電力自動化無線通信論文
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隨著互聯網以及光纖通信技術的快速發展，網絡通信在我國各個領域的應用也越來越多。就我國電力系統而言，其專用通信網絡現已建設成為以光纖通信為主干網的通信線路，覆蓋各地區的變電站和發電廠。電力系統數據通信網絡不僅能夠支持EMS、遠動、實時數據通信等業務，而且還能支持基本語音通信業務，如行政及調度電話等。當前，我國電網自動化系統現場局域網對不同電壓等級分別采用了不同類型的通信網絡控制，如RS485總線、CAN總線、互聯網等。近些年，伴隨著智能開關及電子互感器的問世及其在電網中的應用，電力系統設備自動化程度不斷提高，這就使得電網中一次設備與二次設備的無縫集成變為可能。
2無線通信網絡在電力自動化中的應用
無線通信網絡主要由以下幾個部分組成：無線基站、管理服務器以及無線終端等。目前應用于電力自動化系統中的無線通信技術主要有4種，即WPAN、WLAN、WMAN及WWAN。與傳統的有線通信網絡相比，無線通信網絡在應用方面的優勢更加明顯，其中以變電站的遠程監控效果最佳。但無線通信網絡在應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，則會對電力系統造成威脅。為此，研究一種防竊聽的無線通信網絡將會是未來的主要趨勢。電力自動化系統在使用無線通信網絡時，可以有以下兩種選擇：①以現有的網絡設施為基礎，如蜂窩網絡。②架設專用的無線通信網絡。這種方式可以使電力企業掌握更多對通信網絡的控制權，應作為首選方案。但專用無線網絡的架設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，企業必須認真分析方案的可行后方可實施。隨著數字電子技術及無線通信技術的不斷發展，可能將混合式網絡變成現實，而且這將為電力自動化通信網絡的實現提供便利條件。
3電力自動化通信網絡方案選擇
3.1總線網
電力系統的總線網絡具有不同的功能和作用，如圖1為無線通信網絡。監控網主要用來控制網絡的各種狀態，錄波網則負責故障信息的傳遞。電力系統主要以光纖為主要的通信介質，通信距離約為2km。由于變電站的網絡接口都能與總線網絡有很好的鏈接，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點過多而使能夠分配到的帶寬大大減少，造成網絡沖突。隨著沖突不斷發生，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性。
3.2嵌入式以太網
變電站設有三個光纖以太網，三個網絡之間互相獨立存在。如果用嵌入式以太網代替總線網，則與高壓變電站的間隔單元組屏不相適應，所以變電站的通信網絡應當被分為兩個層次，將10MB/s的以太網作為主干網絡，將后臺及PC端進行連接，而總線網則發揮連接保護裝置的作用，從而把總線網的信息傳到主干網。這樣，以太網和總線網的結合就很好地規避了自身的不足，將二者各自的優勢得以發揮。在以總線網進行連接時，由于需要和所有保護裝置進行連接使網絡節點增多、流量增大，加上帶寬的限制，不斷地重發信息，勢必會影響到網絡通信的效率。如果將嵌入式以太網和總線網進行結合，雖然沒有改變帶寬，但是大大減少了節點，大大降低了總線網的負荷，而當信息傳輸到主干網絡上之后，由于主干網絡帶寬較大，即使保護裝置較多，也能保持較高通信效率。這樣，將嵌入式以太網和總線網結合使用就有效提高了網絡通信的效率，同時以太網支持的長幀也要遠遠大于總線網，這樣使得錄波的傳輸效率也得到了很大的提升。由于PC機要和總線網連接，必須要使用PCLTA卡，這種卡的專業性比較強，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。如果使其和以太網進行連接，可以更加方便，也節省更多成本。為了使各公司通信產品可以互相操作，IEC正在制定內部通信協議，采用嵌入式以太網也具有更大的優勢。
3.3通信網絡傳輸
網絡傳輸的實時性是衡量網絡通信的關鍵因素之一。首先，分析間隔內部LonWorks網絡的實時性。LonWorks網絡通過網絡變量來實現節點之間的通信，不同的網絡變量可以設置成不同的優先級，這樣開關變位等重要信息就可用優先級高的網絡變量優先傳輸。在這種情況下，間隔內部LonWorks網絡的傳輸實時性是有絕對保證的。以太網雖然沒有LonWorks網絡或CAN總線的優先級設置，但其帶寬達到10MB/s，因此可承受的網絡負荷很大。研究表明，當網絡負荷不超過帶寬的37%時，網絡上的沖突率很低，故以太網的傳輸效率是有保證的。實際上，變電站自動化系統內部若使用合理的通信規約和傳輸模式，其網絡負荷與帶寬10MB/s的37%相比是很小的，網絡沖突率極低。美國電力研究院（EPRI）在制定UCA通信協議體系時，對以太網用于變電站自動化系統中的網絡傳輸實時性作了研究分析，結果表明當使用交換式集線器時，10MB/s的以太網是完全可以滿足實時性要求的。因此，選擇10MB/s的以太網作為變電站自動化系統的內部通信網，其網絡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結束語
電力系統變電站智能化程度的高低，在很大程度上取決于通信網絡的優越性及可靠性。隨著科學技術的不斷發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，電力系統變電站也越來越向智能化發展，而電力系統的智能化發展與其通信網絡的發展是密不可分的。因此在設計變電站的通信網絡方案時，應該滿足電力自動化對通信網絡的高要求，選擇可靠性高、可操作性高、穩定性好的通信網絡。
作者：朱曉文 甘小勇 劉杰 單位：重慶彭水縣供電有限責任公司
