基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

任征東, 欒文鵬, 王鵬，郭屾

(中國電力科學(xué)研究院, 北京市100192)

基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

任征東, 欒文鵬, 王鵬，郭屾

(中國電力科學(xué)研究院, 北京市100192)

該文闡述了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施現(xiàn)狀，分析了其通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在的問題，遵循共用通訊網(wǎng)絡(luò)的理念，提出了基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，闡述了IPv6的運(yùn)用可呈現(xiàn)出的不可比擬的優(yōu)越性。所提出的基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以同時(shí)支持未來配電網(wǎng)電源側(cè)和用戶側(cè)所需業(yè)務(wù)的接入。強(qiáng)調(diào)了新的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對智能電網(wǎng)發(fā)展的重要性。

IPv6；配電自動(dòng)化；通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；配電終端

0 引 言

配電自動(dòng)化系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)管和控制的系統(tǒng)，具備配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(supervisory control and data acquisition, SCADA)、饋線自動(dòng)化、電網(wǎng)分析應(yīng)用及與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)互連等功能，由配電自動(dòng)化主站、配電終端、配電子站(可選)和通信通道等部分構(gòu)成。配電主站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理及存儲、人機(jī)聯(lián)系和各種應(yīng)用功能；配電子站實(shí)現(xiàn)區(qū)域監(jiān)控功能；配電終端采集末端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與故障信息并上傳給配電主站，從而接收主站命令，對配電設(shè)備進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)；通信通道用于實(shí)現(xiàn)信息傳輸[1]。配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠及時(shí)了解配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，提高設(shè)備利用率，提高配電網(wǎng)運(yùn)行性能和應(yīng)急能力[2]是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)有效運(yùn)行的重要模塊，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。

法國電力集團(tuán)(Electricite De France, EDF)早已實(shí)現(xiàn)了配電自動(dòng)化全覆蓋，主要采用饋線自動(dòng)化模式，通過遠(yuǎn)程故障信息采集與就地檢測相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位[3]。德國在配電自動(dòng)化方面非常重視優(yōu)質(zhì)服務(wù)，建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的可靠性管理分析數(shù)據(jù)庫，對中低壓網(wǎng)絡(luò)的各種數(shù)據(jù)隨時(shí)錄入分析計(jì)算[4]。日本東京電力公司基本實(shí)現(xiàn)了中壓饋線自動(dòng)化，供電可靠性位于世界最高水平之列，如2008年，東京電網(wǎng)用戶平均停電時(shí)間僅為3 min，系統(tǒng)平均停電頻率為0.12次[5]。國家電網(wǎng)公司在2009年緊密圍繞建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)，全面貫徹“統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)”的工作方針，深入開展配電自動(dòng)化技術(shù)方案研究和實(shí)施工作。截至2016年底，已有60余個(gè)單位的配電自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)行，整體情況良好，顯著提高了供電服務(wù)質(zhì)量和可靠性，有效提高配電網(wǎng)的現(xiàn)代化管理水平。美國電力科學(xué)研究院(Electric Power Research Institute, EPRI)在“智能電網(wǎng)體系”(Intelligent Grid Architecture)研究報(bào)告中提出了未來配電自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)要求。該系統(tǒng)包括配電網(wǎng)自愈控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電壓無功優(yōu)化在內(nèi)的各種高級應(yīng)用功能，能夠滿足有源配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控與管理的需要，充分發(fā)揮分布式電源的作用，優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行; 并可以提供豐富的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真分析和運(yùn)行控制與管理輔助決策工具[6]。國家電網(wǎng)公司也在近幾年的重點(diǎn)工作任務(wù)中明確提出，要加快配電網(wǎng)的建設(shè)改造，做好智能現(xiàn)代城市配電網(wǎng)建設(shè)，顯著提高配電自動(dòng)化水平。

以往的配電自動(dòng)化系統(tǒng)大多為無主站系統(tǒng)，通過配電線路的聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)重合器或具備自動(dòng)重合閘功能的開關(guān)設(shè)備間的邏輯配合(如時(shí)序等)，就地實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的故障隔離和恢復(fù)供電，對配電通信沒有明確的要求。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及配電終端的智能化和光纖等快速通道的應(yīng)運(yùn)而生，無主站系統(tǒng)沒有通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不能保證智能配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行?，F(xiàn)時(shí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由配電網(wǎng)通信綜合接入平臺、骨干層通信網(wǎng)絡(luò)、接入層通信網(wǎng)絡(luò)以及配電網(wǎng)通信綜合網(wǎng)管系統(tǒng)等組成。由于配電終端數(shù)量較大、通信節(jié)點(diǎn)分散、不同類型配電設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求不同，配電通信系統(tǒng)中多種通信方式綜合運(yùn)用。

