電氣工程中自動化融合技術(shù)的應(yīng)用

曲小源

(青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266000)

0 引言

配電通信網(wǎng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶間的信息交互,隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,對配網(wǎng)通信接入網(wǎng)提出了更高的要求。為了進(jìn)一步促進(jìn)自動化與電氣工程的融合創(chuàng)新,很多人進(jìn)行了前瞻性研究[1]。配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)呈現(xiàn)出復(fù)雜化特征,配電系統(tǒng)也發(fā)生了變化,過去只是進(jìn)行單一的電能分配,隨著業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)增,逐步覆蓋了電能收集、傳輸、存儲等業(yè)務(wù),如何實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)信息海量接入、提升信息傳輸?shù)目煽啃猿蔀樨叫杞鉀Q的問題。目前,配電通信網(wǎng)中應(yīng)用了各種通信技術(shù),如寬帶無線接入技術(shù)、終端直通(D2D)技術(shù)等,還將BPLC技術(shù)與TD-LTE技術(shù)相融合,這種新型寬帶通信技術(shù)在一定程度上滿足了電力配用電業(yè)務(wù)的基本通信要求。智能配電網(wǎng)范圍相對較廣,監(jiān)測點(diǎn)繁多,對通信可靠性要求較高,如果使用單一的通信接入技術(shù),將無法滿足電力業(yè)務(wù)需要[2]?；诖饲闆r,設(shè)計了一種多技術(shù)融合的配電網(wǎng)終端通信接入架構(gòu)。

1 配用電終端通信的接入特點(diǎn)

1.1 多業(yè)務(wù)復(fù)用

許多配用電終端通信接入技術(shù)已應(yīng)用于智能電網(wǎng)中,效果較好,但是主要以配用電子系統(tǒng)為主,存在信息采集成功率低、通信可靠性難以滿足要求的問題,無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。配網(wǎng)業(yè)務(wù)種類較多,節(jié)點(diǎn)數(shù)量大,需進(jìn)一步提升通信服務(wù)質(zhì)量才能滿足配網(wǎng)業(yè)務(wù)需求[3]。

1.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用場景復(fù)雜

配用電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜,應(yīng)用范圍包括區(qū)域環(huán)境、空間位置、業(yè)務(wù)分類等。其中,區(qū)域環(huán)境是指敷設(shè)位置,空間位置包括敷設(shè)方式,業(yè)務(wù)分類是指系統(tǒng)涉及的各類業(yè)務(wù)。人們對配用電通信網(wǎng)的要求越來越高,但配電業(yè)務(wù)主要集中在生產(chǎn)Ⅰ區(qū)與管理Ⅳ區(qū)中,制約了配電網(wǎng)終端通信接入的發(fā)展。

2 多技術(shù)融合終端通信架構(gòu)的設(shè)計

2.1 終端通信架構(gòu)

目前,我國通信網(wǎng)主要包括配電與用電,如圖1所示(VPN代表虛擬專用網(wǎng)絡(luò))。

圖1將電力終端通信接入網(wǎng)分為匯聚平面、中壓平面、低壓平面。匯聚平面為了滿足安全分區(qū)的要求,分為綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),且相互獨(dú)立,互不干擾。中壓平面、低壓平面主要通過物理隔離方式建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)網(wǎng),在一定程度上提升了數(shù)據(jù)通信的完全性,滿足了智能配用電業(yè)務(wù)的通信要求。但其局限性日益凸顯,主要表現(xiàn)為中壓與低壓通信接入平面為了滿足具體的業(yè)務(wù)需求,通過多種技術(shù)融合方式構(gòu)建通信網(wǎng),使得通信網(wǎng)中存在相互獨(dú)立的子系統(tǒng),無法實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)協(xié)同。例如,在低壓通信網(wǎng)接入平面中應(yīng)用光纖和電力線載波技術(shù),使其可開展電力信息采集業(yè)務(wù),但卻形成了相互獨(dú)立的子系統(tǒng)[4]。

圖1 電力終端通信接入網(wǎng)分層應(yīng)用架構(gòu)Fig.1 Hierarchical application architecture of power terminal communication access network

2.2 多技術(shù)融合終端通信架構(gòu)擴(kuò)展

傳統(tǒng)的接入網(wǎng)架構(gòu)考慮到了配用電業(yè)務(wù)與管理模式需求,但是智能配用電業(yè)務(wù)可能會受到影響出現(xiàn)以下變化:用電信息采集、遠(yuǎn)程費(fèi)控、配電自動化等系統(tǒng)的通信效率得到提升,但終端接入要求難度逐漸增大。配電與用電兩種通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)界限相對模糊,使用多技術(shù)融合后,配電網(wǎng)中會增加相應(yīng)的業(yè)務(wù),如信息采集、信息傳輸,且這些業(yè)務(wù)會逐漸拓展,需接入的通信信息量不斷增多。為了方便管理,需建立業(yè)務(wù)統(tǒng)一的專用通信接入網(wǎng)。用電信息采集系統(tǒng)在接入過程中需經(jīng)過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng),這種方式在一定程度上降低了信息傳輸?shù)陌踩浴?yīng)通過物理隔離安全等級劃分的方式,確保電網(wǎng)正常運(yùn)行。為了滿足其需求變化,需通過多技術(shù)融合方式來構(gòu)建終端通信架構(gòu),如圖2所示。

