电力自动化的通信网络分析研究

许永创

【摘 要】由于当前通信技术的发展，为各行各业智能化、自动化的推行提供了的坚实的基础。对于电力系统而言，实现其自动化必须依靠智能调控一体化操作系统，而这一系统的组建需要现代通信技术的参与。本文分析了我国电力自动化的通信网络现状，对电力自动化通信网络方案的选择及WIMAX和 WMN 网络在电力自动化中的应用做了详细阐述。

【关键词】电力自动化；通信网络；现场总线；以太网；WIMAX

一、电力自动化的通信网络现状

就当前我国电力自动化进程而言，专用的通信网络基本已经建成，其主体构成为光纤通信，并且将各地的变电站以及发电厂连成一体，促使我国电力系统中的各项数据信息实现了初步的共享。Internet则给这一系统提供了相关的通信网络连接服务，并且能够对我国当前的电力设施以及通信设施进行远程的数据传输服务，整个通信网络如下图：

图 电力自动化系统中的整体通信网络结构

在这一简单的通信网络中，所必须考虑的是将各基础设施以最低的成本连接成一个完整的数据共享传输系统，这一系统的建立为我们电力公司的决策和运营提供一个完整的数据库系统。此外，我国当前的这一通信系统可以支持 EMS、SMS、实时数据通信以及语音通信等业务。对于不同的局域网络管理系统能够根据不同的电压适配其网络控制，可供选择的除 Internet VPN之外还有 RS485 总线、CAN等。伴随着这些技术的成熟，我国将进一步完善无线通信网络，并且能够对一次设备和二次设备进行无缝连接和集成管理。

在混合使用的通信网络中，当前其发展因为信息时代数据扩张所提供的机遇而迎来了一个发展高潮。在电力通信网络、卫星通信开始投入到电力自动化系统使用之后，Internet VPN 以及无线通信技术（无线传感器、无线网状等网络形式）也获得了飞速的发展。当前技术发展的一个重大趋势则在于将这些系统整合而构成一个可直接提供决策参考依据的框架模式。

二、电力自动化通信网络方案的选择

（一）现场总线网

变电站一般会有两个网络，各有各的功能。一个负责控制网络的各种状态，即为监控网，另一个则负责传送故障信息，被称为录波网。从专业的网络视角分析可知，通信距离可高达2公里，主要通过光纤线路。这两个网络与其它接口进行联络，可以实现快速通信，这种方案现在被普遍使用。值得注意的是，电压不可过高，否则容易被干扰，或因过高导致流量太低，影响通信质量，进而降低使用效率，造成不必要的麻烦。尤其在多个网络一块应用时，更会造成信息之间的相互冲撞，会给信息接收者及发送者造成信息损失，影响电力系统在实际中的应用。

（二）多网结合

多网结合即现场总线网与多个以太网相结合，与单纯的现场总线网不同，此时的变电站有3个以太网，它们之间彼此独立地接受信息与发送信息，实现“三权分立”却又共同为网络服务。“三权”中的“两权”与后台机的联络通信，“一权”将所有设备联络，由此实现间隔输送。这种结合使得网络传输更加便捷，而且也可适用于高电压。两种网络各自发挥自身优势，一种网络的缺陷被另一种网络的优势弥补，这种“中+中=强”的模式得到了体现。

（三）比较分析

1、现场总线网只有一层网络，所有的信息都需要与它联系，就像一个容纳500人的大厅只有1个饮水机一样，这让场所变得更加拥挤，资源变得更加稀缺。而通畅有序方案中设有2层网络，使得信息通过不再拥挤，就像容纳500人的大厅拥有5个饮水机一样，显得通畅有序。所以，方案不仅能够很好地满足电力自动化系统的网络通信要求，而且还留有一定余地。以太网可支持最长的长帧为1500B，这远远高于总线网的支持状况，故多网结合方案中录波数据的实际传输效率也会随之多网结合增强。