本文在分析已部署的配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，深入分析當(dāng)前配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)存在的問題，并基于此分析IPv6應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，本著共享通訊網(wǎng)絡(luò)的理念，提出基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。新的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)系統(tǒng)為主體，可以同時(shí)承載未來配電網(wǎng)電源側(cè)和配電側(cè)的大量業(yè)務(wù)。

1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

配電自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)配電終端接入規(guī)?；蛲ㄐ磐ǖ赖慕M織框架，一般采用2層(主站-終端)或3層(主站-子站-終端)結(jié)構(gòu)。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示。

1.1 通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)行。已投運(yùn)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)主要包括骨干層通信網(wǎng)和接入層通信網(wǎng)。骨干層通信網(wǎng)分為核心層和匯聚層，采用同步數(shù)字體系(synchronous digital hierarchy, SDH)技術(shù)或者基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(multi-service transfer platform, MSTP)技術(shù)；接入層通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)施情況采用無源光網(wǎng)絡(luò)(passive optical network, PON)、工業(yè)以太網(wǎng)(ethernet passive optical network, EPON)、無線通訊技術(shù)和電力線載波通信技術(shù)。由于配電網(wǎng)中設(shè)備數(shù)量眾多、地域分布廣、節(jié)點(diǎn)分散、運(yùn)行環(huán)境惡劣、分布不均衡，配電接入網(wǎng)通常采用光纖、電力線載波、無線公網(wǎng)和無線專網(wǎng)多種通信方式統(tǒng)一接入。典型的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。對于每種通訊方式均配備以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口。

圖1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 Sstructure of distribution automation system

圖2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.2 Communication network architecture in distribution automation system

終端接入網(wǎng)的地理環(huán)境復(fù)雜，根據(jù)不同的環(huán)境要求和配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求采用與其相應(yīng)的通信技術(shù)，例如：具備遙控功能的配電自動(dòng)化區(qū)域優(yōu)先采用無線專網(wǎng)通信方式；需要通信能力支持以實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離的饋線自動(dòng)化區(qū)域采用光纖專網(wǎng)通信方式。

1.2 通信網(wǎng)絡(luò)存在的問題

目前，國家電網(wǎng)公司的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中只有部分采用了IPv4網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議。從系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，沒有IP化的局域通信網(wǎng)絡(luò)不具有開放、標(biāo)準(zhǔn)、通用等特性，從而制約了未來配電網(wǎng)中分布式電源/儲能裝置/微電網(wǎng)及高級配電運(yùn)行、高級配電管理等新業(yè)務(wù)的接入，無法實(shí)現(xiàn)與智能用電系統(tǒng)互動(dòng)。

未來的配電網(wǎng)是一個(gè)高度融合、安全和開放的網(wǎng)絡(luò)，在電源側(cè)和用戶側(cè)承載很多的新興業(yè)務(wù)。采用IPv4網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)雖然具備標(biāo)準(zhǔn)、兼容等技術(shù)特性，但是地址空間有限，不足以支撐未來配電自動(dòng)化系統(tǒng)所需接入的大量新設(shè)備，嚴(yán)重制約了配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，無法保證未來承載的新業(yè)務(wù)快速、安全、可靠地運(yùn)行，很難根據(jù)各業(yè)務(wù)的需求進(jìn)行安全策略配置和通訊管理。

IPv6的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)具備與生俱來的安全、開放、可靠和服務(wù)質(zhì)量(QoS)等特性，具有滿足以上需求的潛能[7]。目前國外很多電力公司已經(jīng)將IPv6技術(shù)應(yīng)用于高級量測體系(advanced metering infrastructure，AMI)中[8]，取得了明顯的效果。同樣的思路，IPv6的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)也可以用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中?；诖思夹g(shù)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)智能化應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)量測信息、故障報(bào)警信息和裝置干擾報(bào)警信息與配電終端采集信息的相互利用，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的精益化管理水平，實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化的發(fā)展目標(biāo)。IPv6在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的新運(yùn)用將有力地推動(dòng)國家電網(wǎng)公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和先進(jìn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施。

