關于集成電路在電力通信網中的應用思考

蘇章偉

【摘要】 電網安全與電能質量的保障必然要依靠集成通信電路的發展，本文主要對于集成電路在電力通信網應用進行重點探討，從三個層次進行論述，指出各層典型的集成電路各自特點和優勢，并進行相關的總結和對此，最后指出電力通信用集成電路的發展方向。

【關鍵詞】 智能電網 電力通信網 集成電路 通信

一、引言

目前，堅強智能電網則是我國全面電網建設的目標，其通信系統的特點則是體現出實時性、雙向性、高速性和集成性。在柔性電力體系、雙向通信系統中，能夠保證電網安全，有效提高電能質量，具體實現相關的電路拓撲管理、受擾后電路自動重配、故障定位以及電網系統的負荷評估等功能。但是通信技術在電力系統中發展十分迅速，包括多種技術，主要有無線通信、電力線載波通信、光纖覆蓋技術、RS485總線技術等。不同技術都有著自己不同的特點，在鏈路及終端價格、通信距離、帶寬、保密性等各個方面都有各自優勢，為了滿足未來電力通信網的靈活、高速特點，必然根據系統需求進行相關的綜合通信技術發展。文主要針對集成電路在電力通信網中的應用進行具體分析和討論。

二、集成電路在電力通信網應用分析

電力通信網中的通信系統經過分析，一般在邏輯上可以簡單分為三層，即物理與網絡層、傳輸層和應用層。不同的集成電路都在每一層相對應的使用，同時，這樣多層協議也集成在集成電路中。在物理層中，主要包括數據的打包、翻譯網絡地址到對應的物理地址，可靠性傳遞數據、物理連網媒介；在傳輸層中，則主要負責數據的加密、解密等、相關的數據安全等方面；在應用層中，主要負責格式化在網絡能理解的方案下的數據，并且能夠根據要求的網絡類型的不同而進行不同類型你給的格式化處理。

2.1 物理與網絡層

（1）RS-485。在機電一體化產品、多媒體網絡、儀表、儀器以及其他工業控制中，已經廣泛應用相應的RS-485接口芯片。在飛速的智能電網發展過程中，聯網實現數據和控制信息的交換成為一種必然，這在繼電保護設備、電網一次設備等各種電力設備中更是基本要求。其中，聯網功能并不能在RS-232芯片中實現，這是因為其是點對點的通信方式。而對于RS-485接口芯片來說，則不存在這個問題，能夠在不同場合選擇不同的功能要求的RS-485接口的芯片來使用，完全能夠滿足電力設備的通信要求。通過應用RS-485接口芯片，為了保證智能電網的安全與穩定，應該保證芯片具有通信速率快、終端匹配性好、光電隔離特點，并且能夠進行有故障保護、抗電磁干擾和終端反射、抗靜電雷擊的功能。

（2）光纖。在光纖通信系統中，主要有三部分組成，包括光發送機、光纖和光接收機。發送的信號由發送機首先經過一定的模數轉換，帶有信息的光波的發出，則是利用相關的轉換后的數字信號調制發送機的光電器件來實現。光接收機能通過光纖傳輸而接受到光波，光波中的數字信息也就能夠相應解調，這在一次的光纖通信全過程中，就完成了數模轉換恢復原始信號的過程。光纖通信系統的基礎則是集成電路，其對于光信號的調制、解調、放大、檢測具有非常重要的作用，能夠保證光信號的順利通信。在未來的智能電網的光纖通信系統中，應該充分綜合利用并且統一規劃相關的各類數據、圖像和語音通道，這樣能夠把繼電保護、電網自動化、和管理信息系統相關的數據信息進行有效整合，能夠有效保證電力系統安全穩定運行，所以說，光纖通信將會成為電力系統生產生活中非常重要的內容。

