关于电力自动化的通信网络研究.doc

1、关于电力自动化的通信网络研究摘要：本文通过对变电站的通信网络、电力自动化通信网络的选择方案以及电力自动化系统的网络安全实现等三个方面对电力自动化的通信网络进行了研究和分析。 关键词：变电站 电力 自动化 通信网络 中图分类号：TM411 文献标识码： A 就我国电力系统而言，其专用通信网络现已建设成为以光纤通信为主干网的通信线路，覆盖各地区的变电站、电厂。电力系统数据通信网络不仅能够支持 EMS、远动、实时数据通信等业务，而且还能支持基本语音通信业务，如行政及调度电话等。当前，我国电网自动化系统现场局域网对不同电压等级分别采用了不同类型的通信网络控制，如 RS485 总线、CAN、互联网等等。

2、近些年，伴随着智能开关及电子互感器的问世及其在电网中的应用，电力系统设备自动化程度不断提高，这就使得电网中一次设备与二次设备的无缝集成变为可能。 1 变电站的通信网络 1.1 体系分层 智能变电站分为过程层、间隔层和站控层 （1）过程层。过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。 （2） 间隔层。间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主 IED 等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。 （3） 站控层。站控层包括自动化站级监视控制系统、站域控制、通

3、信系统、对时系统等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（SCADA） 、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。 1.2 网络结构 智能变电站自动化系统采用的网络架构应合理， 可采用以太网、 环形网络， 网络冗余方式宜符合 IEC61499 及 IEC 62439 的要求。 110kV 及以下变电站网络结构 （1）站控层网络。通过相关网络设备与站控层其他设备通信，与间隔层网络通信。 逻辑功能上，覆盖站控层之间数据交换接口、站控层与间隔层之间数据交换接口。网络结构拓扑宜采用单星型； （2）间隔层网络。通过相关网络设备与本间隔其他设备通信

4、、与其他间隔设备通信、与站控层设备通信。逻辑功能上，覆盖间隔层内数据交换、间隔层与站控层数据交换、间隔层之间（根据需要）数据交换接口。间隔层网络支持与过程层数据交换接口。 （3）过程层网络。通过相关网络设备与间隔层设备通信。逻辑功能上，覆盖间隔层与过程层数据交换接口。 过程层网络在目前有 2 种组网方式：网络方式，网络结构拓扑宜采用星型，宜按照双网配置；采用点对点连接方式。 1.3 网络划分 1.3.1 站控层、间隔层网络交换机宜冗余配置，每台交换机端口数量除满足站控层设备接入要求，还应满足与二次设备室内交换机级联连接的要求，端口数量根据实际工程情况可配置大于或小于 24 口的交换机，但宜尽量

5、减少交换机数量。 1.3.2 智能变电站区别与常规变电站之一就是引入过程层网络，过程层网络因为其可靠性要求高，在采用网络组网方式时，宜独立组网，不与站控层、间隔层公用网络交换机,对克靠性要求特别高宜采用双网冗余机制。 2 电力自动化通信网络方案的选择 2.1 现场总线网 变电站一般会有两个网络，各有各的功能。一个负责传送及控制信息发送，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 000m，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1。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

6、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。 2.2 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。

7、2.3 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 1 500B，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

8、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。 3 电力自动化系统的网络安全实现 3.1 .物理层的网络安全实现 电力自动化系统网络的物理安全主要是指地震、水灾、火灾等环境事故；电源故障；人为操作失误或错误；设备被盗、被毁；电磁干扰；线路截获。以及高可用性的硬件、双机多冗余的设计、机房环境及报警系统、安全意识等。因此它是整个系统安全的前提。 首先，

9、环境安全。现在电力自动化机房完全能够满足国家标准GB50173-93电子计算机机房设计规范 、国标 GB2887-89计算站场地技术条件 、GB9361-88计算站场地安全要求 。机房地板一般采用防静电地板，机房温度、湿度都在合理范围内，环境温度 1530；相对湿度 10%75%；大气压力 86kPa108kPa。 其次，设备安全。机房电源一般都采用大功率长延时电源，机柜一般采用标准机柜，服务器一般采用双机冗余，地调和大型集控站基本上采用 UNIX 服务器，数据采集采用双通道甚至三通道，在系统发生故障时可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。这里需要特殊说明的是，一定要定期查看 UPS 电源的状

10、况，防止电池久用漏液。 3.2 网络层的安全实现 电力自动化系统是建立在网络系统之上的，网络结构的安全是安全系统成功建立的基础。在整个网络结构的安全方面，主要考虑网络结构、系统和路由的优化。 首先，网络拓扑上主要考虑到冗余链路，地级以上调度网和大型集控站都采用双网结构，数据采集通道甚至有 23 条备用链路。其次，电力自动化局域网可以考虑采用以交换机为中心、路由器为边界的网络格局，应重点挖掘中心交换机的访问控制功能和三层交换功能，综合应用物理分段与逻辑分段两种方法，来实现对局域网的安全控制。 其次，集控中心主站(调度大楼)和各集控站之间通过专用光纤网连接起来，调度大楼的骨干交换机被划分成多个 VLAN，每个集控分站一个虚网，本地一个虚网，在 VLAN 上配置初步访问控制策略。 结束语：综上所述，随着社会的不断发展，人们对电力自动化的要求也越为越高，为了满足这种要求，就必须提高通信网络的质量，因为通信网络的质量越高，变电站的质量就越高。 参考文献： 1 姜永涛 电力自动化通信网络探析 机电信息 2012（15） 2 袁伟刚 周侃行 电力自动化的通信网络浅谈 2013（04）