輸變電設備物聯網在線監測系統通信網絡設計研究

喻建兵

【摘 要】為了可以提高輸變電設施的物聯網感知能力和對大量信息的處理能力，研發出了與輸變電設備物聯網在線監測和設備資產管理系統相適應的通訊網絡結構，并且提出的扁平式網狀網結構，對現場信息搜集的點分散和分布式處理起了較大的支持作用，提高了對物聯網通信設備和通信流的有效管理和控制。

【關鍵詞】輸變電;物聯網;監測系統;網絡設計

基于設備資產管理、電力系統設備運行參數的在線監測以及信息數據的實時掌握的基礎之上，才能實現智能電網。物聯網有著十分強大的交互能力和信息采集能力，是實現智能電網、提高其敏感度的最基礎部分。網絡是物聯網的一個組成環節，通過它可以實現數據信息的傳遞，為物聯網數據和終端設施提供一個傳輸媒介，進而才可以實現有效的網絡管理與控制。

1、輸變電設備物聯網通信系統設計

1.1輸變電設備物聯網應用體系結構

到目前為止，我國變電站的主流通信規約是IEC61850。由于受到通信寬帶的限制，依然在輸電線路當中運用ICE101或是ICE104等輕量級的規約。若是從它的體系結構上分，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置了過程層的各種監測裝置和監控單元，使其可以對各種類型的變電設施和變電設備的監測狀態進行實時監控，并且接收設備狀態信息。間隔層的智能電子設施有狀態監測代理和狀態接入控制器，對各種智能、高效、集約的信息進行歸納整理和信息安全技術、標準化技術的接入。站控層主要是對各種監測數據信息儲存、加工、呈現、剖析、判斷和預測等技術進行應用，并依照有關規約，把相關信息傳遞到控制中心或調度中心。在對輸變電設施的在線監測和資產管理上，物聯網為其提供了強有力的技術支持{1}。物聯網有三個特點：第一，全面的感知特性。也就是利用各種傳感技術和識別技術對所有物體的位置、信息進行隨時隨地的采集。第二，傳輸的可靠性。利用運營商網絡或企業內部的專網，可以把具體信息準確、及時傳輸到數據終端或目的地。第三，應用便捷。把各種智能計算技術進行有機結合，對大量的信息和數據進行處理和分析，對物體也可以進行智能化管理。

1.2信息對通訊網絡的需求

輸變電設備物聯網監測技術有效應用，可以使得輸電線路運行狀況的感知、監測能力得到有效地提升，并被廣泛的應用在微氣象、視頻圖像、導線溫度、現場污穢以及導線的風偏、垂弧舞動的監測當中，實現了對輸電設備運行狀況的實時監測、對其生產過程的監督控制以及在發生風險時可進行自動報警。狀態檢修、資產查詢是屬于全生命周期的資產管理的內容。主要應用的通信網絡是智能傳感器、智能電子設備以及主站服務器等，他們相互作用，相互支持。輸變電設備物聯網在線監測功能需求。IED是一種有能力向外部資源發送數據信息或控制命令和接收外部資源的一種裝置，是由一個或者是多個處理器組成的。輸變電物聯網是由各個系統之間的相互作用來共同完成監測功能，但是，這種層層相連的網絡結構使得前端設施與主站設施之間出現脫節，不能對大量的數據信息進行有效的處理。

2、輸變電設備物聯網在線監測系統通信網絡設計

2.1通信架構的進化

終端信息數據的采集功能主要是通過過程層網絡當中的傳感器網絡完成的，通信面積廣闊和信息類型的復雜是其獨有的特點，而且對通信的安全性、可靠性、時效性等要求相對較低，同時在對資產類的終端進行管理時，還要具有較強的可移動性。每一個間隔層都要對本間隔層當中過程層的數據信息進行歸納和整理，并有著承上啟下的作用，也就是要把過程層和站控層的網絡通信功能同時高速地完成{2}。站控層是一個核心網絡，連接著本地的變電站控制中心和終端的變電站控制中心，同時也是公司設備管理當中的關鍵組成部分，利用光傳輸網或是數據網來實現信息的傳遞和接收。過程層、間隔層以及站控層組成了邏輯上的樹狀拓撲，其結構較為簡單，主要的信息流向也是以終端到主站縱行方向為主。

