計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

程 雯

北京工商大學(xué)，北京 102488

0 引言

根據(jù)近幾年的趨勢(shì)，提高電網(wǎng)自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)是必然趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)通信技術(shù)具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與配電網(wǎng)相互結(jié)合有著極為重要的意義[1]。在配電網(wǎng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，不僅可以提高配電網(wǎng)的安全性，還可以大幅降低配電網(wǎng)的運(yùn)營成本。基于此，文章針對(duì)計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究，從而使計(jì)算機(jī)通信技術(shù)更好地服務(wù)于配電網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)建設(shè)提供參考。

1 智能配電網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱

智能配電通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，整體層次不明確，安全性較低。目前，配電自動(dòng)化技術(shù)的研究正處于探索階段，配電自動(dòng)化水平有待提高。故障方面的判斷、隔離和修復(fù)要消耗較長的時(shí)間，在網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和自愈方面同樣也存在較多問題，互供能力較差，恢復(fù)供電消耗的時(shí)間也較長。在配電網(wǎng)建設(shè)早期，由于缺乏明確的目標(biāo)，往往進(jìn)行盲目建設(shè)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需求。因此，有必要依托計(jì)算機(jī)通信技術(shù)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行多方面的優(yōu)化和改造，從而使其更加完善，為我國的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供有力的支撐。

1.2 安全性較差

隨著智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，智能配電網(wǎng)系統(tǒng)面臨越來越多的安全問題，必須加強(qiáng)公網(wǎng)、中低電壓的通信系統(tǒng)的安全隔離，防止其帶來的巨大安全隱患。

2 智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)存在的問題及其通信需求

2.1 智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)存在的問題

智能配電網(wǎng)可以分為主站、通信系統(tǒng)、自動(dòng)終端等區(qū)塊，通信是連接區(qū)塊和核心的環(huán)節(jié)。因此，建立可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的配網(wǎng)通信系統(tǒng)十分必要。但是現(xiàn)有智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的組網(wǎng)仍存在一些問題：

（1）組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多、種類多、分布密度不均衡；

（2）由于大部分節(jié)點(diǎn)都在戶外，在惡劣的環(huán)境條件下，供電難度大大增加，通信方式的選擇受到了很大的制約；

（3）網(wǎng)絡(luò)自我修復(fù)和故障定位能力不斷增強(qiáng)，但是配電網(wǎng)絡(luò)的通信覆蓋較小，無法做到實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，難以做到兼顧經(jīng)濟(jì)與技術(shù)。

2.2 智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的建設(shè)需求

在配電網(wǎng)環(huán)境中，通信系統(tǒng)的建設(shè)或改造不能單單只依賴于光纖通信技術(shù)，更應(yīng)該著力于加強(qiáng)對(duì)無線通信技術(shù)的研究，同時(shí)要滿足以下建設(shè)需求。

（1）低成本。建設(shè)目標(biāo)是適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點(diǎn)分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（2）工期短。由于建設(shè)或改造配電網(wǎng)的根本目的是滿足人們對(duì)電力的需求，這就要求其工期一定要短。通信系統(tǒng)建設(shè)周期太長，將會(huì)對(duì)實(shí)際的配送網(wǎng)絡(luò)投運(yùn)時(shí)間造成不利影響。

（3）具有良好的兼容性。要加快配電網(wǎng)的更新，不斷地引入新的設(shè)備，增強(qiáng)配電網(wǎng)與新設(shè)備相適應(yīng)的能力。

（4）高可靠性。配電網(wǎng)方面的通信常常具有不確定性強(qiáng)、數(shù)據(jù)規(guī)模龐大的特征，需要采取恰當(dāng)?shù)呢?fù)載均衡方式來降低業(yè)務(wù)阻塞率[2]。

3 計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的應(yīng)用原則

計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)首先考慮技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)可行性。配電網(wǎng)在向智能配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變的過程中，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的應(yīng)用必須具備經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

3.1 通信的可靠性

計(jì)算機(jī)通信技術(shù)能夠識(shí)別配電網(wǎng)中的錯(cuò)誤，從而極大地提高了配電網(wǎng)的可靠性。然而，在實(shí)際操作中，由于種種原因，可能會(huì)造成計(jì)算機(jī)通信的故障，從而使得配電網(wǎng)無法正常工作。如果這些問題不能得到有效的處理，將會(huì)對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大的威脅。將計(jì)算機(jī)通信技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)時(shí)，一定要保證計(jì)算機(jī)通信在一切環(huán)境下都能夠正常運(yùn)作，免于其他因素的干擾。

