智能電網(wǎng)用戶端通信技術(shù)論文

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1智能電網(wǎng)用戶端通信技術(shù)分析

1．1智能電網(wǎng)通信技術(shù)現(xiàn)狀

目前，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用。比如，變電站與控制中心之間采用IEC61970或IEC61968標(biāo)準(zhǔn)；變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部使用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信。當(dāng)前電網(wǎng)通信技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)種類多且兼容性不足，通信技術(shù)不能滿足不斷發(fā)展的用戶端新的要求，比如電動(dòng)汽車、智能家居和智能電表等。

1．2智能電網(wǎng)用戶端通信技術(shù)

智能電網(wǎng)用戶端涉及的領(lǐng)域較廣，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域有不同的通信技術(shù)存在，這是由于各種通信技術(shù)在不同時(shí)間階段不同行業(yè)發(fā)展有各自不同特點(diǎn)所形成。隨著新技術(shù)的發(fā)展，多元化的通信技術(shù)在智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

（1）InternetIP使用IP基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于與互聯(lián)網(wǎng)的有效銜接。用戶端通信采用基于TCP／IP的網(wǎng)絡(luò)，可以非常便捷地與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。其好處還在于大量IP成熟標(biāo)準(zhǔn)、有效工具能直接應(yīng)用到用戶端的應(yīng)用軟件。此外，IP基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支持帶寬共享和動(dòng)態(tài)路由能力，在智能電網(wǎng)用戶端中對(duì)最小存取延遲，最大丟包率或最小帶寬現(xiàn)狀等有特殊要求的應(yīng)用，一些IP如多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）技術(shù)可滿足此特殊要求。

（2）光纖以太網(wǎng)通信它采用光纖介質(zhì)運(yùn)行以太網(wǎng)LAN數(shù)據(jù)包。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層以任何標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)速度運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的速率限制功能，以非標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)速度運(yùn)行，最高可以達(dá)到10Gbit／s。目前光纖以太網(wǎng)通信在電力監(jiān)控系統(tǒng)中已有商業(yè)化產(chǎn)品投入運(yùn)行。

（3）電力線寬帶（BPL）該技術(shù)采用電力線傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)電力調(diào)制解調(diào)器可以在一定區(qū)域內(nèi)任意的電源插座上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入。電力線寬帶在缺少其它通信網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景，其優(yōu)點(diǎn)在于利用現(xiàn)有電力線上網(wǎng)而無(wú)新增通信線纜鋪設(shè)投資。但目前的BPL能夠提供的最大帶寬為4MB。因?yàn)殡娏W(wǎng)使用的大多是非屏蔽線，電磁兼容性的問(wèn)題嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度。

（4）3G移動(dòng)通信利用現(xiàn)有3G移動(dòng)通信可以避免建立專門的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所需的大量投資，使用方便、靈活。但若大量使用成本投入會(huì)較高，且日常的運(yùn)行、管理、維護(hù)費(fèi)用較高。故此通信技術(shù)適用于重要、且節(jié)點(diǎn)數(shù)少的遠(yuǎn)距離智能電網(wǎng)用戶端通信場(chǎng)合。

（5）無(wú)線通信（ZigBee、WiMedia、Wi－Fi）Wi－Fi技術(shù)具有較高的成本效益，能夠進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展以覆蓋大型地域和多個(gè)端點(diǎn)，且無(wú)需鋪設(shè)電纜。ZigBee通信使用跳頻擴(kuò)頻無(wú)線技術(shù)，該技術(shù)具有可靠性高、傳輸速率低、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，由此解決了傳輸堵塞和干擾。WiMedia通信的物理層采用超寬帶標(biāo)準(zhǔn)，其解決方案的射頻覆蓋水平與ZigBee相似，其數(shù)據(jù)傳輸速率高，并具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能。

（6）現(xiàn)場(chǎng)總線通信20世紀(jì)80年代中期產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，其特征為：數(shù)字化、全雙工傳輸、分支結(jié)構(gòu)多。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，導(dǎo)致其體系結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重大發(fā)展。

