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電力自動化無線通信論文

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電力自動化無線通信論文

1電力自動化通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信在我國各個領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多。就我國電力系統(tǒng)而言,其專用通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已建設(shè)成為以光纖通信為主干網(wǎng)的通信線路,覆蓋各地區(qū)的變電站和發(fā)電廠。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)不僅能夠支持EMS、遠動、實時數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù),而且還能支持基本語音通信業(yè)務(wù),如行政及調(diào)度電話等。當(dāng)前,我國電網(wǎng)自動化系統(tǒng)現(xiàn)場局域網(wǎng)對不同電壓等級分別采用了不同類型的通信網(wǎng)絡(luò)控制,如RS485總線、CAN總線、互聯(lián)網(wǎng)等。近些年,伴隨著智能開關(guān)及電子互感器的問世及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用,電力系統(tǒng)設(shè)備自動化程度不斷提高,這就使得電網(wǎng)中一次設(shè)備與二次設(shè)備的無縫集成變?yōu)榭赡堋?/p>

2無線通信網(wǎng)絡(luò)在電力自動化中的應(yīng)用

無線通信網(wǎng)絡(luò)主要由以下幾個部分組成:無線基站、管理服務(wù)器以及無線終端等。目前應(yīng)用于電力自動化系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)主要有4種,即WPAN、WLAN、WMAN及WWAN。與傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡(luò)相比,無線通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用方面的優(yōu)勢更加明顯,其中以變電站的遠程監(jiān)控效果最佳。但無線通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中卻存在如下缺點:由于它并不像有線通信一樣依靠通信線路進行信號傳遞,而是利用無線電波在空中傳播信號,使得該信號很容易被竊聽。若重要信息被竊聽的話,則會對電力系統(tǒng)造成威脅。為此,研究一種防竊聽的無線通信網(wǎng)絡(luò)將會是未來的主要趨勢。電力自動化系統(tǒng)在使用無線通信網(wǎng)絡(luò)時,可以有以下兩種選擇:①以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為基礎(chǔ),如蜂窩網(wǎng)絡(luò)。②架設(shè)專用的無線通信網(wǎng)絡(luò)。這種方式可以使電力企業(yè)掌握更多對通信網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán),應(yīng)作為首選方案。但專用無線網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)需要較為龐大的安裝資金,并且投入使用后的維護費用也相對較高,若采用該方式,企業(yè)必須認真分析方案的可行后方可實施。隨著數(shù)字電子技術(shù)及無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展,可能將混合式網(wǎng)絡(luò)變成現(xiàn)實,而且這將為電力自動化通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供便利條件。

3電力自動化通信網(wǎng)絡(luò)方案選擇

3.1總線網(wǎng)

電力系統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)具有不同的功能和作用,如圖1為無線通信網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控網(wǎng)主要用來控制網(wǎng)絡(luò)的各種狀態(tài),錄波網(wǎng)則負責(zé)故障信息的傳遞。電力系統(tǒng)主要以光纖為主要的通信介質(zhì),通信距離約為2km。由于變電站的網(wǎng)絡(luò)接口都能與總線網(wǎng)絡(luò)有很好的鏈接,同時具有很高的可靠性,所以在中低壓變電站進行使用非常合適。而對于220kV以上的變電站,在使用過程中由于節(jié)點過多而使能夠分配到的帶寬大大減少,造成網(wǎng)絡(luò)沖突。隨著沖突不斷發(fā)生,通信將變得毫無效率可言。因此,對于高壓變電站來說,此方案不具備很好的適應(yīng)性。

3.2嵌入式以太網(wǎng)

