輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究

喻建兵

【摘 要】為了可以提高輸變電設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)感知能力和對大量信息的處理能力，研發(fā)出了與輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測和設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)相適應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且提出的扁平式網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)場信息搜集的點(diǎn)分散和分布式處理起了較大的支持作用，提高了對物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備和通信流的有效管理和控制。

【關(guān)鍵詞】輸變電;物聯(lián)網(wǎng);監(jiān)測系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

基于設(shè)備資產(chǎn)管理、電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測以及信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌握的基礎(chǔ)之上，才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)有著十分強(qiáng)大的交互能力和信息采集能力，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)、提高其敏感度的最基礎(chǔ)部分。網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)組成環(huán)節(jié)，通過它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞，為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和終端設(shè)施提供一個(gè)傳輸媒介，進(jìn)而才可以實(shí)現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)管理與控制。

1、輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)

到目前為止，我國變電站的主流通信規(guī)約是IEC61850。由于受到通信寬帶的限制，依然在輸電線路當(dāng)中運(yùn)用ICE101或是ICE104等輕量級的規(guī)約。若是從它的體系結(jié)構(gòu)上分，可以分為過程層、間隔層以及站控層。在輸電線路和變電站上設(shè)置了過程層的各種監(jiān)測裝置和監(jiān)控單元，使其可以對各種類型的變電設(shè)施和變電設(shè)備的監(jiān)測狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且接收設(shè)備狀態(tài)信息。間隔層的智能電子設(shè)施有狀態(tài)監(jiān)測代理和狀態(tài)接入控制器，對各種智能、高效、集約的信息進(jìn)行歸納整理和信息安全技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的接入。站控層主要是對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)信息儲存、加工、呈現(xiàn)、剖析、判斷和預(yù)測等技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并依照有關(guān)規(guī)約，把相關(guān)信息傳遞到控制中心或調(diào)度中心。在對輸變電設(shè)施的在線監(jiān)測和資產(chǎn)管理上，物聯(lián)網(wǎng)為其提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持{1}。物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)特點(diǎn)：第一，全面的感知特性。也就是利用各種傳感技術(shù)和識別技術(shù)對所有物體的位置、信息進(jìn)行隨時(shí)隨地的采集。第二，傳輸?shù)目煽啃浴＠眠\(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)或企業(yè)內(nèi)部的專網(wǎng)，可以把具體信息準(zhǔn)確、及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端或目的地。第三，應(yīng)用便捷。把各種智能計(jì)算技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對大量的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，對物體也可以進(jìn)行智能化管理。

1.2信息對通訊網(wǎng)絡(luò)的需求

輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)有效應(yīng)用，可以使得輸電線路運(yùn)行狀況的感知、監(jiān)測能力得到有效地提升，并被廣泛的應(yīng)用在微氣象、視頻圖像、導(dǎo)線溫度、現(xiàn)場污穢以及導(dǎo)線的風(fēng)偏、垂弧舞動(dòng)的監(jiān)測當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了對輸電設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測、對其生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制以及在發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)時(shí)可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。狀態(tài)檢修、資產(chǎn)查詢是屬于全生命周期的資產(chǎn)管理的內(nèi)容。主要應(yīng)用的通信網(wǎng)絡(luò)是智能傳感器、智能電子設(shè)備以及主站服務(wù)器等，他們相互作用，相互支持。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測功能需求。IED是一種有能力向外部資源發(fā)送數(shù)據(jù)信息或控制命令和接收外部資源的一種裝置，是由一個(gè)或者是多個(gè)處理器組成的。輸變電物聯(lián)網(wǎng)是由各個(gè)系統(tǒng)之間的相互作用來共同完成監(jiān)測功能，但是，這種層層相連的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得前端設(shè)施與主站設(shè)施之間出現(xiàn)脫節(jié)，不能對大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的處理。

2、輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1通信架構(gòu)的進(jìn)化

終端信息數(shù)據(jù)的采集功能主要是通過過程層網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)完成的，通信面積廣闊和信息類型的復(fù)雜是其獨(dú)有的特點(diǎn)，而且對通信的安全性、可靠性、時(shí)效性等要求相對較低，同時(shí)在對資產(chǎn)類的終端進(jìn)行管理時(shí)，還要具有較強(qiáng)的可移動(dòng)性。每一個(gè)間隔層都要對本間隔層當(dāng)中過程層的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸納和整理，并有著承上啟下的作用，也就是要把過程層和站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能同時(shí)高速地完成{2}。站控層是一個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)，連接著本地的變電站控制中心和終端的變電站控制中心，同時(shí)也是公司設(shè)備管理當(dāng)中的關(guān)鍵組成部分，利用光傳輸網(wǎng)或是數(shù)據(jù)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和接收。過程層、間隔層以及站控層組成了邏輯上的樹狀拓?fù)?，其結(jié)構(gòu)較為簡單，主要的信息流向也是以終端到主站縱行方向?yàn)橹鳌?/p>