3.2 通信的經(jīng)濟(jì)性

在配電網(wǎng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，應(yīng)當(dāng)充分地考慮原有的主要通信系統(tǒng)，并且對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行完整且具體的規(guī)劃，通過上述辦法最大限度地降低構(gòu)建配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的成本，使得配電網(wǎng)具有較為優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)性。

4 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)監(jiān)控模型設(shè)計(jì)

4.1 計(jì)算機(jī)通信監(jiān)控現(xiàn)狀和模型設(shè)計(jì)原則

近幾年，在國家的大力扶持下，國家電網(wǎng)公司遵循相關(guān)國際電力通用信息交換標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合公司業(yè)務(wù)，統(tǒng)一組織設(shè)計(jì)公司的一體化企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)模型。目前這一模型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)共享信息的標(biāo)準(zhǔn)化描述。但是信息通信系統(tǒng)主要從資產(chǎn)角度進(jìn)行描述，缺乏對(duì)信息通信系統(tǒng)的定義，在通信調(diào)度方面及管轄范圍上同樣也缺少相應(yīng)的定義。在計(jì)算機(jī)通信中增加信息監(jiān)控模型，使得系統(tǒng)的整體框架更加豐富，還為信息通信及調(diào)度監(jiān)管工作奠定基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的信息資源主要源于信息通信設(shè)備、信息通信業(yè)務(wù)以及信息通信安全等三方面，如圖1 所示。在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)監(jiān)控模型時(shí)，要以設(shè)計(jì)模板規(guī)范為基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)信息通信模型進(jìn)行簡單、實(shí)用的描述，實(shí)現(xiàn)基于計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)監(jiān)控層面上的信息融合。同時(shí)，通過創(chuàng)建新的實(shí)體類描述信息通信業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化的信息通信模型，對(duì)整個(gè)信息通信產(chǎn)業(yè)的特征進(jìn)行表述。

圖1 信息通信資源

計(jì)算機(jī)通信監(jiān)控模型為設(shè)施的維修管理需求和通信的電力需求提供保障。目前我國絕大部分的計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人監(jiān)管管理模式，這種管理模式通過混合供電的方式實(shí)現(xiàn)。和以往集中供電方式相比，混合供電模式下的通信監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡單。我國現(xiàn)代通信電源具有高智能化和高可靠性的優(yōu)勢(shì)，使得監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡單化。

4.2 計(jì)算機(jī)通信監(jiān)控模型的設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)通信監(jiān)控模型必須有足夠的靈活性與兼容性，不僅能滿足當(dāng)前的需求，還能在后續(xù)的運(yùn)行中根據(jù)新的需求進(jìn)行升級(jí)和改造。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要額外關(guān)注通信路由的改變、設(shè)備數(shù)量的變化。計(jì)算機(jī)通信監(jiān)控系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 電力通信監(jiān)控模型的結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)通信監(jiān)控模型的監(jiān)控中心使用的是LAN，即局域網(wǎng)。它利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中的虛擬網(wǎng)功能將監(jiān)控中心LAN 劃分為內(nèi)、外兩部分網(wǎng)段，進(jìn)而保障內(nèi)外兩個(gè)網(wǎng)段的數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，互不影響。內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)段和前置機(jī)、服務(wù)器和規(guī)約轉(zhuǎn)換工作站設(shè)備相互連接，構(gòu)成了監(jiān)管系統(tǒng)中不可或缺的一部分，從而能夠?qū)崟r(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。外網(wǎng)段與MIS 相結(jié)合。前置機(jī)是前端計(jì)算機(jī)搜集系統(tǒng)的一部分，從屬于監(jiān)控中心LAN 中的工作站，能對(duì)配電網(wǎng)工作狀態(tài)實(shí)施管理。前置機(jī)可以在配置庫內(nèi)容中搜集監(jiān)測站信息，并且依托相關(guān)的約束規(guī)定與監(jiān)測站建立通信鏈路，進(jìn)而獲取到遠(yuǎn)程測控終端（RTU）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)控制命令。并且其生成的相關(guān)數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)可以為后臺(tái)工作站發(fā)送錯(cuò)誤警告數(shù)據(jù)信息。在Web 服務(wù)器中有數(shù)據(jù)分布及管理信息網(wǎng)的聯(lián)機(jī)服務(wù)，通過主服務(wù)器的方式利用軟件就能實(shí)現(xiàn)該功能。在規(guī)范轉(zhuǎn)換工作站中由于處理軟件的協(xié)議并不相同，可以不使用協(xié)議，僅僅通過標(biāo)準(zhǔn)接入模式就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[3]。

