王海勇

（中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

智能變電站可以為當?shù)鼐用裉峁└哔|(zhì)量的供電，為各行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供切實保障。高效率、低延時的通信網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)智能變電站的基礎(chǔ)。因此，為確保智能變電站的運行安全性與穩(wěn)定性，文章分析與研究了智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測技術(shù)。

1 智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)特點

采用三層兩網(wǎng)架構(gòu)所建立的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，三層結(jié)構(gòu)分別表示站控層、間隔層以及過程層，而兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)則表示站控網(wǎng)絡(luò)層與過程網(wǎng)絡(luò)層。三層兩網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。與以往的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)相比，智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有以下幾方面特點。

圖1 三層兩網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于傳統(tǒng)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而言，其使用單星型結(jié)構(gòu)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，該通信網(wǎng)絡(luò)類型在實際架構(gòu)與安裝期間存在一定的不便性，同時基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的單一化特點，導(dǎo)致其后期的可擴展性弱、實際應(yīng)用靈活性差，無法切實有效根據(jù)各類智能終端特點為其開放相應(yīng)的數(shù)據(jù)通道、數(shù)據(jù)格式，弱化了變電站的智能效果。為增強變電站的智能化特點，需要根據(jù)實際情況盡可能提升通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可擴展性、靈活性、兼容性。例如，使用雙星型組網(wǎng)方式或環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式構(gòu)建智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[1]。

部分變電站中通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計存在過程層網(wǎng)絡(luò)與站控層網(wǎng)絡(luò)不統(tǒng)一、不兼容情況，無法切實發(fā)揮智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的整體性、宏觀調(diào)控性特點。為有效解決以上問題，可以采用人工蛛網(wǎng)拓撲的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于內(nèi)、外兩層的蛛網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中的“兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。即站控層網(wǎng)絡(luò)為“兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)中的外層網(wǎng)絡(luò)。其中，以m表示交換機實際使用數(shù)量；過程層網(wǎng)絡(luò)為“兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)中的內(nèi)層網(wǎng)絡(luò)，以n表示交換機實際應(yīng)用數(shù)量。人工蛛網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意如圖2 所示。

圖2 人工蛛網(wǎng)拓的撲結(jié)構(gòu)示意

1.2 通信方式特點

在人工蛛網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)背景下，存在添加新鏈路或鏈路拓展需求時，智能變電站通過智能優(yōu)化算法自動搜索最佳的鏈路連接方式實現(xiàn)該需求。同時，可以結(jié)合實際情況在合理范圍內(nèi)使用雙機熱備方式、多協(xié)議標簽交換（Multi Protocol Label Switching，MPLS）技術(shù)實現(xiàn)添加和拓展鏈路的需求，確保數(shù)據(jù)流在傳輸期間能夠通過2 條數(shù)據(jù)鏈路實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。另外，雙機熱備能夠保證當某交換機出現(xiàn)故障時自動切換數(shù)據(jù)傳輸路徑，以此為通信網(wǎng)絡(luò)的運行穩(wěn)定性提供切實保障，為技術(shù)人員、維修人員提供足量的維修處理時間[2]。

2 智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

2.1 中低壓接入網(wǎng)

對于中低壓接入網(wǎng)絡(luò)來說，要結(jié)合實際情況分別從技術(shù)、組網(wǎng)方案2 種角度分析中低壓接入通信網(wǎng)絡(luò)。

一方面，接入網(wǎng)通信技術(shù)。目前的通信技術(shù)主要包括無源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）、電力載波通信（Power Line Communication，PLC）以及移動通信等相關(guān)通信技術(shù)。其中，PON 技術(shù)是當前各大電信公網(wǎng)架構(gòu)中的主要組網(wǎng)技術(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，各類先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)不斷成熟和完善，無源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也更加寬泛且逐漸民用化，該項技術(shù)在電網(wǎng)配電自動化、電力光纖入戶等相關(guān)項目中被廣泛應(yīng)用。根據(jù)市場發(fā)展趨勢與受眾需求，現(xiàn)階段的無源光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品主要分為2 種，分別是千兆比特無源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit Capable Passive Optical Network，GPON）、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）[3]。此外，在基于5G 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢的時代背景下，PLC 技術(shù)屬于電力系統(tǒng)特有的通信方式，即以電力線纜為媒介實現(xiàn)數(shù)據(jù)流傳輸，在電力系統(tǒng)建設(shè)中逐漸被淘汰，當前主要用于配電網(wǎng)自動化、遠程集中抄表等相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)架構(gòu)，以此在滿足此類系統(tǒng)正常用電需求的前提下實現(xiàn)小型數(shù)據(jù)交互。

