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基于IPv6的配電自動化系統通信網絡構架

出處:論文網
時間:2019-09-12

基于IPv6的配電自動化系統通信網絡構架

  配電自動化系統具備監管配電網的功能,可以調控配電網,還具有采集配電數據和監控配電數據等功能,通信網絡構架包含自動化主站、配電子站及配電終端及通信通道等。自動化系統只有實時掌握配電網運行狀態,讓設備使用率得以提升,才能發揮出實際功能。因此研究自動化系統的通信網絡,有助于保障自動化系統發揮出穩定功能,并優化功能效果。

  1  配電自動化系統通信網絡構架現狀

  在配電自動化系統中,網絡通信質量關系到系統穩定運行,在目前系統中包括接入層和骨干層兩種通信網。其中骨干層通信網包括匯聚層和核心層兩部分,使用同步數字技術和多業務傳送技術,而接入層通信網絡使用無源光網絡、工業以太網及電力線載波技術等。在配電網中含有不同種類設備,節點相對分散,且運行環境較為惡劣。配電接入網使用光纖、無線專網及電力線載波等方式實現統一接入。由于終端接入網運行環境十分復雜,需要根據不同環境和系統功能使用對應的通信技術。如自動化區域具備遙控功能,要優先使用無線通信方式,使用光纖專網通信實現故障自動隔離[1]。

  目前國家電網部分使用了IPv4網絡通信,由于通信網絡不具備IP化,使得缺少開放、通用的標準,讓配電網電源、配電運行及配電管理等業務存在接入困難,并不能和智能系統發生互動。IPv6網絡有著良好的開放性和安全性,可以滿足不同需求。國外很多電力企業已經應用IPv6技術于量測體系中,獲得了良好的反響。同樣,如果我國在自動配電系統中應用IPv6技術,讓量測信息、干擾信息和報警信息等信息數據互相協助,會提高配電網精細化程度,讓智能配電網同時向信息化、自動化及數字化多元發展。

  2  基于IPv6的配電自動化系統通信網絡構架

  2.1 整體架構

  該文研究的通信網絡架構為:自動化主站連接骨干通信網,連接自動化子站,子站連接接入通信網。接入層通信網連接帶有路由功能作用的配電終端,終端連接智能路由器。智能路由器處于開放性IPv6網絡中,和傳感器、資產管理、設備監測及配電運行相連接,處于IPv6局域網中連接著電源側。同時路由器連接分布式電源、響應需求、電動汽車及智能電表,在IPv6局域網中連接著配電網用戶側。

  在通信網絡中骨干層通信網絡可以使用IPv4協議滿足網絡功能,接入層通信網將使用IPv6網絡協議取代IPv4網絡協議,接入更多新設備。由于IPv6網絡協議有著較大空間,通信網絡不會受到IP空間限制,業務需求擴展網絡支持業務和服務的融合。給智能設備配備多個IP地址,每個IP地址可以接受不同部門的管理。各個部門可以在業務要求下,設置IP網絡的路由策略,將設備數據發給不同部門的服務器上,讓通信網絡管理能力得到提升[2]。

  使用IPv6技術建立網絡架構,讓各個設備之間實現相互操作,對配電網絡終端的集成提供支持。未來配電網可能要承載分布式電源、電動汽車并網及智能家居等業務,IPv6技術可以提供關鍵支持。配電設備由于具備IP地址,讓網絡管理系統和設備之間得以連接,業務終端之間的連接得以實現。如果自動系統中配電設備不能支持IPv6網絡協議,需要升級改造網絡通信接口,在此過程中,將耗費大量物力、人力。因此無法升級的配電設備將成為構建IPv6自動化系統的障礙,還需要展開進一步研究。在通信網絡架構中,終端局域網根據開放性互聯協議,可以讓不同物理通信介質得到兼容。