5 基于計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的智能配電網(wǎng)改造方案

5.1 提升計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的可用性

推動(dòng)智能配電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于通信技術(shù)，它也是配電網(wǎng)自動(dòng)化升級(jí)的重要趨向，因此必須提升計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的可用性。首先要使通信技術(shù)克服由于外界干擾因素所帶來的影響，因此可以對(duì)通信硬件設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，從而提升通信技術(shù)的抗干擾功能，使得配電網(wǎng)在不同場地下都能滿足運(yùn)營需求。其次，由于配電網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)備多等，可以將GPRS 作為通信技術(shù)的主要方式，以GSM 為基礎(chǔ)，最大限度地利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源。基于此，通過各供電公司與各地區(qū)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的整合，實(shí)現(xiàn)各地區(qū)各供電公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而滿足長距離的通信需求，提升計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的可用性[4]。

5.2 依托計(jì)算機(jī)通信技術(shù)完善基礎(chǔ)設(shè)施。

近年來，隨著信息化程度的不斷提升，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與完善中，依托計(jì)算機(jī)通信技術(shù)可以提高自動(dòng)化處理的效率，建設(shè)完善的智能配電網(wǎng)系統(tǒng)。首先，通過計(jì)算機(jī)通信技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)協(xié)同工作進(jìn)行自動(dòng)化處理，從而提高對(duì)故障范圍的敏感度，降低故障范圍的影響。其次，通過計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市用電量及電壓的自動(dòng)收集、匯總、反饋。最后，在輸電線路發(fā)生斷電等突發(fā)事故時(shí)，通過計(jì)算機(jī)通信技術(shù)能迅速做出反應(yīng)，既能保證人們的人身安全，又能提高工作效率，節(jié)省開支，達(dá)到資源的高效利用。還可以優(yōu)化配電通信的結(jié)構(gòu)，充分利用接入層與骨干層的傳送技術(shù)，增加通信傳輸?shù)膶訑?shù)，完善線路設(shè)施。除此之外，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)還能針對(duì)線路的失效狀況，制訂相應(yīng)的應(yīng)急處置方案，從而減少由于供電所故障帶來的問題，完善基礎(chǔ)設(shè)施[5]。

5.3 依托計(jì)算機(jī)通信技術(shù)提高智能配電網(wǎng)的可靠性

為確保GPRS 網(wǎng)絡(luò)中的配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕仨殢暮诵脑O(shè)備、基站設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、糾錯(cuò)機(jī)制等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。在網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備中，必須根據(jù)企業(yè)的要求配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在建設(shè)配電網(wǎng)時(shí)，必須選擇性能更好、技術(shù)更成熟的先進(jìn)設(shè)備。在電力系統(tǒng)基站的設(shè)計(jì)階段，必須對(duì)電網(wǎng)的安全防護(hù)體系進(jìn)行限制，并采用較為嚴(yán)密的監(jiān)測手段進(jìn)行通信供電[6]。在通信系統(tǒng)中，構(gòu)建SDH 光纖的自愈環(huán)后，必須在應(yīng)急線路上進(jìn)行調(diào)度。糾錯(cuò)機(jī)制是指在GMSK調(diào)制模式下，利用ARQ 的錯(cuò)誤檢測技術(shù)，在FEC 上使用卷積編碼，以提高電力傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性。在CS-1、CS-2、CS-3 和CS-4 四種主要的編碼模式中，CS-1 和CS-2 具有良好的糾錯(cuò)性能，但是其在功率傳輸信道質(zhì)量較差的情況下，性能較差，僅適用于功率傳輸通道質(zhì)量較高的線路。

6 結(jié)束語

近些年由于計(jì)算機(jī)通信技術(shù)發(fā)展迅速，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)普遍地運(yùn)用到配電網(wǎng)中。先進(jìn)的通信技術(shù)與配電網(wǎng)相互結(jié)合，提升了電網(wǎng)運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)了電力系統(tǒng)的發(fā)展。文章對(duì)智能配電網(wǎng)中應(yīng)用的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行分析，分析了智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)存在的問題，并從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及其可行性、可靠性方面提出了計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用對(duì)策。期望能為今后的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和配電網(wǎng)的結(jié)合提供一定的參考，促進(jìn)我國電力行業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展。