shù)1970 遙測(cè)個(gè)數(shù)40155 IEC60870-5協(xié)議僅遙信221950 全信息872353111 IEC61850協(xié)議僅遙信4552130 流媒體協(xié)議4 0751 656854

3.2 網(wǎng)絡(luò)仿真

OPNET仿真模型。此種仿真模型在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動(dòng)化仿真時(shí)，需要合理應(yīng)用以太網(wǎng)無(wú)源光纖網(wǎng)。首先，應(yīng)用視頻會(huì)議服務(wù)模擬全數(shù)據(jù)信息，其次應(yīng)用文件傳輸協(xié)議服務(wù)模擬變位遙信，模擬網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性事件，傳遞信息文件。

主站與終端設(shè)備之間的通信。通過(guò)光纖對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)施組網(wǎng)，且配電終端設(shè)備與主站之間的數(shù)據(jù)通信，則需要借助主干網(wǎng)絡(luò)和分支網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)相應(yīng)的時(shí)間要求，對(duì)遙信信息進(jìn)行刷新，進(jìn)一步刷新配電終端設(shè)備。為了從根本上提升仿真結(jié)果的代表性，必須嚴(yán)格按照實(shí)際需求設(shè)置配電變壓器終端、環(huán)網(wǎng)柜終端以及柱上開(kāi)關(guān)終端的數(shù)量。所建立的模型將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同局域網(wǎng)，其中包括配電子站局域網(wǎng)和控制中心局域網(wǎng)，之后通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)可以有效連接IP云端和局域網(wǎng)，以此建立完整的網(wǎng)絡(luò)體系。對(duì)于不同的配電子站局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，所包含的交換局域網(wǎng)可以有效模擬環(huán)網(wǎng)柜終端單元、柱上開(kāi)關(guān)單元等。在對(duì)終端設(shè)備與主站通信方式進(jìn)行模擬時(shí)，采用IEC60870-5協(xié)議和流媒體協(xié)議，以此觀察不同協(xié)議的通信延時(shí)問(wèn)題。按照觀察結(jié)果能夠看出，待至通信穩(wěn)定之后，IEC60870-5協(xié)議通信延遲在0.25 ms，流媒體協(xié)議的通信延遲在0.13 ms。雖然不同協(xié)議都存在延遲問(wèn)題，但是可以滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化通信要求。

不同終端之間的通信。合理應(yīng)用分支網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)終端設(shè)備之間，如柱上開(kāi)關(guān)終端與環(huán)網(wǎng)柜終端之間的通信功能。在對(duì)遙信變位信息進(jìn)行刷新時(shí)，必須嚴(yán)格按照時(shí)間要求，并且采用快速數(shù)據(jù)刷新方式實(shí)現(xiàn)，還可以對(duì)全數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。比如環(huán)網(wǎng)柜饋線終端，需要環(huán)網(wǎng)柜饋線終端10個(gè)就能夠建立完整的局域網(wǎng)，傳輸速率為10 M/s，并且可以建立相應(yīng)的分析模型。按照分享結(jié)構(gòu)能夠看出，不同終端之間能夠?qū)崿F(xiàn)0.5 h通信。待至各數(shù)據(jù)信息穩(wěn)定之后，流媒體協(xié)議通信延時(shí)3 ms，且IEC 60870-5協(xié)議通信延遲0.7 ms。在傳遞文件期間，由于數(shù)據(jù)量大，可能會(huì)在一定程度上促使網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間加長(zhǎng)，所以為了滿足終端與終端之間的通信，則需要合理應(yīng)用IP網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)OPNET仿真模型試驗(yàn)結(jié)果能夠看出，光纖接入與響應(yīng)速度之間存在密切關(guān)聯(lián)性，且接入光纖的終端設(shè)備報(bào)文傳遞時(shí)間比較短，應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)上的主站、子站和終端設(shè)備所組成的通信網(wǎng)絡(luò)能夠有效滿足配電自動(dòng)化的應(yīng)用需求。當(dāng)通信設(shè)備成本不斷下降，通信技術(shù)向智能化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展，配電自動(dòng)化系統(tǒng)將有效提高供電的可靠性和穩(wěn)定性，推動(dòng)智能配電網(wǎng)和智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

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TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.069

2095－6835（2019）20－0152－02

〔編輯：王霞〕