面向智能變電站通信網絡可靠性探究

許警

【摘 要】近年來，隨著智能變電站建設規模的不斷擴大，對其通信網絡的可靠性設計也提出了較高的要求，為了實現這一目標，在智能變電站實施建設過程中，相關設計人員就要根據變電站通信網絡結構，利用現代傳感技術和通信信息技術對其進行全面的優化和完善，以便進一步提高網絡的可靠性，進而為保障供電安全打下堅實的基礎。本文也會針對這一課題進行著重分析，并提出相應的優化建議，以便有關人士參考借鑒。

【關鍵詞】智能變電站;通信網絡;可靠性分析;優化建議

對于智能變電站而言，通信網絡的可靠性對其整體供電效率和供電質量等都有著很大的影響。而大多數智能變電站站內通信網絡都包括以下三種形式，即星形通信網絡結構、雙星形通信網絡結構合環形通信網絡結構，這些通信網絡在架構設計過程中，必須嚴格按照相應的設計標準要求來進行，并采用可靠度及平均無故障運行時（MTBF）的計算公式來對這三種通信網絡結構的可靠性進行全面檢測分析，這樣才能確保其運行的可行性，滿足智能變電站高效安全的長期供電需求。

1.變電站通信網絡構造設計分析

現今，大部分智能變電站通信網絡都是按照三層兩網結構模式進行設計，整個通信網絡主要包括三大組成部分，即站控層、間隔層和過程層。因此，在對其通信網絡進行設計時，就要盡量采取開放的分層分布式設計結構，即以工業以太網結構模式為主要設計標準，但考慮到變電站站控層設備與過程層設備之間一般不需要直接通信，所以按照相應的邏輯理論，相關設計人員就要盡量利用兩層以太網來對三層設備進行連接，進而形成拓撲式通信網絡結構來實現智能變電站的正常通信功能。

2.智能變電站通信網絡拓撲形式與可靠性分析

2.1網絡拓撲形式

目前，大部分智能變電站通信網絡的組態形式都是以單/雙星形或環形網絡組態形式為主，兩者之間有著較大的區別。其中，單星形通信網絡中所有間隔層智能電子設備與站控層智能電子設備及其他設備之間的信息交換都要通過核心交換機才能得以實現。而單環形通信網絡中間的間隔層IED設備與站控層和其它層之間的設備之間的信息交換與共享，則依靠快速生成樹協議（RSTP）來實現，并且該協議還可以連接備用通道。當假定同一智能變電站內單環網絡IEDi與IEDj之間進行信息交換時，需通過m個交換機，而其交換設備網絡接口的失效率為λ、單位長度鏈路失效率為μ、鏈路總長為L=Lij1+Lij2時，則通信網絡可靠度就可按照公式（1）來計算：

而平均無故障工作時間MTBF單環則按照公式（2）進行計算：

單星形網絡IED設備之間進行信息交換時，其通過交換設備的臺數與其通信網絡拓撲結構的層數v有關，即m=2（v-1）+1。基于此，若設IEDi與IEDj之間的鏈路長度為Lij，則其通信網絡的可靠度就可按照公式（3）進行計算：

而平均無故障工作時間MTBF單環則按照公式（4）進行計算：

相對而言，雙星形網絡的可靠度可以按照公式（5）進行計算：

而平均無故障工作時間MTBF單環則按照公式（6）進行計算：

2.2網絡可靠性對比分析

由公式（1）計算結果可以得知，單環路網絡的可靠度與其鏈路長度以及環路中智能設備之間進行信息交換時涉及的交換機臺數有關，即鏈路越長、交換機臺數越多、網絡可靠度越低;而公式（3）計算結果可以得知，單星形網絡的可靠度主要與其鏈路長度以及網絡結構的層數有關，即鏈路越長、結構層數越多、網絡可靠度越低;從公式（4）和（6）計算結果可以得知，雙星形網絡結構的平均無故障工作時間要高于單星形網絡的平均無故障工作時間約2倍左右。因此，建議智能變電站在設計通信網絡時，要盡量采用雙星形網絡拓撲結構形式，這樣才能提升其整體通信的可靠性。

3.提升智能變電站通信網絡可靠性的相關優化建議分析

首先，要盡量選擇性能完備、質量標準工業以太網交換機，確保其供電模式以相互獨立的雙電源供電模式為主，這樣才能進一步提升變電站通信網絡的可靠度;其次，要根據智能變電站各IED設備的分布情況來確定工業以太網交換機臺數和安裝位置，同時，還要按照相應的標準要求對交換機的安全間距、電壓等級、信息傳輸流量以及業務功能等進行科學合理的調整，盡可能確保同一安全間距和同一電壓等級的IED設備接入同一網絡交換機，這樣才能確保鏈路路徑的最優化，使其傳輸長度達到最短;第三，盡量采用光纖作為變電站IED設備之間的信息傳輸渠道，并將交換機端口網絡設置成靜態虛擬局域網（VLAN）模式，并根據智能變電站的實際功能要求對VLAN進行合理劃分，以便實現不同業務的隔離，進一步提升通信網絡的可靠性，促進整個智能變電站的高效穩定運行;最后，要對以太網設備接口物理故障及網絡回路和一些網絡病毒等因素所造成的廣播風暴進行全面抵制。在實際執行過程中，不僅要采用與STP/RSTP完全兼容的環網冗余協議，還要合理設計各IED設備端口流量。并且要確保交換機具備端口保護功能，這樣才能有效規避各類廣播風暴的產生，確保變電站通信數據信息的安全交換[2]。

結論分析：

綜上所述，通過本文對智能變電站通信網絡可靠性的分析和比較，可以得知，環形網絡結構的可靠度要優于星形網絡結構模式。并且為了進一步提高變電站的應用功能，使其能夠達到安全、高效的供電效果，還要選用性能合格的標準工業以太網交換機。另外，還要根據實際需求，合理配置交換機臺數和安裝位置，并對VLAN進行科學劃分，積極運用實時數據優先級技術對各種應用及信息流進行優先級分類和傳輸。此外，還要采取有效措施應對各種網絡廣播風暴，這樣才能最大化提升智能變電站通信網絡可靠性，從而為其建設規模的不斷擴大打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]許健嘉.智能變電站自動化通信網絡可靠性研究[J].電子元器件與信息技術，2019，（07）：37-40.

[2]胡毅，李璐.智能變電站自動化通信網絡結構研究[J].山東工業技術，2019，（02）：156-158.

（作者單位：江西省郵電建設工程有限公司）