2 基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 架構(gòu)介紹

遵循公用通訊網(wǎng)絡(luò)的理念和行業(yè)發(fā)展趨勢，本文提出的基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示，由配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)、配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)、具有路由功能的配電終端以及可支持的配電網(wǎng)電源側(cè)和用戶側(cè)的其他業(yè)務(wù)構(gòu)成，是以配電自動(dòng)化系統(tǒng)為主體的公用通信網(wǎng)絡(luò)，許多電源側(cè)和用戶側(cè)的業(yè)務(wù)可以通過同一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該架構(gòu)中配電自動(dòng)化主站和終端的新功能將在下文中體現(xiàn)。

基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，骨干層通信網(wǎng)絡(luò)仍可采用IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以適應(yīng)目前骨干網(wǎng)的現(xiàn)狀，接入層通信網(wǎng)絡(luò)采用IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議代替以前的IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來支撐眾多新設(shè)備的接入。

IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的地址空間足夠大，使得本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不受IP地址空間的局限，根據(jù)業(yè)務(wù)需求任意擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，從而支持多種服務(wù)和業(yè)務(wù)融合[9-10]；根據(jù)配電網(wǎng)中不同業(yè)務(wù)部門和管理部門的需求，為同一智能設(shè)備分配多個(gè)IP地址，每個(gè)IP地址處于不同業(yè)務(wù)部門所管理的地址范圍。在此情況下，根據(jù)業(yè)務(wù)需求可以方便地設(shè)置IP網(wǎng)絡(luò)路由策略，把同一設(shè)備的不同數(shù)據(jù)分發(fā)到不同業(yè)務(wù)部門和管理部門的數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器上，提高了配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的管理能力[11]。

圖3 基于 IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.3 Communication network architecture for distribution automation system based on IPv6

采用IPv6技術(shù)建立配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作，同時(shí)支持配電網(wǎng)末端多樣化應(yīng)用接入以及高度集成以支持未來配電網(wǎng)在電源側(cè)和用戶側(cè)所需承載的分布式電源、需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車并網(wǎng)、智能家居等新業(yè)務(wù)。具有獨(dú)立IP地址的配電設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相連，有利于實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)端對端的管理和操作。

然而已有的配電設(shè)備不支持IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要對網(wǎng)絡(luò)和通信接口進(jìn)行升級和改造，在此過程中需要巨大的人力、財(cái)力和物力。在基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，某些無法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級改造的配電設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)集成具有一定的挑戰(zhàn)性。在基于IPv6的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中多種通信策略的融合方式也需要進(jìn)一步探究?；贗Pv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的配電終端局域網(wǎng)遵循開放式系統(tǒng)互聯(lián)(open system interconnection，OSI)協(xié)議，能兼容不同的物理層通信介質(zhì)，如電力線載波、無線網(wǎng)絡(luò)以及光纖等[12]。

2.2 基于IPv6的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站包括計(jì)算機(jī)軟件、操作系統(tǒng)、支撐平臺軟件和配電網(wǎng)應(yīng)用軟件，其功能結(jié)構(gòu)由應(yīng)用層、平臺層、操作系統(tǒng)層和硬件層組成?；贗Pv6的配電自動(dòng)化主站在滿足現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，在應(yīng)用層中部署配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(distribution network management system, DNMS)和配電安全管理系統(tǒng)(distribution safety management system, DSMS)，使得基于IPv6的配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)安全、開放和標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行環(huán)境。

DNMS用于監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)具有IP端點(diǎn)的智能設(shè)備(包括具有路由功能的配電終端、電動(dòng)汽車充電樁、智能電表、分布式電源等)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)為整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)故障診斷、故障處理、網(wǎng)絡(luò)配置、賬戶管理、性能監(jiān)視、流量管理等服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的尋址、路由、多路組播、QoS等功能的綜合配置和管理。DSMS負(fù)責(zé)提供設(shè)備入網(wǎng)安全認(rèn)證、用戶授權(quán)、數(shù)字證書管理、密鑰管理和信息加密等安全服務(wù)。

DNMS中對每個(gè)IP網(wǎng)元進(jìn)行有效的管理，兼有性能管理功能、故障管理功能、配置管理功能和安全管理功能。配置管理功能負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)元設(shè)備的配置信息，建立、修改或刪除通道，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行通道和設(shè)備的重新配置和路由恢復(fù)，有利于實(shí)現(xiàn)和管理配電終端間以及現(xiàn)場設(shè)備間的端對端通信。

