IP網(wǎng)絡在配電自動化中的應用分析

徐曉路

IP網(wǎng)絡在配電自動化中的應用分析

徐曉路

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

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

IP網(wǎng)絡；智能電網(wǎng)；通信技術；配電自動化

在電力工業(yè)領域中開始廣泛討論智能電網(wǎng)技術，并且將該項技術稱為改變電力系統(tǒng)未來發(fā)展的關鍵技術，可見智能配電網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的作用比較突出。

建設智能配電網(wǎng)，有助于提高配電自動化應用水平，還有助于提高電力供應質(zhì)量，促進社會經(jīng)濟快速發(fā)展。對于配電自動化系統(tǒng)來說，通信系統(tǒng)屬于配電主站、配電終端的連接紐帶。而且在實際運行中，配電終端的重要特點是運行環(huán)境不佳、覆蓋面積大，在應用通信技術時存在較多限制性因素。中國多數(shù)配電自動化系統(tǒng)所應用的通信技術包括電力載波技術、解調(diào)器技術和光纖業(yè)務傳輸平臺技術等，且所應用的通信模式為點對點串行模式，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，且各級配電終端不能交換數(shù)據(jù)信息，從而無法實現(xiàn)就地控制功能。在通信技術快速發(fā)展過程中，能夠使通信設備的應用成本降到最低。應用IP通信網(wǎng)絡，可以確保各級主站設備以及終端設備實現(xiàn)通信與傳輸?shù)裙δ?，并且能夠提升智能控制能力，這已經(jīng)成為智能配電網(wǎng)及配電自動化的發(fā)展趨勢。

1 配電自動化通信系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

配電自動化系統(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)進行集中處理和轉(zhuǎn)發(fā)。配電自動化系統(tǒng)中，控制中心為主站，可以采集和監(jiān)控數(shù)據(jù)，還可以實現(xiàn)饋線自動化功能，應用價值比較高。子站是一種網(wǎng)絡匯接設備，能夠有效連接上下層，可以有效匯總變壓器終端單元、開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終端設備。系統(tǒng)通信包含不同終端設備之間的通信、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)絡實現(xiàn)。控制中心系統(tǒng)由管理員工作站、系統(tǒng)服務器以及前置服務器等組成。配電終端和子站連接主要利用分支網(wǎng)絡實現(xiàn)。

1.2 通信報文傳遞

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

2 IP網(wǎng)絡在配電自動化中的應用分析

IP網(wǎng)應用于配電自動化時，多為分層結(jié)構(gòu)，在連接主干網(wǎng)絡和分支網(wǎng)絡時，可以通過變電站三層交換機實現(xiàn)。地區(qū)內(nèi)不包含光纖網(wǎng)絡時，則應用分組無線業(yè)務與公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行連接。在建設配電自動化時，必須注重配電子站與配電終端的分支網(wǎng)絡，以此擴大設備覆蓋面積。需要注意的是，配電自動化建設質(zhì)量會影響運行安全性和穩(wěn)定性。

