電力自動(dòng)化無(wú)線通信論文

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1電力自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多。就我國(guó)電力系統(tǒng)而言，其專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已建設(shè)成為以光纖通信為主干網(wǎng)的通信線路，覆蓋各地區(qū)的變電站和發(fā)電廠。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)不僅能夠支持EMS、遠(yuǎn)動(dòng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)，而且還能支持基本語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)，如行政及調(diào)度電話等。當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)對(duì)不同電壓等級(jí)分別采用了不同類(lèi)型的通信網(wǎng)絡(luò)控制，如RS485總線、CAN總線、互聯(lián)網(wǎng)等。近些年，伴隨著智能開(kāi)關(guān)及電子互感器的問(wèn)世及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用，電力系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)化程度不斷提高，這就使得電網(wǎng)中一次設(shè)備與二次設(shè)備的無(wú)縫集成變?yōu)榭赡堋?/p>

2無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在電力自動(dòng)化中的應(yīng)用

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主要由以下幾個(gè)部分組成：無(wú)線基站、管理服務(wù)器以及無(wú)線終端等。目前應(yīng)用于電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的無(wú)線通信技術(shù)主要有4種，即WPAN、WLAN、WMAN及WWAN。與傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯，其中以變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控效果最佳。但無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中卻存在如下缺點(diǎn)：由于它并不像有線通信一樣依靠通信線路進(jìn)行信號(hào)傳遞，而是利用無(wú)線電波在空中傳播信號(hào)，使得該信號(hào)很容易被竊聽(tīng)。若重要信息被竊聽(tīng)的話，則會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成威脅。為此，研究一種防竊聽(tīng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)是未來(lái)的主要趨勢(shì)。電力自動(dòng)化系統(tǒng)在使用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以有以下兩種選擇：①以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為基礎(chǔ)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)。②架設(shè)專(zhuān)用的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。這種方式可以使電力企業(yè)掌握更多對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，應(yīng)作為首選方案。但專(zhuān)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)需要較為龐大的安裝資金，并且投入使用后的維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較高，若采用該方式，企業(yè)必須認(rèn)真分析方案的可行后方可實(shí)施。隨著數(shù)字電子技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，可能將混合式網(wǎng)絡(luò)變成現(xiàn)實(shí)，而且這將為電力自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)提供便利條件。

3電力自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)方案選擇

3.1總線網(wǎng)

電力系統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)具有不同的功能和作用，如圖1為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控網(wǎng)主要用來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)的各種狀態(tài)，錄波網(wǎng)則負(fù)責(zé)故障信息的傳遞。電力系統(tǒng)主要以光纖為主要的通信介質(zhì)，通信距離約為2km。由于變電站的網(wǎng)絡(luò)接口都能與總線網(wǎng)絡(luò)有很好的鏈接，同時(shí)具有很高的可靠性，所以在中低壓變電站進(jìn)行使用非常合適。而對(duì)于220kV以上的變電站，在使用過(guò)程中由于節(jié)點(diǎn)過(guò)多而使能夠分配到的帶寬大大減少，造成網(wǎng)絡(luò)沖突。隨著沖突不斷發(fā)生，通信將變得毫無(wú)效率可言。因此，對(duì)于高壓變電站來(lái)說(shuō)，此方案不具備很好的適應(yīng)性。

3.2嵌入式以太網(wǎng)