另一方面，接入網(wǎng)的組網(wǎng)方案。在智能變電站建設(shè)方面，自動化技術(shù)主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)通信方面，包括柱上開關(guān)、開閉所、智能配電室以及環(huán)網(wǎng)柜等相關(guān)自動化設(shè)備。此類設(shè)備在實際應(yīng)用期間能夠有效實現(xiàn)對變電站電力數(shù)據(jù)的遠程遙控、遙測、遙信等相關(guān)功能。以高寬帶速度和質(zhì)量為基礎(chǔ)實現(xiàn)低延時的自動化控制效果，這對智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了更高的要求。因此，在現(xiàn)階段的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期間，需要充分結(jié)合實際情況，以變電站對數(shù)據(jù)交互效率、傳輸質(zhì)量等要求為導(dǎo)向，以無源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，構(gòu)建相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)，這樣不僅能夠有效幫助智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)提質(zhì)增效，加強數(shù)據(jù)信息傳輸期間的質(zhì)量并減少丟包率，而且可以增強通信網(wǎng)絡(luò)實際運行期間的可靠性、穩(wěn)定性、安全性。

2.2 骨干通信網(wǎng)

骨干通信網(wǎng)絡(luò)是保證通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高效運行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，因此在智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與架構(gòu)期間，需要相關(guān)技術(shù)人員、設(shè)計人員結(jié)合實際情況選取科學(xué)合理的骨干通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提升骨干通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)效。在分析骨干通信網(wǎng)絡(luò)時，同樣需要從技術(shù)和組網(wǎng)方案2 個方面開展。

一方面，骨干通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前，在架構(gòu)骨干通信網(wǎng)絡(luò)期間較為常用的技術(shù)有分組傳送網(wǎng)技術(shù)（Packet Transport Network，PTN）以及光傳送網(wǎng)技術(shù)（Optical Transport Network，OTN）[4]。PTN 技術(shù)在實際應(yīng)用期間可以基于點對點的通信形式為分組業(yè)務(wù)交換提供通信信道，從而加強智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)在處理大體量數(shù)據(jù)流時的承載能力與交互能力，為相關(guān)業(yè)務(wù)的規(guī)范化、標準化、合理化開展提供保障。同時，PNT 技術(shù)具有一定的穩(wěn)定性、擴展性、靈活性特點，通過端到端偽線仿真兼容異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）與時分復(fù)用技術(shù)（Time-Division Multiplexing，TDM）；對于OTN 技術(shù)而言，其核心是波分復(fù)用技術(shù)（Wavelength Division Multiplexing，WDM），以O(shè)TN 技術(shù)為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為光層和電層，兩者在實際應(yīng)用與運行期間具有較強的監(jiān)控能力及管理效果，可以有效兼容絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。同時，OTN 技術(shù)有效加強運維人員的管理便捷性，通過自身的管理模塊完善維護管理功能，也可以實現(xiàn)對故障、運行狀態(tài)的監(jiān)控，當出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)異常時向運維人員發(fā)出提示，從而提高運維人員發(fā)現(xiàn)問題的效率。

另一方面，骨干通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案。相關(guān)設(shè)計人員與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)人員可以結(jié)合實際情況，以同步數(shù)字體系光傳輸設(shè)備為骨干通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的基礎(chǔ)，同時利用PTN 技術(shù)增強通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合性、多樣性特點，形成分層聯(lián)合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以此提升骨干通信網(wǎng)絡(luò)與底層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議的兼容效果，加強底層業(yè)務(wù)的匯聚效率與匯聚質(zhì)量。該方法不僅能夠提升骨干通信網(wǎng)絡(luò)對復(fù)雜多變IP 業(yè)務(wù)的承載力與處理靈活度，也可以保持大容量數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢[5]。