圖2 電力終端通信多技術(shù)融合接入網(wǎng)架構(gòu)Fig.2 Multi-technology integrated access network architecture for power terminal communication

融合技術(shù)路線及功能說明:①技術(shù)融合后能夠?qū)尤刖W(wǎng)的安全等級進(jìn)行劃分,并設(shè)置相應(yīng)的安全策略保護(hù)機(jī)制。②融合中壓通信平面層的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理中需確保配用電業(yè)務(wù)安全接入中壓平面中,便于通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。③低壓通信接入平面的網(wǎng)絡(luò)層融合。為了保證有線與無線專網(wǎng)協(xié)同,針對不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可通過研制多模傳輸模塊與融合網(wǎng)關(guān)的方式來實(shí)現(xiàn)。

3 組網(wǎng)示例與應(yīng)用

3.1 典型組網(wǎng)示例

配用電通信網(wǎng)要求較多,且不同的通信技術(shù)具有不同特征,為了充分發(fā)揮通信技術(shù)的作用,應(yīng)構(gòu)建典型的組網(wǎng)[5],在中壓與低壓通信平面上建立相應(yīng)的光纖網(wǎng)絡(luò),融入多種自動化無線技術(shù),實(shí)現(xiàn)多技術(shù)融合,其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 配用電終端接入多技術(shù)融合典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 Typical network structure of distribution terminal accessing multi-technology fusion

多技術(shù)融合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足配電業(yè)務(wù)、用電業(yè)務(wù)需求,還支撐多種業(yè)務(wù)縱橫互聯(lián),主要融合技術(shù)路線為:

中壓通信接入平面融合技術(shù),包括EOPN技術(shù)、RoF技術(shù)融合,可滿足平面中的Qos要求。中壓平面對配電通信網(wǎng)的要求較高,通信傳輸需具備較高的可靠性,因此采用雙通信通道融合設(shè)計,技術(shù)路徑詳見表1。

表1 中壓通信接入平面融合路徑Tab.1 Fusion path of medium voltage communication accessing plane

低壓通信接入平面融合技術(shù)。該平面使用的技術(shù)主要有EOPN技術(shù)、低壓PLC技術(shù)、WSN技術(shù)等[6]。融合這些技術(shù)可滿足平面中的Qos要求,由于平面要求相對較高,對用電終端靈活性有一定的要求,故采用有限通道與無線通道融合方式,技術(shù)途徑詳見表2。

表2 低壓通信接入平面融合技術(shù)Tab.2 Fusion technology of low-voltage communication accessing plane

3.2 應(yīng)用分析

應(yīng)用技術(shù)融合終端通信結(jié)構(gòu)組網(wǎng)后,還需注意以下幾方面:①配用電終端多種通信技術(shù)方式共存的維護(hù)。針對配用電業(yè)務(wù)需求將多種技術(shù)融合,以其中一種或兩種技術(shù)為主,其余技術(shù)作為輔助,充分使用新網(wǎng)絡(luò)技術(shù),進(jìn)行多技術(shù)統(tǒng)一管理,便于統(tǒng)一維護(hù)。②區(qū)分加密。主要對象是配用電業(yè)務(wù)劃分?jǐn)?shù)據(jù)安全等級,設(shè)置相應(yīng)的秘鑰管理,將終端加密簡單化。例如,進(jìn)行安全等級高的計量數(shù)據(jù)加密時使用計量芯片來完成。③針對配電業(yè)務(wù)特點(diǎn)利用合適的應(yīng)用模式與頻段,如在進(jìn)本地通信時采用WSN技術(shù),選擇頻段為480 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz。為了保障功率消耗小且具有較強(qiáng)的穿透性,可采用480 MHz低頻段作為主要頻段,采用無線公網(wǎng)VPN作為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通道[7]。終端采集數(shù)據(jù)過程中要不斷更新,保持較低功耗,可選擇無線公網(wǎng)中的NB-IoT技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語

配用電分布較廣,監(jiān)測點(diǎn)繁多,要求通信網(wǎng)具有可靠性,因此在配用電通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用多種技術(shù)融合方式,建立了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以提升配電網(wǎng)的安全性與可靠性,這對于自動化配電通信網(wǎng)建設(shè)具有十分重要的作用。