變電站設(shè)有三個(gè)光纖以太網(wǎng)，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間互相獨(dú)立存在。如果用嵌入式以太網(wǎng)代替總線網(wǎng)，則與高壓變電站的間隔單元組屏不相適應(yīng)，所以變電站的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)被分為兩個(gè)層次，將10MB/s的以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò)，將后臺(tái)及PC端進(jìn)行連接，而總線網(wǎng)則發(fā)揮連接保護(hù)裝置的作用，從而把總線網(wǎng)的信息傳到主干網(wǎng)。這樣，以太網(wǎng)和總線網(wǎng)的結(jié)合就很好地規(guī)避了自身的不足，將二者各自的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。在以總線網(wǎng)進(jìn)行連接時(shí)，由于需要和所有保護(hù)裝置進(jìn)行連接使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增多、流量增大，加上帶寬的限制，不斷地重發(fā)信息，勢(shì)必會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)通信的效率。如果將嵌入式以太網(wǎng)和總線網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合，雖然沒(méi)有改變帶寬，但是大大減少了節(jié)點(diǎn)，大大降低了總線網(wǎng)的負(fù)荷，而當(dāng)信息傳輸?shù)街鞲删W(wǎng)絡(luò)上之后，由于主干網(wǎng)絡(luò)帶寬較大，即使保護(hù)裝置較多，也能保持較高通信效率。這樣，將嵌入式以太網(wǎng)和總線網(wǎng)結(jié)合使用就有效提高了網(wǎng)絡(luò)通信的效率，同時(shí)以太網(wǎng)支持的長(zhǎng)幀也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總線網(wǎng)，這樣使得錄波的傳輸效率也得到了很大的提升。由于PC機(jī)要和總線網(wǎng)連接，必須要使用PCLTA卡，這種卡的專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)，因此價(jià)格十分昂貴。如果PC使用量較大，則會(huì)加大使用的成本。如果使其和以太網(wǎng)進(jìn)行連接，可以更加方便，也節(jié)省更多成本。為了使各公司通信產(chǎn)品可以互相操作，IEC正在制定內(nèi)部通信協(xié)議，采用嵌入式以太網(wǎng)也具有更大的優(yōu)勢(shì)。

3.3通信網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性是衡量網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵因素之一。首先，分析間隔內(nèi)部LonWorks網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。LonWorks網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的通信，不同的網(wǎng)絡(luò)變量可以設(shè)置成不同的優(yōu)先級(jí)，這樣開(kāi)關(guān)變位等重要信息就可用優(yōu)先級(jí)高的網(wǎng)絡(luò)變量?jī)?yōu)先傳輸。在這種情況下，間隔內(nèi)部LonWorks網(wǎng)絡(luò)的傳輸實(shí)時(shí)性是有絕對(duì)保證的。以太網(wǎng)雖然沒(méi)有LonWorks網(wǎng)絡(luò)或CAN總線的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，但其帶寬達(dá)到10MB/s，因此可承受的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很大。研究表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不超過(guò)帶寬的37%時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的沖突率很低，故以太網(wǎng)的傳輸效率是有保證的。實(shí)際上，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部若使用合理的通信規(guī)約和傳輸模式，其網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與帶寬10MB/s的37%相比是很小的，網(wǎng)絡(luò)沖突率極低。美國(guó)電力研究院（EPRI）在制定UCA通信協(xié)議體系時(shí)，對(duì)以太網(wǎng)用于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性作了研究分析，結(jié)果表明當(dāng)使用交換式集線器時(shí)，10MB/s的以太網(wǎng)是完全可以滿足實(shí)時(shí)性要求的。因此，選擇10MB/s的以太網(wǎng)作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)部通信網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性是有保證的。但需要注意的是，必須使用交換式集線器。

4結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)變電站智能化程度的高低，在很大程度上取決于通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性及可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及信息化的不斷進(jìn)步，對(duì)電力自動(dòng)化也提出了更高要求，電力系統(tǒng)變電站也越來(lái)越向智能化發(fā)展，而電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展與其通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是密不可分的。因此在設(shè)計(jì)變電站的通信網(wǎng)絡(luò)方案時(shí)，應(yīng)該滿足電力自動(dòng)化對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的高要求，選擇可靠性高、可操作性高、穩(wěn)定性好的通信網(wǎng)絡(luò)。

作者：朱曉文 甘小勇 劉杰 單位：重慶彭水縣供電有限責(zé)任公司