面向智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)可靠性探究

許警

【摘 要】近年來，隨著智能變電站建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，對其通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計也提出了較高的要求，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，在智能變電站實施建設(shè)過程中，相關(guān)設(shè)計人員就要根據(jù)變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)代傳感技術(shù)和通信信息技術(shù)對其進行全面的優(yōu)化和完善，以便進一步提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，進而為保障供電安全打下堅實的基礎(chǔ)。本文也會針對這一課題進行著重分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化建議，以便有關(guān)人士參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】智能變電站;通信網(wǎng)絡(luò);可靠性分析;優(yōu)化建議

對于智能變電站而言，通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性對其整體供電效率和供電質(zhì)量等都有著很大的影響。而大多數(shù)智能變電站站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)都包括以下三種形式，即星形通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、雙星形通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些通信網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)設(shè)計過程中，必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求來進行，并采用可靠度及平均無故障運行時（MTBF）的計算公式來對這三種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性進行全面檢測分析，這樣才能確保其運行的可行性，滿足智能變電站高效安全的長期供電需求。

1.變電站通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造設(shè)計分析

現(xiàn)今，大部分智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)都是按照三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式進行設(shè)計，整個通信網(wǎng)絡(luò)主要包括三大組成部分，即站控層、間隔層和過程層。因此，在對其通信網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計時，就要盡量采取開放的分層分布式設(shè)計結(jié)構(gòu)，即以工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式為主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到變電站站控層設(shè)備與過程層設(shè)備之間一般不需要直接通信，所以按照相應(yīng)的邏輯理論，相關(guān)設(shè)計人員就要盡量利用兩層以太網(wǎng)來對三層設(shè)備進行連接，進而形成拓撲式通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)智能變電站的正常通信功能。

2.智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)拓撲形式與可靠性分析

2.1網(wǎng)絡(luò)拓撲形式

目前，大部分智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)形式都是以單/雙星形或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)組態(tài)形式為主，兩者之間有著較大的區(qū)別。其中，單星形通信網(wǎng)絡(luò)中所有間隔層智能電子設(shè)備與站控層智能電子設(shè)備及其他設(shè)備之間的信息交換都要通過核心交換機才能得以實現(xiàn)。而單環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中間的間隔層IED設(shè)備與站控層和其它層之間的設(shè)備之間的信息交換與共享，則依靠快速生成樹協(xié)議（RSTP）來實現(xiàn)，并且該協(xié)議還可以連接備用通道。當(dāng)假定同一智能變電站內(nèi)單環(huán)網(wǎng)絡(luò)IEDi與IEDj之間進行信息交換時，需通過m個交換機，而其交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口的失效率為λ、單位長度鏈路失效率為μ、鏈路總長為L=Lij1+Lij2時，則通信網(wǎng)絡(luò)可靠度就可按照公式（1）來計算：

而平均無故障工作時間MTBF單環(huán)則按照公式（2）進行計算：

單星形網(wǎng)絡(luò)IED設(shè)備之間進行信息交換時，其通過交換設(shè)備的臺數(shù)與其通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的層數(shù)v有關(guān)，即m=2（v-1）+1。基于此，若設(shè)IEDi與IEDj之間的鏈路長度為Lij，則其通信網(wǎng)絡(luò)的可靠度就可按照公式（3）進行計算：

而平均無故障工作時間MTBF單環(huán)則按照公式（4）進行計算：

相對而言，雙星形網(wǎng)絡(luò)的可靠度可以按照公式（5）進行計算：

而平均無故障工作時間MTBF單環(huán)則按照公式（6）進行計算：

2.2網(wǎng)絡(luò)可靠性對比分析

由公式（1）計算結(jié)果可以得知，單環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的可靠度與其鏈路長度以及環(huán)路中智能設(shè)備之間進行信息交換時涉及的交換機臺數(shù)有關(guān)，即鏈路越長、交換機臺數(shù)越多、網(wǎng)絡(luò)可靠度越低;而公式（3）計算結(jié)果可以得知，單星形網(wǎng)絡(luò)的可靠度主要與其鏈路長度以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的層數(shù)有關(guān)，即鏈路越長、結(jié)構(gòu)層數(shù)越多、網(wǎng)絡(luò)可靠度越低;從公式（4）和（6）計算結(jié)果可以得知，雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的平均無故障工作時間要高于單星形網(wǎng)絡(luò)的平均無故障工作時間約2倍左右。因此，建議智能變電站在設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)時，要盡量采用雙星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)形式，這樣才能提升其整體通信的可靠性。

3.提升智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的相關(guān)優(yōu)化建議分析

首先，要盡量選擇性能完備、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)交換機，確保其供電模式以相互獨立的雙電源供電模式為主，這樣才能進一步提升變電站通信網(wǎng)絡(luò)的可靠度;其次，要根據(jù)智能變電站各IED設(shè)備的分布情況來確定工業(yè)以太網(wǎng)交換機臺數(shù)和安裝位置，同時，還要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求對交換機的安全間距、電壓等級、信息傳輸流量以及業(yè)務(wù)功能等進行科學(xué)合理的調(diào)整，盡可能確保同一安全間距和同一電壓等級的IED設(shè)備接入同一網(wǎng)絡(luò)交換機，這樣才能確保鏈路路徑的最優(yōu)化，使其傳輸長度達到最短;第三，盡量采用光纖作為變電站IED設(shè)備之間的信息傳輸渠道，并將交換機端口網(wǎng)絡(luò)設(shè)置成靜態(tài)虛擬局域網(wǎng)（VLAN）模式，并根據(jù)智能變電站的實際功能要求對VLAN進行合理劃分，以便實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的隔離，進一步提升通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，促進整個智能變電站的高效穩(wěn)定運行;最后，要對以太網(wǎng)設(shè)備接口物理故障及網(wǎng)絡(luò)回路和一些網(wǎng)絡(luò)病毒等因素所造成的廣播風(fēng)暴進行全面抵制。在實際執(zhí)行過程中，不僅要采用與STP/RSTP完全兼容的環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，還要合理設(shè)計各IED設(shè)備端口流量。并且要確保交換機具備端口保護功能，這樣才能有效規(guī)避各類廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，確保變電站通信數(shù)據(jù)信息的安全交換[2]。

結(jié)論分析：

綜上所述，通過本文對智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的分析和比較，可以得知，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠度要優(yōu)于星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。并且為了進一步提高變電站的應(yīng)用功能，使其能夠達到安全、高效的供電效果，還要選用性能合格的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)交換機。另外，還要根據(jù)實際需求，合理配置交換機臺數(shù)和安裝位置，并對VLAN進行科學(xué)劃分，積極運用實時數(shù)據(jù)優(yōu)先級技術(shù)對各種應(yīng)用及信息流進行優(yōu)先級分類和傳輸。此外，還要采取有效措施應(yīng)對各種網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴，這樣才能最大化提升智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而為其建設(shè)規(guī)模的不斷擴大打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]許健嘉.智能變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)可靠性研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019，（07）：37-40.

[2]胡毅，李璐.智能變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019，（02）：156-158.

（作者單位：江西省郵電建設(shè)工程有限公司）