2.2通信網絡結構設計

在物理設備之間運用樹狀拓撲的穩定結構，可以在很大程度上防止廣播風暴，同時還有利于網絡較強的延展性，很容易的對故障進行隔離，具有較高的安全性和可靠性，這就是現在的網絡結構設計。現代的邏輯網絡摒棄了傳統的樹形點對多層的層級結構設計，采用了互聯的網狀網、扁平式的結構，并以IED設備為中心分布設置，為存儲和計算提供了多點對多點的網狀通信支持。

2.3輸變電設備傳感網的通信網絡拓撲結構

過程層在輸變電設備傳感網絡的通信網絡拓撲結構當中，主要任務是對數據信息進行采集;間隔層的主要功能是對本間隔層的實時數據信息進行歸納和總結，有著承上啟下的作用，同時還會與過程層和站控層進行對接，使其互通{3}。站控層的主要功能是利用光傳輸網或者是數據網來使得信息進行互換。

2.4在線監測通訊網絡設備的選擇

在對在線監測通訊網絡設備進行選擇的過程當中，可以對OSI七層體系當中的交換設備、路由設備以及傳輸設備進行選擇。交換設備在數據轉發上具有較高的效率、簡單的通信協議以及較高的寬帶利用率。然而，在交換設備組成的二層協議網絡當中，要依靠地址的解析協議來對廣播地址進行尋找，這樣就很容易導致廣播風暴，對網絡失去控制性，這時就需要快速生成樹協議進行補充。路由設備包括路由器等，具有較好的穩定性、安全性和可靠性，但卻有著較為復雜的網絡協議，數據的轉發率也相對較低，相關配置缺乏靈敏性，需要DHCP等服務器進行輔助才能進行數據的傳輸。傳輸設備指的是類似于同步數字體系網絡、多業務傳送平臺等，并且有著安全性能較高、寬帶利用率高、延時較低、資源利用率較低的特點，但通常不適宜用在本地網的接入當中。要結合輸變電設備物聯網的業務特點來對變電物聯網通信組網的方案進行構建。在過程層和間隔層當中可以利用設備的簡單交換來建立接入和匯聚功能的二級網絡{4}。對于變電站的控制中心到終端的調度控制中心，可以運用路由器組成的三層協議網絡。對于本地的通信網可以在接入網絡之后來對過程層中的傳感器、綜合監測單元節點的匯聚、通信協議的轉換和不同業務邏輯通道的劃分和隔離等進行完成。匯聚網的主要功能是實現對流量的匯聚、監管以及對終端設施的識別和認證進行互相關聯，把數據網絡連接到終端的變電站控制中心或公司的資產管理中心，組成核心網絡。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的分組傳送網絡。在確保輸變電設備物聯網中的監控、語音、視頻等被安全隔離之后，對信息的存儲、處理以及采集設備進行標識、區分和進行更好的網絡管理。

結束語：

綜上所述，通過對在線監測系統的有效運用，可以對設備的實施，運作狀況有一個全面地了解，同時還可以對實時數據進行在線監測和診斷，實現實時監控和實時警告的功能。通過對實時數據的分析，可以對設備進行更加準確的監測，提高系統的可靠性和可用性，使得監控業務的需求得到滿足，促進調控監控業務的快速發展。

參考文獻：

[1]胡致遠，楊炳爐，朱詠梅，呂玉祥，成云梅，楊家全.輸變電設備物聯網在線監測系統通信網絡設計[J].高電壓技術，2015，41（07）：2252-2258.

[2]朱詠梅. 輸變電設備物聯網系統現場監控平臺的設計與實現[D]. 重慶大學.

[3]黃天聰，鄧禮力，薛武，等. 輸變電設備物聯網通信網絡結構及拓撲分析[J]. 高電壓技術，2015，41（012）：3922-3928.

[4]何燕. 基于物聯網的輸變電設備狀態監測關鍵技術研究[D]. 湖南大學，2019.

（作者單位：江西省郵電建設工程有限公司）