3 智能變電站監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

為進一步提高智能變電站監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)代化、數(shù)字化、智能化特點，需要結(jié)合實際情況深化大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)先進技術(shù)的應(yīng)用，提高監(jiān)測系統(tǒng)的自動化建設(shè)，以此有效降低人工處理需求。對于部分簡單且重復(fù)性強的監(jiān)測工作可以移交至監(jiān)測系統(tǒng)執(zhí)行，避因人工處理而出現(xiàn)的失誤，進一步增強數(shù)據(jù)信息處理效率與精準性。利用大數(shù)據(jù)采集、分析智能變電站中各類終端設(shè)備實際運行期間所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息，并利用數(shù)據(jù)庫存儲與分類此類數(shù)據(jù)信息，以此形成針對當前變電站運行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)集，這樣不僅可以實現(xiàn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息與以往數(shù)據(jù)信息的對比，判斷當前各類終端設(shè)備的運行狀態(tài)以及是否存在運行異常，而且可以基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息預(yù)測未來終端設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早解決的監(jiān)測效果，大幅提升智能變電站的監(jiān)測質(zhì)量與監(jiān)測可控性。如果存在異常，則可以根據(jù)具體異常類型、異常參數(shù)形成故障報告，為運維人員提供精準、可靠的異常數(shù)據(jù)，以此切實提升運維質(zhì)效。

3.2 精準控制

在智能變電站中，相關(guān)工作人員可以通過監(jiān)測中控系統(tǒng)實現(xiàn)對各類終端設(shè)備的遠程監(jiān)控與測試，不僅能夠有效減少相關(guān)工作人員日常巡檢的頻率與所需消耗的時間，而且能夠進一步加強變電站監(jiān)測的精準性與可靠性。當智能變電站中某類終端設(shè)備出現(xiàn)異?；蚬收蠒r，設(shè)備中的故障模組便會根據(jù)設(shè)定的故障報警程序向監(jiān)測中控系統(tǒng)發(fā)出警報，并將其具體故障參數(shù)、故障信息、故障時間等上傳至指定管理人員的移動端。如果故障類型處于遠程處理范圍內(nèi)，則監(jiān)測管理人員通過監(jiān)測中控系統(tǒng)遠程維修處理故障終端；如果故障類型處于遠程處理范圍外，則可以及時呼叫相關(guān)技術(shù)人員前往故障現(xiàn)場對故障設(shè)備進行針對性、專業(yè)性的維修與檢查。該方法不僅可以有效解決傳統(tǒng)故障應(yīng)對策略中的不確定性缺陷，而且可以為運維人員提供精準、全面、完整的故障信息，切實提升故障解決效率。

3.3 圖像監(jiān)控

在智能變電站監(jiān)測方面，不僅需要對各類終端設(shè)備的實際運行狀態(tài)進行監(jiān)測，還需要對終端設(shè)備所處環(huán)境、所在位置等進行監(jiān)測。在此方面，智能變電站監(jiān)測管理人員可以結(jié)合實際情況，如各類終端設(shè)備的安裝位置、環(huán)境需求、設(shè)備特點以及設(shè)備重要性等因素合理設(shè)計環(huán)境監(jiān)測方案。一般情況下，在環(huán)境監(jiān)測中的主要監(jiān)測對象分別是環(huán)境中的人員狀態(tài)、物體狀態(tài)、設(shè)備本身狀態(tài)、溫度、濕度以及風(fēng)速等。可以在終端設(shè)備附近安裝監(jiān)控攝像頭、溫濕度檢測器、風(fēng)速檢測器以及紅外監(jiān)控終端等設(shè)備，同時利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、線上平臺系統(tǒng)等將各類監(jiān)測終端連接，實時查看智能變電站內(nèi)的物理環(huán)境情況，實現(xiàn)對智能變電站內(nèi)部狀態(tài)的動態(tài)化、實時化、全面化監(jiān)測。另外，由于視頻、高分辨率圖像、音頻等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲量較大，為保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期可用性，可以利用數(shù)據(jù)庫存儲所采集的監(jiān)測資料，當后續(xù)工作中存在對某一時間點或位置的調(diào)查需求時，可以及時查閱不同格式的監(jiān)測數(shù)據(jù)[6]。

4 結(jié) 論

為充分保障變電站的長期穩(wěn)定運行，有必要提高智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的合理性，并科學(xué)利用現(xiàn)代化監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測措施，確保智能變電站的運行穩(wěn)定性與安全性，促進電網(wǎng)智能化的發(fā)展與進步。