智能变电站通信网络及监测技术

王海勇

（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

智能变电站可以为当地居民提供高质量的供电，为各行业的可持续健康发展提供切实保障。高效率、低延时的通信网络是实现智能变电站的基础。因此，为确保智能变电站的运行安全性与稳定性，文章分析与研究了智能变电站通信网络及监测技术。

1 智能变电站通信网络特点

采用三层两网架构所建立的智能变电站通信网络结构中，三层结构分别表示站控层、间隔层以及过程层，而两网结构则表示站控网络层与过程网络层。三层两网的通信网络结构示意如图1 所示。与以往的数据通信网络相比，智能变电站通信网络结构具有以下几方面特点。

图1 三层两网的通信网络结构示意

1.1 结构优化

对于传统的变电站通信网络结构而言，其使用单星型结构构建网络，该通信网络类型在实际架构与安装期间存在一定的不便性，同时基于网络结构的单一化特点，导致其后期的可扩展性弱、实际应用灵活性差，无法切实有效根据各类智能终端特点为其开放相应的数据通道、数据格式，弱化了变电站的智能效果。为增强变电站的智能化特点，需要根据实际情况尽可能提升通信网络结构的可扩展性、灵活性、兼容性。例如，使用双星型组网方式或环网组网方式构建智能变电站的通信网络架构[1]。

部分变电站中通信网络的设计存在过程层网络与站控层网络不统一、不兼容情况，无法切实发挥智能变电站通信网络的整体性、宏观调控性特点。为有效解决以上问题，可以采用人工蛛网拓扑的通信网络结构，基于内、外两层的蛛网拓扑结构构建智能变电站通信网络中的“两网”结构。即站控层网络为“两网”结构中的外层网络。其中，以m表示交换机实际使用数量；过程层网络为“两网”结构中的内层网络，以n表示交换机实际应用数量。人工蛛网的拓扑结构示意如图2 所示。

图2 人工蛛网拓的扑结构示意

1.2 通信方式特点

在人工蛛网拓扑结构背景下，存在添加新链路或链路拓展需求时，智能变电站通过智能优化算法自动搜索最佳的链路连接方式实现该需求。同时，可以结合实际情况在合理范围内使用双机热备方式、多协议标签交换（Multi Protocol Label Switching，MPLS）技术实现添加和拓展链路的需求，确保数据流在传输期间能够通过2 条数据链路实现数据交互。另外，双机热备能够保证当某交换机出现故障时自动切换数据传输路径，以此为通信网络的运行稳定性提供切实保障，为技术人员、维修人员提供足量的维修处理时间[2]。

2 智能变电站通信网络应用分析

2.1 中低压接入网

对于中低压接入网络来说，要结合实际情况分别从技术、组网方案2 种角度分析中低压接入通信网络。

一方面，接入网通信技术。目前的通信技术主要包括无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）、电力载波通信（Power Line Communication，PLC）以及移动通信等相关通信技术。其中，PON 技术是当前各大电信公网架构中的主要组网技术。在互联网时代背景下，各类先进的网络技术、电子技术、信息技术不断成熟和完善，无源光纤网络技术的应用领域也更加宽泛且逐渐民用化，该项技术在电网配电自动化、电力光纤入户等相关项目中被广泛应用。根据市场发展趋势与受众需求，现阶段的无源光纤网络产品主要分为2 种，分别是千兆比特无源光网络（Gigabit Capable Passive Optical Network，GPON）、以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）[3]。此外，在基于5G 技术和物联网发展趋势的时代背景下，PLC 技术属于电力系统特有的通信方式，即以电力线缆为媒介实现数据流传输，在电力系统建设中逐渐被淘汰，当前主要用于配电网自动化、远程集中抄表等相关系统的数据传输网架构，以此在满足此类系统正常用电需求的前提下实现小型数据交互。

另一方面，接入网的组网方案。在智能变电站建设方面，自动化技术主要体现在配电网通信方面，包括柱上开关、开闭所、智能配电室以及环网柜等相关自动化设备。此类设备在实际应用期间能够有效实现对变电站电力数据的远程遥控、遥测、遥信等相关功能。以高宽带速度和质量为基础实现低延时的自动化控制效果，这对智能变电站通信网络的带宽提出了更高的要求。因此，在现阶段的智能变电站通信网络建设期间，需要充分结合实际情况，以变电站对数据交互效率、传输质量等要求为导向，以无源光纤网络技术为核心，构建相应的通信网络，这样不仅能够有效帮助智能变电站通信网络提质增效，加强数据信息传输期间的质量并减少丢包率，而且可以增强通信网络实际运行期间的可靠性、稳定性、安全性。

2.2 骨干通信网

骨干通信网络是保证通信网络稳定、高效运行的基础和关键，因此在智能变电站通信网络设计与架构期间，需要相关技术人员、设计人员结合实际情况选取科学合理的骨干通信网络技术提升骨干通信网络的数据传输质效。在分析骨干通信网络时，同样需要从技术和组网方案2 个方面开展。