2.3 具有路由功能的配電終端

傳統(tǒng)的配電終端采集和處理反映配電設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與故障信息并上傳給配電自動(dòng)化主站，接收主站命令，對配電設(shè)備進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。具有路由功能的配電終端使得其在保留原有終端功能的基礎(chǔ)上擴(kuò)展成為其他智能設(shè)備的通訊路由網(wǎng)關(guān)，能夠在配電網(wǎng)電源側(cè)和用戶側(cè)承載更多的業(yè)務(wù)，同時(shí)具有強(qiáng)大的路由功能。

具有路由功能的配電終端不僅具有對本地配電數(shù)據(jù)采集和存儲的功能(傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化終端功能)，是配電自動(dòng)化接入層通信網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，還是配電網(wǎng)電源側(cè)和用戶側(cè)傳感器組成的局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)末端與其他業(yè)務(wù)(分布式能源發(fā)電、電動(dòng)汽車、需求響應(yīng)和高級量測等)的通信。同時(shí)支持標(biāo)準(zhǔn)IP的路由及報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)、配電主站的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理，實(shí)現(xiàn)IPv6局域網(wǎng)的建立和管理。

具有路由功能的配電終端作為配電自動(dòng)化系統(tǒng)在電源側(cè)和用戶側(cè)所承載業(yè)務(wù)的鏈接點(diǎn)，具有劃分本地多個(gè)子網(wǎng)和流量控制的能力，根據(jù)各業(yè)務(wù)部門和管理部門的需要把不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)路由到不同的數(shù)據(jù)中心，從而進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量控制。

2.4 基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)擬承載的新業(yè)務(wù)

基于IPv6的配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)擬在電源側(cè)承載高級配電運(yùn)行、高級資產(chǎn)管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、智能傳感器接入等業(yè)務(wù)；在用戶側(cè)承載大量的智能電表及日益增多的分布式能源接入、電動(dòng)汽車并網(wǎng)、需求響應(yīng)等。

新的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可賦予每一個(gè)智能設(shè)備1個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的IPv6地址，能夠承載新業(yè)務(wù)并將所有的智能設(shè)備納入主站網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行一體化管理，使得各系統(tǒng)可共享公共通信基礎(chǔ)設(shè)施[13]。

3 基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性

3.1 可管理性

在IP網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)具有IP端點(diǎn)的智能設(shè)備均支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，能夠作為一個(gè)IP網(wǎng)元被通用的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)管理。因此基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以充分利用開放的、標(biāo)準(zhǔn)的 IP 架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的故障管理、配置管理、性能管理和安全管理等4項(xiàng)基本功能?？蛇h(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)所有IP端點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可視化、集中化的網(wǎng)絡(luò)配置管理、電力設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障事件收集記錄、故障點(diǎn)定位和排查、智能設(shè)備的身份驗(yàn)證和登錄準(zhǔn)入等功能。

基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)全部配電智能設(shè)備，在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視圖下納入配電主站系統(tǒng)的自動(dòng)化管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測其工作狀態(tài)，可有效增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的管理能力，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜程度。

3.2 服務(wù)質(zhì)量

公用網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、帶寬有不同的需求，電力公司中不同的業(yè)務(wù)部門和管理部門對通訊的時(shí)延、帶寬、通訊可靠性、數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率有不同的需求。IPv6的報(bào)頭結(jié)構(gòu)可以定義256個(gè)級別的優(yōu)先級，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求給每個(gè)設(shè)備和業(yè)務(wù)設(shè)定合適的優(yōu)先級，從而優(yōu)化系統(tǒng)的總體性能。比如，傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)要求數(shù)據(jù)和報(bào)文實(shí)時(shí)傳輸，其在本系統(tǒng)中具有最高優(yōu)先級。這樣在一個(gè)共享的網(wǎng)絡(luò)里，有利于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地傳送，能夠非常準(zhǔn)確地掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。一些其他業(yè)務(wù)，如溫度傳感、電表數(shù)據(jù)讀取等，對通訊的時(shí)延需求不太明顯，可以配置較低的優(yōu)先級。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)化配置能夠進(jìn)一步提高配電自動(dòng)化系統(tǒng)的整體效率，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的高效運(yùn)維和管理。

3.3 安全性

全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)給加密與鑒別選項(xiàng)提供了分組的保密性與完整性。IPv6的網(wǎng)絡(luò)層可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拒絕服務(wù)攻擊，抗擊重發(fā)攻擊，防止數(shù)據(jù)被動(dòng)或主動(dòng)偷聽，防止數(shù)據(jù)會話竊取攻擊等功能。

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中采用IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議承繼了IP技術(shù)獨(dú)有的安全特性，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性能，任意2個(gè)配電設(shè)備間端對端的通信安全性得以有效保障。

