IP網絡在配電自動化中的應用分析

徐曉路

IP網絡在配電自動化中的應用分析

徐曉路

（國網浙江省電力有限公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

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

IP網絡；智能電網；通信技術；配電自動化

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

建設智能配電網，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量，促進社會經濟快速發展。對于配電自動化系統來說，通信系統屬于配電主站、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。中國多數配電自動化系統所應用的通信技術包括電力載波技術、解調器技術和光纖業務傳輸平臺技術等，且所應用的通信模式為點對點串行模式，終端數據可以借助配電子站向電力系統傳輸。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據信息，從而無法實現就地控制功能。在通信技術快速發展過程中，能夠使通信設備的應用成本降到最低。應用IP通信網絡，可以確保各級主站設備以及終端設備實現通信與傳輸等功能，并且能夠提升智能控制能力，這已經成為智能配電網及配電自動化的發展趨勢。

1 配電自動化通信系統

1.1 系統結構分析

配電自動化系統組成形式包括分層式、分布式和集中控制式，并且在系統中包含變壓器終端、終端設備層和配電主站層。將配電子站層配置在系統通信功能內，能夠對數據進行集中處理和轉發。配電自動化系統中，控制中心為主站，可以采集和監控數據，還可以實現饋線自動化功能，應用價值比較高。子站是一種網絡匯接設備，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據，將數據信息傳輸到主站，并且將主站信息分配給相關終端設備。系統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。通信架構模式為分層模式，控制中心和子站連接主要是借助主干網絡實現。控制中心系統由管理員工作站、系統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絡實現。

1.2 通信報文傳遞

為了確保報文傳遞滿足實時性要求，必須確保報文數據刷新周期和傳遞時間。針對報文傳遞所用時間問題，主要包括報文收發時間、處理時間、網絡傳輸時間。按照不同報文類型、不同應用環境，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，狀態量以及傳遞參數的報文；快速報文是一種不同終端設備之間的狀態量變化、快速跳閘報文。對于3年專用網絡，它是終端設備、主站之間的測量量、參數傳輸和狀態量。針對快速刷新周期來說，屬于1年內不同終端設備之間變化狀態量。針對中速刷新周期來說，屬于2年內不同終端設備之間變化狀態量。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網絡在配電自動化中的應用分析

IP網應用于配電自動化時，多為分層結構，在連接主干網絡和分支網絡時，可以通過變電站三層交換機實現。地區內不包含光纖網絡時，則應用分組無線業務與公共數據網絡進行連接。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，配電自動化建設質量會影響運行安全性和穩定性。

2.1 主干網絡

當前，我國大多數地區都已經建設主干網絡，并且應用高速光纖網絡，帶寬傳輸速率能夠超過100 Mbit/s。

2.2 分支網絡

在配電自動化中，主要是通過以太網絡作為光纖通信方式，且廣泛應用到網絡配置中。長期以來，分支網絡形式包含工業以太網和以太網無源光纖網，通過應用GPRS/CDMA實現無線公網。對于以太網無源光纖網來說，可以有效支撐不同的業務接口和拓撲接口，因此屬于純光介質接入技術。相比于以太網無源光纖網來說，工業以太網能夠應用到配電自動化通信中，但當環網柜處于失電狀態時，會對以太網交換機造成影響，從而導致交換機不能繼續運行，進一步導致光纖環網通信斷開。通過應用以太網無源光纖網，當環網柜處于失電狀態時，只會對該單元的通信產生影響，不會對光纖環網通信狀態造成影響。此外針對工業以太網來說，其在實現數據傳輸時，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，無線公共網絡包括中國移動GPRS和中國聯通CDMA，信號覆蓋范圍相對較寬，因此得以應用到多數地區配電網自動化系統中，可以將其作為電力專網，有效補充電力網絡系統。

3 分析IP網絡性能

3.1 計算數據流量

對于不同配電終端設備來說，所采集的數據刷新周期、數據量以及協議不同，通過比較分析不同協議通信數據報文能夠看出，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 比較分析不同協議配電重點數據流

環網柜柱上開關配電變壓器 遙信個數1970 遙測個數40155 IEC60870-5協議僅遙信221950 全信息872353111 IEC61850協議僅遙信4552130 流媒體協議4 0751 656854

3.2 網絡仿真

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

主站與終端設備之間的通信。通過光纖對IP網絡實施組網，且配電終端設備與主站之間的數據通信，則需要借助主干網絡和分支網絡實現，可以根據相應的時間要求，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、環網柜終端以及柱上開關終端的數量。所建立的模型將網絡劃分為不同局域網，其中包括配電子站局域網和控制中心局域網，之后通過光纖網絡可以有效連接IP云端和局域網，以此建立完整的網絡體系。對于不同的配電子站局域網來說，所包含的交換局域網可以有效模擬環網柜終端單元、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協議和流媒體協議，以此觀察不同協議的通信延時問題。按照觀察結果能夠看出，待至通信穩定之后，IEC60870-5協議通信延遲在0.25 ms，流媒體協議的通信延遲在0.13 ms。雖然不同協議都存在延遲問題，但是可以滿足配電網自動化通信要求。

不同終端之間的通信。合理應用分支網絡，能夠實現終端設備之間，如柱上開關終端與環網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，并且采用快速數據刷新方式實現，還可以對全數據進行刷新。比如環網柜饋線終端，需要環網柜饋線終端10個就能夠建立完整的局域網，傳輸速率為10 M/s，并且可以建立相應的分析模型。按照分享結構能夠看出，不同終端之間能夠實現0.5 h通信。待至各數據信息穩定之后，流媒體協議通信延時3 ms，且IEC 60870-5協議通信延遲0.7 ms。在傳遞文件期間，由于數據量大，可能會在一定程度上促使網絡延遲時間加長，所以為了滿足終端與終端之間的通信，則需要合理應用IP網絡。

4 結束語

綜上所述，通過OPNET仿真模型試驗結果能夠看出，光纖接入與響應速度之間存在密切關聯性，且接入光纖的終端設備報文傳遞時間比較短，應用于IP網絡上的主站、子站和終端設備所組成的通信網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代化的方向發展，配電自動化系統將有效提高供電的可靠性和穩定性，推動智能配電網和智能電網技術的發展。

［1］王云濤.基于IPv6的配電自動化系統通信網絡構架［J］.科技資訊，2019，17（14）：44-45.

［2］田沐華.IPv6及其在電力自動化系統中的應用探討［J］.中國科技縱橫，2019，15（2）：32-33.

［3］彭道剛，趙斌斌，宋磊，等.嵌入式多ARM架構的配電網自動化遠方終端設計［J］.自動化儀表，2016，37（4）：72-77.

［4］張小秋.芻議IP技術在配電自動化通信系統中的應用［J］.通訊世界，2016（13）：160-161.

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.069

2095－6835（2019）20－0152－02

〔編輯：王霞〕