IP网络在配电自动化中的应用分析

徐晓路

IP网络在配电自动化中的应用分析

徐晓路

（国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000）

根据配电自动化系统的通信要求，采用IP网络通信方案，将配电子站与控制中心连接到主干网络中，配电子站与配电终端连接到分支网络中。通过对IP数据流量、组网技术以及通信性能进行探索分析，并采用专业软件建立仿真模型进行分析，比较实际应用结果与仿真结果，分析IP网络在配电自动化中的应用效果。

IP网络；智能电网；通信技术；配电自动化

在电力工业领域中开始广泛讨论智能电网技术，并且将该项技术称为改变电力系统未来发展的关键技术，可见智能配电网在智能电网中的作用比较突出。

建设智能配电网，有助于提高配电自动化应用水平，还有助于提高电力供应质量，促进社会经济快速发展。对于配电自动化系统来说，通信系统属于配电主站、配电终端的连接纽带。而且在实际运行中，配电终端的重要特点是运行环境不佳、覆盖面积大，在应用通信技术时存在较多限制性因素。中国多数配电自动化系统所应用的通信技术包括电力载波技术、解调器技术和光纤业务传输平台技术等，且所应用的通信模式为点对点串行模式，终端数据可以借助配电子站向电力系统传输。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，且各级配电终端不能交换数据信息，从而无法实现就地控制功能。在通信技术快速发展过程中，能够使通信设备的应用成本降到最低。应用IP通信网络，可以确保各级主站设备以及终端设备实现通信与传输等功能，并且能够提升智能控制能力，这已经成为智能配电网及配电自动化的发展趋势。

1 配电自动化通信系统

1.1 系统结构分析

配电自动化系统组成形式包括分层式、分布式和集中控制式，并且在系统中包含变压器终端、终端设备层和配电主站层。将配电子站层配置在系统通信功能内，能够对数据进行集中处理和转发。配电自动化系统中，控制中心为主站，可以采集和监控数据，还可以实现馈线自动化功能，应用价值比较高。子站是一种网络汇接设备，能够有效连接上下层，可以有效汇总变压器终端单元、开闭所配电单元的信息数据，将数据信息传输到主站，并且将主站信息分配给相关终端设备。系统通信包含不同终端设备之间的通信、子站和主站之间的通信、终端和子站之间的通信等方式。通信架构模式为分层模式，控制中心和子站连接主要是借助主干网络实现。控制中心系统由管理员工作站、系统服务器以及前置服务器等组成。配电终端和子站连接主要利用分支网络实现。

1.2 通信报文传递

为了确保报文传递满足实时性要求，必须确保报文数据刷新周期和传递时间。针对报文传递所用时间问题，主要包括报文收发时间、处理时间、网络传输时间。按照不同报文类型、不同应用环境，可以将其划分为不同的类型，当报文类型不同，所使用的传递时间也存在差异性。相对于终端设备来说，中速报文属于测量量，状态量以及传递参数的报文；快速报文是一种不同终端设备之间的状态量变化、快速跳闸报文。对于3年专用网络，它是终端设备、主站之间的测量量、参数传输和状态量。针对快速刷新周期来说，属于1年内不同终端设备之间变化状态量。针对中速刷新周期来说，属于2年内不同终端设备之间变化状态量。因此需要按照终端设备的通信方式和所处位置的重要性进行明确。

2 IP网络在配电自动化中的应用分析

IP网应用于配电自动化时，多为分层结构，在连接主干网络和分支网络时，可以通过变电站三层交换机实现。地区内不包含光纤网络时，则应用分组无线业务与公共数据网络进行连接。在建设配电自动化时，必须注重配电子站与配电终端的分支网络，以此扩大设备覆盖面积。需要注意的是，配电自动化建设质量会影响运行安全性和稳定性。