3.4 適用性

國家電網(wǎng)公司與配電網(wǎng)相關(guān)的系統(tǒng)由各業(yè)務(wù)部門根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理和運(yùn)維，造成了配電網(wǎng)中多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)并立、重復(fù)建設(shè)但又難以融合的局面，特別是諸多業(yè)務(wù)都從同一設(shè)備采集信息的時(shí)候難免會造成信息誤傳、漏傳。本文提出的基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)為此提供了一個(gè)完美的解決方案?；诙囗?xiàng)業(yè)務(wù)共享同一通訊網(wǎng)絡(luò)的理念，為電力公司提供了一個(gè)易于實(shí)施和經(jīng)濟(jì)可行的方案。由于IPv6網(wǎng)絡(luò)具有海量的地址空間，可以給配網(wǎng)中的每個(gè)智能設(shè)備提供1個(gè)或者多個(gè)IP地址，每個(gè)IP地址處于不同業(yè)務(wù)部門管理的網(wǎng)段上，配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以方便地配置路由策略，把各網(wǎng)段的數(shù)據(jù)信息根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求發(fā)送到不同地址的服務(wù)器上，使得配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以同時(shí)支撐和兼顧不同的業(yè)務(wù)需求，在無須對當(dāng)前業(yè)務(wù)部門的管理方式進(jìn)行大調(diào)整的情況下，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備業(yè)務(wù)共享。例如，當(dāng)調(diào)度、運(yùn)檢、營銷3個(gè)部門都對智能終端的某些數(shù)據(jù)感興趣時(shí)，可以給此智能終端分配3個(gè)獨(dú)立的IP地址，一個(gè)IP地址處于調(diào)度的管理網(wǎng)段，一個(gè)IP地址處于營銷部的管理網(wǎng)段,另一個(gè)IP地址處于運(yùn)檢部的管理網(wǎng)段，3個(gè)部門各自管理的數(shù)據(jù)服務(wù)器根據(jù)各自的業(yè)務(wù)需求隨時(shí)從配電終端獲取任意準(zhǔn)實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)同一智能傳感器為多個(gè)部門共同利用。以上這些配置都由配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。因此，IPv6網(wǎng)絡(luò)適用于目前國家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)的管理模式，可以進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的精益化管理。

4 結(jié) 論

基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，業(yè)務(wù)互通、設(shè)備互操作等功能，增強(qiáng)配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可靠性和安全性。

基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能將所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的智能設(shè)備納入主站網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行一體化管理，根據(jù)業(yè)務(wù)需求把數(shù)據(jù)傳給業(yè)務(wù)部門和管理部門的主站系統(tǒng)，使得各系統(tǒng)共享全I(xiàn)P化通信帶來的各種優(yōu)越技術(shù)特性，有利于實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)端到端的管理和操作，從更高層次支持配電自動(dòng)化設(shè)備間的互操作，給更多新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展提供更大的空間，使配電自動(dòng)化系統(tǒng)成為一個(gè)能夠承載新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用并與其他相關(guān)系統(tǒng)高度融合的系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)“一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，多種應(yīng)用”。

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(編輯 張小飛)

Communication Network Architecture for Distribution Automation System Based on IPv6

REN Zhengdong, LUAN Wenpeng, WANG Peng, GUO Shen

(China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

This paper reviews the implementation status of distribution automation system and analyzes the problems of its communication network architecture. Following the common communication network concept, we proposes a novel communication network architecture for distribution automation system based on IPv6, and discusses the advantages of the IPv6 based communication network architecture. The proposed communication network architecture for distribution automation system based on IPv6 meets the requirement of the future distribution automation system (user-side and grid-side). The significance of such communication network to the future smart grid can be expected.

IPv6; distribution automation; communication network architecture; distribution terminals

中國電力科學(xué)研究院創(chuàng)新基金項(xiàng)目(PD83-17-004)

TM76; TM77

A

1000-7229(2017)05-0111-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2017.05.015

2017-02-25

任征東(1988)，女，碩士，工程師，本文通信作者，主要研究方向?yàn)榕潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)，IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù);

欒文鵬(1964)，男，博士生導(dǎo)師，中央“千人計(jì)劃”國家級特聘專家，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)分析，高級量測體系，配電自動(dòng)化系統(tǒng)等；

王鵬(1982)，男，高級工程師，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)傳感技術(shù)，高級量測體系等；

郭屾(1984)，男，博士，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)傳感技術(shù)分析，高級量測體系等。