（7）通用工業(yè)協(xié)議（CIP）CIP是面向?qū)ο蟮墓I(yè)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。根據(jù)OSI／ISO七層協(xié)議模型，DeviceNet協(xié)議定義了七層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。而CIP協(xié)議是七層模型中的最上層———應(yīng)用層。CIP協(xié)議是De－viceNet的應(yīng)用層，同時(shí)是ControlNet、EtherNet／IP、CompoNet的應(yīng)用層。DeviceNet和ControlNet、Eth－erNet／IP、CompoNet共用同一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議CIP，但它們有各自的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

（8）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)當(dāng)前，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的性能不斷提高，成本不斷下降，其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速。相比其它現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)有：1）數(shù)據(jù)傳輸速率高，達(dá)到100Mbit／s；2）不同的傳輸協(xié)議能在相同總線上共存；3）在以太網(wǎng)中，數(shù)據(jù)存取技術(shù)采用變互式和開(kāi)放式；4）不同的拓樸結(jié)構(gòu)和不同的物理介質(zhì)得以存在和運(yùn)用。

2走向集成的智能電網(wǎng)用戶端通信技術(shù)

2．1集成的通信技術(shù)

在智能電網(wǎng)設(shè)備端，目前仍然是多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存。從用戶角度，希望通過(guò)通信技術(shù)集成以實(shí)現(xiàn)各種智能元器件與控制器之間的互聯(lián)互通，但并非必須用一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的功能。例如：Internet網(wǎng)絡(luò)并非同結(jié)構(gòu)的單一網(wǎng)絡(luò)，但用戶確能實(shí)現(xiàn)電子郵件、文件下載、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、網(wǎng)上游戲等不同類型的服務(wù)。從通訊協(xié)議的構(gòu)筑模型角度，大多數(shù)用戶端通訊協(xié)議均根據(jù)OSI的七層模型。當(dāng)前，自底層向上定義構(gòu)筑統(tǒng)一整體的通信協(xié)議大量存在，這使得在相同層次上的互聯(lián)性在各標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之間較難集成。其實(shí)，定義OSI分層模型是為了讓不同構(gòu)架、不同發(fā)展階段的通訊協(xié)議能相互獨(dú)立，使其能在獨(dú)立發(fā)展的同時(shí)具備良好的互相配合、結(jié)合，增加其相互間成為一個(gè)端對(duì)端完整協(xié)議的可能。比如，以TCP／IP協(xié)議棧為核心的Inter－net網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，不同的應(yīng)用層協(xié)議可以在上層網(wǎng)絡(luò)存在，而大量的不同局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)可以在下層網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信集成將應(yīng)運(yùn)而生。通信集成是指一個(gè)集成的通信軟硬件平臺(tái)融合多種通信協(xié)議及通信接口，實(shí)現(xiàn)不同通信技術(shù)的互通互聯(lián)。

2．2通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及融合

當(dāng)前不同的通信標(biāo)準(zhǔn)均在新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下不斷完善，擴(kuò)展自身的應(yīng)用領(lǐng)域，以適應(yīng)更多的設(shè)備應(yīng)用。隨著時(shí)間的推進(jìn)，各種通信標(biāo)準(zhǔn)互相滲透、延伸，標(biāo)準(zhǔn)之間的差異化在不斷縮小，逐步走向融合的特征將越來(lái)越明顯。如疊加在ControlNet、DeviceNet和EtherNet這三種完全不同的通信協(xié)議平臺(tái)之上的CIP協(xié)議規(guī)范，其公共的“網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用層、用戶層”協(xié)議規(guī)范與網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)無(wú)關(guān)，“異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)”下的不同通信協(xié)議之間的互聯(lián)互通得以實(shí)現(xiàn)。目前，不同通信協(xié)議之間可以通過(guò)通信網(wǎng)關(guān)方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)互通。將來(lái)，不同通信協(xié)議之間的軟硬件平臺(tái)將不斷進(jìn)行集成和融合，逐步發(fā)展成集成多通信協(xié)議、互相兼容的軟硬件平臺(tái)。這將有助于用戶端的使用便利性，制造商生產(chǎn)的統(tǒng)一性，從而推動(dòng)整個(gè)智能電網(wǎng)用戶端通信技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

作者：朱文灝 郭其一 單位：同濟(jì)大學(xué) 上海施耐德低壓終端電器有限公司