2.1 主干网络

当前，我国大多数地区都已经建设主干网络，并且应用高速光纤网络，带宽传输速率能够超过100 Mbit/s。

2.2 分支网络

在配电自动化中，主要是通过以太网络作为光纤通信方式，且广泛应用到网络配置中。长期以来，分支网络形式包含工业以太网和以太网无源光纤网，通过应用GPRS/CDMA实现无线公网。对于以太网无源光纤网来说，可以有效支撑不同的业务接口和拓扑接口，因此属于纯光介质接入技术。相比于以太网无源光纤网来说，工业以太网能够应用到配电自动化通信中，但当环网柜处于失电状态时，会对以太网交换机造成影响，从而导致交换机不能继续运行，进一步导致光纤环网通信断开。通过应用以太网无源光纤网，当环网柜处于失电状态时，只会对该单元的通信产生影响，不会对光纤环网通信状态造成影响。此外针对工业以太网来说，其在实现数据传输时，需要借助光缆和双绞线传输方式，并且可以和商用以太网兼容。所施加的开关具有很强的适应性和相对较小的功率消耗。对于GPRS/CDMA，无线公共网络包括中国移动GPRS和中国联通CDMA，信号覆盖范围相对较宽，因此得以应用到多数地区配电网自动化系统中，可以将其作为电力专网，有效补充电力网络系统。

3 分析IP网络性能

3.1 计算数据流量

对于不同配电终端设备来说，所采集的数据刷新周期、数据量以及协议不同，通过比较分析不同协议通信数据报文能够看出，此种方式在配电变压器终端单元、开关馈线终端单元上存在较大差距，详情如表1所示。

表1 比较分析不同协议配电重点数据流

环网柜柱上开关配电变压器 遥信个数1970 遥测个数40155 IEC60870-5协议仅遥信221950 全信息872353111 IEC61850协议仅遥信4552130 流媒体协议4 0751 656854

3.2 网络仿真

OPNET仿真模型。此种仿真模型在对网络进行自动化仿真时，需要合理应用以太网无源光纤网。首先，应用视频会议服务模拟全数据信息，其次应用文件传输协议服务模拟变位遥信，模拟网络突发性事件，传递信息文件。

主站与终端设备之间的通信。通过光纤对IP网络实施组网，且配电终端设备与主站之间的数据通信，则需要借助主干网络和分支网络实现，可以根据相应的时间要求，对遥信信息进行刷新，进一步刷新配电终端设备。为了从根本上提升仿真结果的代表性，必须严格按照实际需求设置配电变压器终端、环网柜终端以及柱上开关终端的数量。所建立的模型将网络划分为不同局域网，其中包括配电子站局域网和控制中心局域网，之后通过光纤网络可以有效连接IP云端和局域网，以此建立完整的网络体系。对于不同的配电子站局域网来说，所包含的交换局域网可以有效模拟环网柜终端单元、柱上开关单元等。在对终端设备与主站通信方式进行模拟时，采用IEC60870-5协议和流媒体协议，以此观察不同协议的通信延时问题。按照观察结果能够看出，待至通信稳定之后，IEC60870-5协议通信延迟在0.25 ms，流媒体协议的通信延迟在0.13 ms。虽然不同协议都存在延迟问题，但是可以满足配电网自动化通信要求。

不同终端之间的通信。合理应用分支网络，能够实现终端设备之间，如柱上开关终端与环网柜终端之间的通信功能。在对遥信变位信息进行刷新时，必须严格按照时间要求，并且采用快速数据刷新方式实现，还可以对全数据进行刷新。比如环网柜馈线终端，需要环网柜馈线终端10个就能够建立完整的局域网，传输速率为10 M/s，并且可以建立相应的分析模型。按照分享结构能够看出，不同终端之间能够实现0.5 h通信。待至各数据信息稳定之后，流媒体协议通信延时3 ms，且IEC 60870-5协议通信延迟0.7 ms。在传递文件期间，由于数据量大，可能会在一定程度上促使网络延迟时间加长，所以为了满足终端与终端之间的通信，则需要合理应用IP网络。

4 结束语

综上所述，通过OPNET仿真模型试验结果能够看出，光纤接入与响应速度之间存在密切关联性，且接入光纤的终端设备报文传递时间比较短，应用于IP网络上的主站、子站和终端设备所组成的通信网络能够有效满足配电自动化的应用需求。当通信设备成本不断下降，通信技术向智能化和现代化的方向发展，配电自动化系统将有效提高供电的可靠性和稳定性，推动智能配电网和智能电网技术的发展。

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TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.069

2095－6835（2019）20－0152－02

〔编辑：王霞〕