（3）PLC。雙向通信能力需要在電網中具備，以滿足現代電網的智能化要求。對于電力線載波技術（PLC）來說，其具有獨特優勢所在，在智能電網的通信技術中是一項關鍵技術，并不需要對于新的通信線路進行架設，障礙物和距離也對傳輸沒有任何影響。分析在智能電網通信中的網絡部分，主要有個域網（HAN）、臨域網（NAN）和廣域網（WAN）三個部分。其中，在個域網終端間的通信、臨域網的數據傳輸和廣域網的中壓部分能夠成功應用相應的PL技術。在智能電網的物理層中，PLC應用主要負責調制解調網絡層傳輸的數據包，在這方面的應用最為廣泛。另外，在從應用層獲取的數據以后，按照相應的PLC在網絡協議層的要求，可以轉換為PLC網絡可以理解的數據，同時，網絡功能具備管理和控制通信；用電信息并執行通/斷控制則是應用層的主要任務，另外，PLC通信傳輸數據給網絡協議層也會有所涉及。最近，工控領域中的的電力線波芯片應用增長非常快，一般分為數據傳輸領域、多媒體傳輸領域、指令傳輸領域等幾個方面，這是從載波芯片應用功能的分類。比如，道路監控、樓宇監控、石油開采監控等這些的音視頻多媒體傳輸的應用都是采用多媒體傳輸領域的芯片；智能家居、遠程抄表等方面則是采用指令傳輸領域的芯片；電力寬帶網絡終端設備電力Modem中則是主要采用相關的數據傳輸領域方面的芯片。

（4）無線。在智能電網通信體系中，不斷涌現出新的無線通信技術，消費類領域已經廣泛應用了CMOS集成收發信機，但是，在電力系統與用戶側方面的技術還不能有效應用，幾種比較常見的且有一定應用潛力的無線通信標準包括3G移動通信；WiFi無線網絡；Zigbee。

2.2 傳輸層

開放性和系統復雜性則是現代化智能電網的重要特點，這就必須注意外界交互中的侵擾問題。一方面要求智能電網具有自己保護能力，一方面還應該具備一定的自我修復功能。在考慮電網自動化系統的安全方面，涉及到的因素比較多，包括物理環境、數據信息，相關的硬件、軟件的設計、實現和運行等，還包括相關的越來越推廣的智能電表等設備，所以說，電網安全是一個重要問題。

可信任平臺模塊TPM就是所謂的安全芯片，其在內部能夠擁有獨立的處理器和存儲單元，完成相關的獨立地密鑰生成、加解密的操作，并可以對于密鑰和特征數據進行存儲，還能幫助電腦實現加密和安全認證服務。安全芯片應用比較廣，能夠應用在智能電網的用戶端信息安全，以及智能電網的鏈路層數據傳輸中的安全中。

采用的方式在實際操作過程中則有兩種，用對稱加密算法加密數據，用非對稱加密算法管理對稱算法的密鑰，主要特點就是能夠把兩類加密算法的優點進行綜合集成，滿足了快速加密且安全方便管理密鑰的要求。

2.3 應用層

在變電站自動化的通信協議中，主要應用IEC61850，其中，過程層、間隔層和變電站層則構成了變電站通信體系的三個層次。在抽象通信服務接口映射下，變電站層與間隔層之間的網絡能夠傳遞到TCP/IP以太網或光纖網、傳輸控制、制造報文規范（MMS）中。點向多點的單向傳輸以太網則是間隔層與過程層所采用的方式。其中，信息通過網絡交互，這在變電站的測控設備、智能設備、繼電保護裝置中都是采用相關的統一協議。

高穩定性、集成化、智能化以及模塊化則是電力自動化設備的發展趨勢，為了更好實現通信協議的芯片化，一定要加大自動化變電站的IEC61850專用通信芯片的研制工作，因為這樣能夠有效提高設備可靠性、提升標準化程度、使得系統設計的復雜性大大簡化、節省智能化配電設備開發的難度和成本。

三、結語

在現代化堅強智能電網建設的大潮中，為了實現安全化、互動化、數字化和信息化的下一代智能電網，就應該不斷加強以集成電路為核心的通信系統研究。再結合相關的集成電路在網絡層、傳輸層和應用層應用基礎上，對于當前技術發展進行分析，提出了電力通信集成技術發展情況及存在的不足，明確了未來電力通信系統的集成電路一定會朝著多功能集成、一次設備就地化、統一專用標準的方向發展。

參 考 文 獻

[1] 張東霞，姚良忠，馬文媛. 中外智能電網發展戰略[J]. 中國電機工程學報，2013，（31）

[2] 肖世杰. 構建中國智能電網技術思考[J]. 電力系統自動化，2009，33（9）