2.2通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在物理設(shè)備之間運(yùn)用樹狀拓?fù)涞姆€(wěn)定結(jié)構(gòu)，可以在很大程度上防止廣播風(fēng)暴，同時(shí)還有利于網(wǎng)絡(luò)較強(qiáng)的延展性，很容易的對故障進(jìn)行隔離，具有較高的安全性和可靠性，這就是現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代的邏輯網(wǎng)絡(luò)摒棄了傳統(tǒng)的樹形點(diǎn)對多層的層級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用了互聯(lián)的網(wǎng)狀網(wǎng)、扁平式的結(jié)構(gòu)，并以IED設(shè)備為中心分布設(shè)置，為存儲和計(jì)算提供了多點(diǎn)對多點(diǎn)的網(wǎng)狀通信支持。

2.3輸變電設(shè)備傳感網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

過程層在輸變電設(shè)備傳感網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)中，主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集;間隔層的主要功能是對本間隔層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸納和總結(jié)，有著承上啟下的作用，同時(shí)還會與過程層和站控層進(jìn)行對接，使其互通{3}。站控層的主要功能是利用光傳輸網(wǎng)或者是數(shù)據(jù)網(wǎng)來使得信息進(jìn)行互換。

2.4在線監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選擇

在對在線監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行選擇的過程當(dāng)中，可以對OSI七層體系當(dāng)中的交換設(shè)備、路由設(shè)備以及傳輸設(shè)備進(jìn)行選擇。交換設(shè)備在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)上具有較高的效率、簡單的通信協(xié)議以及較高的寬帶利用率。然而，在交換設(shè)備組成的二層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，要依靠地址的解析協(xié)議來對廣播地址進(jìn)行尋找，這樣就很容易導(dǎo)致廣播風(fēng)暴，對網(wǎng)絡(luò)失去控制性，這時(shí)就需要快速生成樹協(xié)議進(jìn)行補(bǔ)充。路由設(shè)備包括路由器等，具有較好的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，但卻有著較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)率也相對較低，相關(guān)配置缺乏靈敏性，需要DHCP等服務(wù)器進(jìn)行輔助才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。傳輸設(shè)備指的是類似于同步數(shù)字體系網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)傳送平臺等，并且有著安全性能較高、寬帶利用率高、延時(shí)較低、資源利用率較低的特點(diǎn)，但通常不適宜用在本地網(wǎng)的接入當(dāng)中。要結(jié)合輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)來對變電物聯(lián)網(wǎng)通信組網(wǎng)的方案進(jìn)行構(gòu)建。在過程層和間隔層當(dāng)中可以利用設(shè)備的簡單交換來建立接入和匯聚功能的二級網(wǎng)絡(luò){4}。對于變電站的控制中心到終端的調(diào)度控制中心，可以運(yùn)用路由器組成的三層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。對于本地的通信網(wǎng)可以在接入網(wǎng)絡(luò)之后來對過程層中的傳感器、綜合監(jiān)測單元節(jié)點(diǎn)的匯聚、通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和不同業(yè)務(wù)邏輯通道的劃分和隔離等進(jìn)行完成。匯聚網(wǎng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對流量的匯聚、監(jiān)管以及對終端設(shè)施的識別和認(rèn)證進(jìn)行互相關(guān)聯(lián)，把數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接到終端的變電站控制中心或公司的資產(chǎn)管理中心，組成核心網(wǎng)絡(luò)。其中，它的傳送渠道可以是SDH或者是MSTP，又或者是具有劃分能力更強(qiáng)的分組傳送網(wǎng)絡(luò)。在確保輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)中的監(jiān)控、語音、視頻等被安全隔離之后，對信息的存儲、處理以及采集設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識、區(qū)分和進(jìn)行更好的網(wǎng)絡(luò)管理。

結(jié)束語：

綜上所述，通過對在線監(jiān)測系統(tǒng)的有效運(yùn)用，可以對設(shè)備的實(shí)施，運(yùn)作狀況有一個(gè)全面地了解，同時(shí)還可以對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測和診斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)警告的功能。通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，可以對設(shè)備進(jìn)行更加準(zhǔn)確的監(jiān)測，提高系統(tǒng)的可靠性和可用性，使得監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求得到滿足，促進(jìn)調(diào)控監(jiān)控業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。

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（作者單位：江西省郵電建設(shè)工程有限公司）