電氣工程中自動化融合技術的應用

曲小源

(青島職業技術學院,山東 青島 266000)

0 引言

配電通信網的主要作用是實現電網與用戶間的信息交互,隨著配電網規模的不斷擴大,對配網通信接入網提出了更高的要求。為了進一步促進自動化與電氣工程的融合創新,很多人進行了前瞻性研究[1]。配電網的網絡架構呈現出復雜化特征,配電系統也發生了變化,過去只是進行單一的電能分配,隨著業務范圍的擴增,逐步覆蓋了電能收集、傳輸、存儲等業務,如何實現配電網信息海量接入、提升信息傳輸的可靠性成為亟需解決的問題。目前,配電通信網中應用了各種通信技術,如寬帶無線接入技術、終端直通(D2D)技術等,還將BPLC技術與TD-LTE技術相融合,這種新型寬帶通信技術在一定程度上滿足了電力配用電業務的基本通信要求。智能配電網范圍相對較廣,監測點繁多,對通信可靠性要求較高,如果使用單一的通信接入技術,將無法滿足電力業務需要[2]?；诖饲闆r,設計了一種多技術融合的配電網終端通信接入架構。

1 配用電終端通信的接入特點

1.1 多業務復用

許多配用電終端通信接入技術已應用于智能電網中,效果較好,但是主要以配用電子系統為主,存在信息采集成功率低、通信可靠性難以滿足要求的問題,無法達到預期目標。配網業務種類較多,節點數量大,需進一步提升通信服務質量才能滿足配網業務需求[3]。

1.2 業務應用場景復雜

配用電網網絡架構復雜,應用范圍包括區域環境、空間位置、業務分類等。其中,區域環境是指敷設位置,空間位置包括敷設方式,業務分類是指系統涉及的各類業務。人們對配用電通信網的要求越來越高,但配電業務主要集中在生產Ⅰ區與管理Ⅳ區中,制約了配電網終端通信接入的發展。

2 多技術融合終端通信架構的設計

2.1 終端通信架構

目前,我國通信網主要包括配電與用電,如圖1所示(VPN代表虛擬專用網絡)。

圖1將電力終端通信接入網分為匯聚平面、中壓平面、低壓平面。匯聚平面為了滿足安全分區的要求,分為綜合數據網與調度數據網,且相互獨立,互不干擾。中壓平面、低壓平面主要通過物理隔離方式建立相應的數據網,在一定程度上提升了數據通信的完全性,滿足了智能配用電業務的通信要求。但其局限性日益凸顯,主要表現為中壓與低壓通信接入平面為了滿足具體的業務需求,通過多種技術融合方式構建通信網,使得通信網中存在相互獨立的子系統,無法實現多網協同。例如,在低壓通信網接入平面中應用光纖和電力線載波技術,使其可開展電力信息采集業務,但卻形成了相互獨立的子系統[4]。

圖1 電力終端通信接入網分層應用架構Fig.1 Hierarchical application architecture of power terminal communication access network

2.2 多技術融合終端通信架構擴展

傳統的接入網架構考慮到了配用電業務與管理模式需求,但是智能配用電業務可能會受到影響出現以下變化:用電信息采集、遠程費控、配電自動化等系統的通信效率得到提升,但終端接入要求難度逐漸增大。配電與用電兩種通信網的業務界限相對模糊,使用多技術融合后,配電網中會增加相應的業務,如信息采集、信息傳輸,且這些業務會逐漸拓展,需接入的通信信息量不斷增多。為了方便管理,需建立業務統一的專用通信接入網。用電信息采集系統在接入過程中需經過綜合數據網,這種方式在一定程度上降低了信息傳輸的安全性。應通過物理隔離安全等級劃分的方式,確保電網正常運行。為了滿足其需求變化,需通過多技術融合方式來構建終端通信架構,如圖2所示。

圖2 電力終端通信多技術融合接入網架構Fig.2 Multi-technology integrated access network architecture for power terminal communication

融合技術路線及功能說明:①技術融合后能夠對接入網的安全等級進行劃分,并設置相應的安全策略保護機制。②融合中壓通信平面層的網絡。網絡技術業務統一管理中需確保配用電業務安全接入中壓平面中,便于通信協議轉換。③低壓通信接入平面的網絡層融合。為了保證有線與無線專網協同,針對不同的網絡技術,可通過研制多模傳輸模塊與融合網關的方式來實現。

3 組網示例與應用

3.1 典型組網示例

配用電通信網要求較多,且不同的通信技術具有不同特征,為了充分發揮通信技術的作用,應構建典型的組網[5],在中壓與低壓通信平面上建立相應的光纖網絡,融入多種自動化無線技術,實現多技術融合,其網絡架構如圖3所示。

圖3 配用電終端接入多技術融合典型網絡結構Fig.3 Typical network structure of distribution terminal accessing multi-technology fusion

多技術融合網絡結構不僅能夠滿足配電業務、用電業務需求,還支撐多種業務縱橫互聯,主要融合技術路線為:

中壓通信接入平面融合技術,包括EOPN技術、RoF技術融合,可滿足平面中的Qos要求。中壓平面對配電通信網的要求較高,通信傳輸需具備較高的可靠性,因此采用雙通信通道融合設計,技術路徑詳見表1。

表1 中壓通信接入平面融合路徑Tab.1 Fusion path of medium voltage communication accessing plane

低壓通信接入平面融合技術。該平面使用的技術主要有EOPN技術、低壓PLC技術、WSN技術等[6]。融合這些技術可滿足平面中的Qos要求,由于平面要求相對較高,對用電終端靈活性有一定的要求,故采用有限通道與無線通道融合方式,技術途徑詳見表2。

表2 低壓通信接入平面融合技術Tab.2 Fusion technology of low-voltage communication accessing plane

3.2 應用分析

應用技術融合終端通信結構組網后,還需注意以下幾方面:①配用電終端多種通信技術方式共存的維護。針對配用電業務需求將多種技術融合,以其中一種或兩種技術為主,其余技術作為輔助,充分使用新網絡技術,進行多技術統一管理,便于統一維護。②區分加密。主要對象是配用電業務劃分數據安全等級,設置相應的秘鑰管理,將終端加密簡單化。例如,進行安全等級高的計量數據加密時使用計量芯片來完成。③針對配電業務特點利用合適的應用模式與頻段,如在進本地通信時采用WSN技術,選擇頻段為480 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz。為了保障功率消耗小且具有較強的穿透性,可采用480 MHz低頻段作為主要頻段,采用無線公網VPN作為相應的網絡通道[7]。終端采集數據過程中要不斷更新,保持較低功耗,可選擇無線公網中的NB-IoT技術來實現。

4 結束語

配用電分布較廣,監測點繁多,要求通信網具有可靠性,因此在配用電通信網的基礎上采用多種技術融合方式,建立了相應的網絡架構,以提升配電網的安全性與可靠性,這對于自動化配電通信網建設具有十分重要的作用。