2.1 主干網(wǎng)絡

當前，我國大多數(shù)地區(qū)都已經(jīng)建設主干網(wǎng)絡，并且應用高速光纖網(wǎng)絡，帶寬傳輸速率能夠超過100 Mbit/s。

2.2 分支網(wǎng)絡

在配電自動化中，主要是通過以太網(wǎng)絡作為光纖通信方式，且廣泛應用到網(wǎng)絡配置中。長期以來，分支網(wǎng)絡形式包含工業(yè)以太網(wǎng)和以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)，通過應用GPRS/CDMA實現(xiàn)無線公網(wǎng)。對于以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)來說，可以有效支撐不同的業(yè)務接口和拓撲接口，因此屬于純光介質(zhì)接入技術。相比于以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)來說，工業(yè)以太網(wǎng)能夠應用到配電自動化通信中，但當環(huán)網(wǎng)柜處于失電狀態(tài)時，會對以太網(wǎng)交換機造成影響，從而導致交換機不能繼續(xù)運行，進一步導致光纖環(huán)網(wǎng)通信斷開。通過應用以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)，當環(huán)網(wǎng)柜處于失電狀態(tài)時，只會對該單元的通信產(chǎn)生影響，不會對光纖環(huán)網(wǎng)通信狀態(tài)造成影響。此外針對工業(yè)以太網(wǎng)來說，其在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時，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。所施加的開關具有很強的適應性和相對較小的功率消耗。對于GPRS/CDMA，無線公共網(wǎng)絡包括中國移動GPRS和中國聯(lián)通CDMA，信號覆蓋范圍相對較寬，因此得以應用到多數(shù)地區(qū)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，可以將其作為電力專網(wǎng)，有效補充電力網(wǎng)絡系統(tǒng)。

3 分析IP網(wǎng)絡性能

3.1 計算數(shù)據(jù)流量

對于不同配電終端設備來說，所采集的數(shù)據(jù)刷新周期、數(shù)據(jù)量以及協(xié)議不同，通過比較分析不同協(xié)議通信數(shù)據(jù)報文能夠看出，此種方式在配電變壓器終端單元、開關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)議配電重點數(shù)據(jù)流

環(huán)網(wǎng)柜柱上開關配電變壓器 遙信個數(shù)1970 遙測個數(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)絡仿真

OPNET仿真模型。此種仿真模型在對網(wǎng)絡進行自動化仿真時，需要合理應用以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)。首先，應用視頻會議服務模擬全數(shù)據(jù)信息，其次應用文件傳輸協(xié)議服務模擬變位遙信，模擬網(wǎng)絡突發(fā)性事件，傳遞信息文件。

主站與終端設備之間的通信。通過光纖對IP網(wǎng)絡實施組網(wǎng)，且配電終端設備與主站之間的數(shù)據(jù)通信，則需要借助主干網(wǎng)絡和分支網(wǎng)絡實現(xiàn)，可以根據(jù)相應的時間要求，對遙信信息進行刷新，進一步刷新配電終端設備。為了從根本上提升仿真結(jié)果的代表性，必須嚴格按照實際需求設置配電變壓器終端、環(huán)網(wǎng)柜終端以及柱上開關終端的數(shù)量。所建立的模型將網(wǎng)絡劃分為不同局域網(wǎng)，其中包括配電子站局域網(wǎng)和控制中心局域網(wǎng)，之后通過光纖網(wǎng)絡可以有效連接IP云端和局域網(wǎng)，以此建立完整的網(wǎng)絡體系。對于不同的配電子站局域網(wǎng)來說，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、柱上開關單元等。在對終端設備與主站通信方式進行模擬時，采用IEC60870-5協(xié)議和流媒體協(xié)議，以此觀察不同協(xié)議的通信延時問題。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)議都存在延遲問題，但是可以滿足配電網(wǎng)自動化通信要求。

不同終端之間的通信。合理應用分支網(wǎng)絡，能夠?qū)崿F(xiàn)終端設備之間，如柱上開關終端與環(huán)網(wǎng)柜終端之間的通信功能。在對遙信變位信息進行刷新時，必須嚴格按照時間要求，并且采用快速數(shù)據(jù)刷新方式實現(xiàn)，還可以對全數(shù)據(jù)進行刷新。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，可能會在一定程度上促使網(wǎng)絡延遲時間加長，所以為了滿足終端與終端之間的通信，則需要合理應用IP網(wǎng)絡。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過OPNET仿真模型試驗結(jié)果能夠看出，光纖接入與響應速度之間存在密切關聯(lián)性，且接入光纖的終端設備報文傳遞時間比較短，應用于IP網(wǎng)絡上的主站、子站和終端設備所組成的通信網(wǎng)絡能夠有效滿足配電自動化的應用需求。當通信設備成本不斷下降，通信技術向智能化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展，配電自動化系統(tǒng)將有效提高供電的可靠性和穩(wěn)定性，推動智能配電網(wǎng)和智能電網(wǎng)技術的發(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〕