變電站設(shè)有三個光纖以太網(wǎng),三個網(wǎng)絡(luò)之間互相獨立存在。如果用嵌入式以太網(wǎng)代替總線網(wǎng),則與高壓變電站的間隔單元組屏不相適應(yīng),所以變電站的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)被分為兩個層次,將10MB/s的以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò),將后臺及PC端進行連接,而總線網(wǎng)則發(fā)揮連接保護裝置的作用,從而把總線網(wǎng)的信息傳到主干網(wǎng)。這樣,以太網(wǎng)和總線網(wǎng)的結(jié)合就很好地規(guī)避了自身的不足,將二者各自的優(yōu)勢得以發(fā)揮。在以總線網(wǎng)進行連接時,由于需要和所有保護裝置進行連接使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多、流量增大,加上帶寬的限制,不斷地重發(fā)信息,勢必會影響到網(wǎng)絡(luò)通信的效率。如果將嵌入式以太網(wǎng)和總線網(wǎng)進行結(jié)合,雖然沒有改變帶寬,但是大大減少了節(jié)點,大大降低了總線網(wǎng)的負荷,而當(dāng)信息傳輸?shù)街鞲删W(wǎng)絡(luò)上之后,由于主干網(wǎng)絡(luò)帶寬較大,即使保護裝置較多,也能保持較高通信效率。這樣,將嵌入式以太網(wǎng)和總線網(wǎng)結(jié)合使用就有效提高了網(wǎng)絡(luò)通信的效率,同時以太網(wǎng)支持的長幀也要遠遠大于總線網(wǎng),這樣使得錄波的傳輸效率也得到了很大的提升。由于PC機要和總線網(wǎng)連接,必須要使用PCLTA卡,這種卡的專業(yè)性比較強,因此價格十分昂貴。如果PC使用量較大,則會加大使用的成本。如果使其和以太網(wǎng)進行連接,可以更加方便,也節(jié)省更多成本。為了使各公司通信產(chǎn)品可以互相操作,IEC正在制定內(nèi)部通信協(xié)議,采用嵌入式以太網(wǎng)也具有更大的優(yōu)勢。

3.3通信網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性是衡量網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵因素之一。首先,分析間隔內(nèi)部LonWorks網(wǎng)絡(luò)的實時性。LonWorks網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)變量來實現(xiàn)節(jié)點之間的通信,不同的網(wǎng)絡(luò)變量可以設(shè)置成不同的優(yōu)先級,這樣開關(guān)變位等重要信息就可用優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)變量優(yōu)先傳輸。在這種情況下,間隔內(nèi)部LonWorks網(wǎng)絡(luò)的傳輸實時性是有絕對保證的。以太網(wǎng)雖然沒有LonWorks網(wǎng)絡(luò)或CAN總線的優(yōu)先級設(shè)置,但其帶寬達到10MB/s,因此可承受的網(wǎng)絡(luò)負荷很大。研究表明,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負荷不超過帶寬的37%時,網(wǎng)絡(luò)上的沖突率很低,故以太網(wǎng)的傳輸效率是有保證的。實際上,變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部若使用合理的通信規(guī)約和傳輸模式,其網(wǎng)絡(luò)負荷與帶寬10MB/s的37%相比是很小的,網(wǎng)絡(luò)沖突率極低。美國電力研究院(EPRI)在制定UCA通信協(xié)議體系時,對以太網(wǎng)用于變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸實時性作了研究分析,結(jié)果表明當(dāng)使用交換式集線器時,10MB/s的以太網(wǎng)是完全可以滿足實時性要求的。因此,選擇10MB/s的以太網(wǎng)作為變電站自動化系統(tǒng)的內(nèi)部通信網(wǎng),其網(wǎng)絡(luò)傳輸實時性是有保證的。但需要注意的是,必須使用交換式集線器。

4結(jié)束語

電力系統(tǒng)變電站智能化程度的高低,在很大程度上取決于通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性及可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及信息化的不斷進步,對電力自動化也提出了更高要求,電力系統(tǒng)變電站也越來越向智能化發(fā)展,而電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展與其通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是密不可分的。因此在設(shè)計變電站的通信網(wǎng)絡(luò)方案時,應(yīng)該滿足電力自動化對通信網(wǎng)絡(luò)的高要求,選擇可靠性高、可操作性高、穩(wěn)定性好的通信網(wǎng)絡(luò)。

作者:朱曉文 甘小勇 劉杰 單位:重慶彭水縣供電有限責(zé)任公司

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