  2.2 主站系統

  在配電自動化系統中,包括計算機軟件、平臺軟件、操作系統及配電網的應用軟件,功能結構包括應用層、硬件層、操作系統層及平臺層等。IPv6自動化主站在現有功能基礎上,要將部署管理系統和安全管理系統部署在應用層上,為通信網絡提供安全運行環境。系統中使用帶有IP端點的智能設備,部署管理系統監控智能設備,給通信網絡提供故障診斷、系統監視及賬戶管理等服務,從而讓配電系統實現通信網絡的綜合管理[3]。安全管理系統針對IP網絡進行管理,實現故障管理、配置管理及安全管理功能。如果網絡出現故障,系統會自動恢復配置,讓配電終端間和設備間實現通信。

  2.3 配電終端

  配電終端具有路由功能,讓其在原有功能上發展為通訊路由網關,在配電網和用戶之間承載更多業務,并發揮出強大的路由功能。具有路由功能的終端可以儲存數據和傳輸數據,對配電自動化和通信網絡進行接入,完成系統和業務之間的通信。系統支持路由報文的轉發、系統遠程網絡的管理,從而建立IPv6局域網。配電終端可以當作是承載業務的連接點,根據不同部門的需要,加工業務數據路由到對應的數據中心,讓服務質量得到控制。

  2.4 通信網絡承載業務

  自動化通信網絡在資產管理、設備監測及傳感器上承載業務,在用戶側承載智能電表,接入分布式電源等。使用全新通信網絡的架構要給智能設備配置一個或多個IPv6地址,才能保證系統可以承載新業務,將智能設備接入到主站系統中得到一體化管理,讓系統可以對通信設施實現共享。

  2.5 通信技術要求

  (1)在IP網絡中,智能設備具有網絡管理協議,從而實現IP網元的管理。自動化系統使用開放的IP架構,讓系統實現性能管理、配置管理及安全管理等功能。可以對IP端點進行遠程監測,讓拓撲結構得到可視化管理,電力設備獲得實時監控。通信網絡可以完成在統一網絡視圖中融入主站系統,讓主站系統接受自動管理,其工作運行狀態受到實時監測,加強通信網絡對系統的管理能力。

  (2)由于公用網絡對于帶寬和數據延時有著不同要求,電力各個部門對于數據轉發、帶寬及時延有著不同需求。報頭結構可以定義優先級,根據業務需求為業務和設備設定優先級,讓通信網絡得到有序運行。例如:在傳統自動化業務中,數據和報文要得到實時傳輸,在傳統系統中設定為最高優先級別。在共享網絡中,自動化系統要更快速準確地實時傳遞數據,如電表讀取數據等一般業務要設定低優先級。使用IP網絡要加密網絡層數據,同時校驗IP報文,加密流程提高了數據保密性和完整度。在網絡層可以抵擋服務攻擊,避免數據出現偷聽的情況。

  (3)由于IPv6網絡中地址空間十分大,向智能設備提供IP地址,每個不同的IP地址出現在不同網段上,網絡管理系統可以和路由策略相配置,根據業務需求將網段信息發送給服務器,自動化系統才能同時滿足不同業務需要。這樣不需要調整業務部門,可以讓智能設備滿足共享業務服務。例如:如果運檢、調度及營銷部門同時需要智能終端的數據,要向智能終端分發3個IP地址,每個IP地址都對應調度管理網段,3個部門根據業務需要利用數據服務器,在配電終端中調取任意數據,讓智能傳感器實現多個部門的實時服務。

  3  結語

  綜上所述,該文研究了在配電自動化系統中的通信網絡構架,通信網絡架構主要包括主站系統、配電終端、配電子站及通信通道4個主要部分。使用IPv6網絡技術,可以有效提高配電系統的穩定性,讓配電數據信息更加安全準確地傳遞,同時路由功能和IP地址的設置,讓系統可以實現多部門共享服務。

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關鍵字:構架 通信網絡 配電 自動化 基于 通信
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