面向智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)可靠性探究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

面向智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)可靠性探究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘要】近年來(lái)，隨著智能變電站建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)其通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計(jì)也提出了較高的要求，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在智能變電站實(shí)施建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行全面的優(yōu)化和完善，以便進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，進(jìn)而為保障供電安全打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文也會(huì)針對(duì)這一課題進(jìn)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(duì)于智能變電站而言，通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)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(jì)過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)進(jìn)行，并采用可靠度及平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)（MTBF）的計(jì)算公式來(lái)對(duì)這三種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行全面檢測(cè)分析，這樣才能確保其運(yùn)行的可行性，滿(mǎn)足智能變電站高效安全的長(zhǎng)期供電需求。

1.變電站通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)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(guò)程層。因此，在對(duì)其通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就要盡量采取開(kāi)放的分層分布式設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到變電站站控層設(shè)備與過(guò)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(jì)人員就要盡量利用兩層以太網(wǎng)來(lái)對(duì)三層設(shè)備進(jìn)行連接，進(jìn)而形成拓?fù)涫酵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)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?fù)湫问脚c可靠性分析

2.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?/p>

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(guò)核心交換機(jī)才能得以實(shí)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(shù)協(xié)議（RSTP）來(lái)實(shí)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(jìn)行信息交換時(shí)，需通過(guò)m個(gè)交換機(jī)，而其交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口的失效率為λ、單位長(zhǎng)度鏈路失效率為μ、鏈路總長(zhǎng)為L(zhǎng)=Lij1+Lij2時(shí)，則通信網(wǎng)絡(luò)可靠度就可按照公式（1）來(lái)計(jì)算：

而平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF單環(huán)則按照公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

單星形網(wǎng)絡(luò)IED設(shè)備之間進(jìn)行信息交換時(shí)，其通過(guò)交換設(shè)備的臺(tái)數(shù)與其通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的層數(shù)v有關(guān)，即m=2（v-1）+1?；诖?，若設(shè)IEDi與IEDj之間的鏈路長(zhǎng)度為L(zhǎng)ij，則其通信網(wǎng)絡(luò)的可靠度就可按照公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

而平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF單環(huán)則按照公式（4）進(jìn)行計(jì)算：

相對(duì)而言，雙星形網(wǎng)絡(luò)的可靠度可以按照公式（5）進(jìn)行計(jì)算：

而平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF單環(huán)則按照公式（6）進(jìn)行計(jì)算：

2.2網(wǎng)絡(luò)可靠性對(duì)比分析

由公式（1）計(jì)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(zhǎng)度以及環(huán)路中智能設(shè)備之間進(jìn)行信息交換時(shí)涉及的交換機(jī)臺(tái)數(shù)有關(guān)，即鏈路越長(zhǎng)、交換機(jī)臺(tái)數(shù)越多、網(wǎng)絡(luò)可靠度越低;而公式（3）計(jì)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(zhǎng)度以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的層數(shù)有關(guān)，即鏈路越長(zhǎng)、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(jì)算結(jié)果可以得知，雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的平均無(wú)故障工作時(shí)間要高于單星形網(wǎng)絡(luò)的平均無(wú)故障工作時(shí)間約2倍左右。因此，建議智能變電站在設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要盡量采用雙星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(jī)，確保其供電模式以相互獨(dú)立的雙電源供電模式為主，這樣才能進(jìn)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(lái)確定工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)臺(tái)數(shù)和安裝位置，同時(shí)，還要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)交換機(jī)的安全間距、電壓等級(jí)、信息傳輸流量以及業(yè)務(wù)功能等進(jìn)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(jí)的IED設(shè)備接入同一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這樣才能確保鏈路路徑的最優(yōu)化，使其傳輸長(zhǎng)度達(dá)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(jī)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(shí)際功能要求對(duì)VLAN進(jìn)行合理劃分，以便實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的隔離，進(jìn)一步提升通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，促進(jìn)整個(gè)智能變電站的高效穩(wěn)定運(yùn)行;最后，要對(duì)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(jìn)行全面抵制。在實(shí)際執(zhí)行過(guò)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(jì)各IED設(shè)備端口流量。并且要確保交換機(jī)具備端口保護(hù)功能，這樣才能有效規(guī)避各類(lèi)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(guò)本文對(duì)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(jìn)一步提高變電站的應(yīng)用功能，使其能夠達(dá)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(jī)。另外，還要根據(jù)實(shí)際需求，合理配置交換機(jī)臺(tái)數(shù)和安裝