2、以太网采用的都是TCP/IP的开放式协议，这种协议使得广域网相连变得更加方便。

3、网络全球化的实现使得网络也不再独属于一国，而是越来越具有国际性。多网结合方案的采用使得网络通信符合国际普遍做法，因为国际上普遍应用以太网来连接。

4、一般的个人计算机均需使用独立的板卡与总线网连接。在电脑比较多情况下，如果每台机器都要设置接口，成本支出会比较高，而多网结合可以满足多台个人计算机使用。

（四）通信网络传输分析

网络传输的实时性是衡量网络通信的关键因素。在以太网的方案中，可以从现场总线网络和以太网两个方面来分析。现场总线网络可以根据网络变量的不同来设置优先级，对重要的数据进行优先传输，为现场总线网络传输的实时性提供了有力保证。而对于以太网，虽然没有优先级设置，但是由于它的带宽较大，网络负荷较小，网络冲突率不高，仍然可以有效保证传输效率。根据对网络传输性能相关调查研究显示，在按照通信规定合理使用时，以太网完全可以满足网络传输实时性的需求。事实上，目前以太网已经被国外很多公司广泛用于电力自动化通信。

三、WIMAX和 WMN 网络在电力自动化中的应用

WIMAX具体是指全球互通技术，该技术的加入使得网络中枢的容量增加至 75Mbps。同时WIMAX还为单点对多点无线网络提供了一种标准化的通信协议， 即 IEEE802.16 标准，从而使不同厂商之间的产品互通成为可能，而这一点正是我们最为关注的。除此之外，WIMAX 技术还支持非视距通信，这对于受环境阻碍的电力系统而言，可从中获益良多，WIMAX 的应用能够使电力通信系统的性能获得显著改善。

（一）WIMAX与WMN混网的优势

1、有助于提高通信的可靠性

在无线网状的区域当中，发送者与接受者之间的冗余路径是由无线中枢负责提供的，这样便消除了单点故障以及瓶颈链接问题，从而显著提高了通信的可靠性。因为有多重路由可供选择，所以确保了网络抗潜在问题的健壮性。为此，采用WMN（无线多跳网络）技术后，即便在网络元件出现故障或是网络拥塞时，我们的通信网络仍然能够安全、稳定、可靠运行。

2、建设成本低

因为网状网络仅仅需要线路上的几个点与有线网络进行连接即可，这样一来能够大幅度节约前期建设成本，而且还能以最合理的费用对网络进行改造升级。

3、覆盖范围大

现阶段，WLAN 的数据传输速率较之以往有了明显增加，虽然如此，但 WLAN 的整体覆盖范围和连通性却有所下降。而WIMAX 技术能够确保局域控制中心与 远程控制中心之间的远距离通信性能，也就是说混网结构可以实现电力自动化要求的高速率、远距离通信。

4、自动网络连通

在混网结构中，WMN 区域能够实现动态的自我组织和配置，即网路当中的节点可以自动建立并保持网络连通，从而给我们提供了无缝多跳式的互联服务。

（二）混网结构设计的关键问题

1、监视环境

对于变电站而言，由于电力线路和RF的干扰，使得环境非常嘈杂，为了进一步扩大网络容量，并限制无线电干扰，在开发通信协议时，应当积极采用先进的无线电技术，如MIMO 技术、智能天线等等。

2、WIMAX塔台的最佳安装位置

在该混网结构中，设计一种既有效且成本又低的网络基础设施尤为重要。鉴于此，配有RF硬件的WIMAX 塔台必须设置在网状区域的最佳位置上，这样不仅能够降低基础设施建设成本，而且还能满足电力自动化的服务质量要求。

3、灵活性

在混网结构中，灵活性是必须考虑的问题之一，可以采用低反映时间切换管理算法来支持移动设备控制器的通信服务，当出现报警时，移动设备管理器可由本地监视系统代替。

4、扩展性

在当前我国经济高速发展下，社会对电力需求不断增加，我们的电网不可避免地会配置新的变电站，以此来满足社会用电量日益增长的需求。所以在混网结构设计时，必须考虑到网络的扩展性，这样才能适应不断增长的新通信需求。

5、安全性

无论任何通信网络，安全性都是最为重要的环节之一，也是网络设计时必须重点考虑的问题。网络中的阻断服务攻击有可能对混网的运行构成一定威胁，所以应当采取相应的措施确保网络安全。如加密技术、密码系统等等，均可以有效解决混网的安全性问题。

四、结语

综上，随着科学技术的不断发展以及信息化的不断使用，对电力自动化也提出了更高要求，电力系统变电站也越来越向智能化发展，电力自动化的优劣取决于通信网络质量，因此通信网络是所有问题的关键。所以我们在进行通信网络的方案设计时，应该满足电力自动化对通信网络的更高要求，选择可靠性较高，可操作性高，稳定性较高的通信网络。

参考文献：

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