一方面，骨干通信网络技术。目前，在架构骨干通信网络期间较为常用的技术有分组传送网技术（Packet Transport Network，PTN）以及光传送网技术（Optical Transport Network，OTN）[4]。PTN 技术在实际应用期间可以基于点对点的通信形式为分组业务交换提供通信信道，从而加强智能变电站通信网络在处理大体量数据流时的承载能力与交互能力，为相关业务的规范化、标准化、合理化开展提供保障。同时，PNT 技术具有一定的稳定性、扩展性、灵活性特点，通过端到端伪线仿真兼容异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）与时分复用技术（Time-Division Multiplexing，TDM）；对于OTN 技术而言，其核心是波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing，WDM），以OTN 技术为基础的通信网络结构可以分为光层和电层，两者在实际应用与运行期间具有较强的监控能力及管理效果，可以有效兼容绝大多数的网络环境。同时，OTN 技术有效加强运维人员的管理便捷性，通过自身的管理模块完善维护管理功能，也可以实现对故障、运行状态的监控，当出现故障或数据异常时向运维人员发出提示，从而提高运维人员发现问题的效率。

另一方面，骨干通信网络的组网方案。相关设计人员与网络架构人员可以结合实际情况，以同步数字体系光传输设备为骨干通信网络组网的基础，同时利用PTN 技术增强通信网络的复合性、多样性特点，形成分层联合组网结构，以此提升骨干通信网络与底层网络互联协议的兼容效果，加强底层业务的汇聚效率与汇聚质量。该方法不仅能够提升骨干通信网络对复杂多变IP 业务的承载力与处理灵活度，也可以保持大容量数据传输优势[5]。

3 智能变电站监测技术应用分析

3.1 数据处理

为进一步提高智能变电站监测技术的现代化、数字化、智能化特点，需要结合实际情况深化大数据、云计算、数据库等相关先进技术的应用，提高监测系统的自动化建设，以此有效降低人工处理需求。对于部分简单且重复性强的监测工作可以移交至监测系统执行，避因人工处理而出现的失误，进一步增强数据信息处理效率与精准性。利用大数据采集、分析智能变电站中各类终端设备实际运行期间所产生的各类数据信息，并利用数据库存储与分类此类数据信息，以此形成针对当前变电站运行状态的历史数据集，这样不仅可以实现现有数据信息与以往数据信息的对比，判断当前各类终端设备的运行状态以及是否存在运行异常，而且可以基于现有数据信息预测未来终端设备的运行状态，实现早发现、早预防、早解决的监测效果，大幅提升智能变电站的监测质量与监测可控性。如果存在异常，则可以根据具体异常类型、异常参数形成故障报告，为运维人员提供精准、可靠的异常数据，以此切实提升运维质效。

3.2 精准控制

在智能变电站中，相关工作人员可以通过监测中控系统实现对各类终端设备的远程监控与测试，不仅能够有效减少相关工作人员日常巡检的频率与所需消耗的时间，而且能够进一步加强变电站监测的精准性与可靠性。当智能变电站中某类终端设备出现异常或故障时，设备中的故障模组便会根据设定的故障报警程序向监测中控系统发出警报，并将其具体故障参数、故障信息、故障时间等上传至指定管理人员的移动端。如果故障类型处于远程处理范围内，则监测管理人员通过监测中控系统远程维修处理故障终端；如果故障类型处于远程处理范围外，则可以及时呼叫相关技术人员前往故障现场对故障设备进行针对性、专业性的维修与检查。该方法不仅可以有效解决传统故障应对策略中的不确定性缺陷，而且可以为运维人员提供精准、全面、完整的故障信息，切实提升故障解决效率。

3.3 图像监控

在智能变电站监测方面，不仅需要对各类终端设备的实际运行状态进行监测，还需要对终端设备所处环境、所在位置等进行监测。在此方面，智能变电站监测管理人员可以结合实际情况，如各类终端设备的安装位置、环境需求、设备特点以及设备重要性等因素合理设计环境监测方案。一般情况下，在环境监测中的主要监测对象分别是环境中的人员状态、物体状态、设备本身状态、温度、湿度以及风速等。可以在终端设备附近安装监控摄像头、温湿度检测器、风速检测器以及红外监控终端等设备，同时利用无线网络技术、线上平台系统等将各类监测终端连接，实时查看智能变电站内的物理环境情况，实现对智能变电站内部状态的动态化、实时化、全面化监测。另外，由于视频、高分辨率图像、音频等相关数据的存储量较大，为保障监测数据的长期可用性，可以利用数据库存储所采集的监测资料，当后续工作中存在对某一时间点或位置的调查需求时，可以及时查阅不同格式的监测数据[6]。

4 结 论

为充分保障变电站的长期稳定运行，有必要提高智能变电站通信网络架构的合理性，并科学利用现代化监测技术和监测措施，确保智能变电站的运行稳定性与安全性，促进电网智能化的发展与进步。