電力調(diào)度自動(dòng)化通道中遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

付 亞，袁三男，付 都

（1.上海電力學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，上海 200090；2.深圳市一博科技有限公司，廣東 深圳 518063）

0 引 言

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為目前我國(guó)電力系統(tǒng)升級(jí)發(fā)展的大方向，且隨之進(jìn)行的各項(xiàng)自動(dòng)化設(shè)備完善、變電站建設(shè)等，都是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件。但是，在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的同時(shí)也會(huì)遇到一些問(wèn)題，如在無(wú)人值守的變電站中一旦出現(xiàn)故障，需要暢通的信息傳遞。所以，必須通過(guò)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)備的信息傳遞和控制工作。

1 電力調(diào)動(dòng)自動(dòng)化與遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 電力調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)是社會(huì)發(fā)展和人類正常生活的關(guān)鍵影響要素。因此，各國(guó)的電力產(chǎn)業(yè)都是國(guó)家的重要產(chǎn)業(yè)。電力系統(tǒng)中，調(diào)度工作的工作量十分龐大，且操作復(fù)雜功能較多，還經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)狀況，因此必須不斷發(fā)展與完善。現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)的調(diào)控中已經(jīng)應(yīng)用到了包括有數(shù)據(jù)采集體系、數(shù)據(jù)傳輸體系、加工分析和數(shù)據(jù)決策等多種技術(shù)。就目前的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，仍存在一些影響運(yùn)作的要素，如硬件設(shè)施建設(shè)不足、服務(wù)及應(yīng)對(duì)各種狀況的能力不足等問(wèn)題。在不同部位之間的信息交換方面也需繼續(xù)改善，增強(qiáng)數(shù)據(jù)信息的交流速度和質(zhì)量。所以，必須保證電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)朝著科學(xué)化、技術(shù)化和規(guī)范化的方向發(fā)展。信息工作是電力調(diào)度系統(tǒng)工作的重中之重，既全面又科學(xué)，可以為電力調(diào)動(dòng)提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。電力調(diào)度的自動(dòng)化智能化是電力工作與電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的整體方向。這項(xiàng)工作中需要應(yīng)用到的技術(shù)極多，其中遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)技術(shù)是最重要的技術(shù)之一，對(duì)于快速恢復(fù)電力調(diào)度自動(dòng)化通道具有深刻意義。

1.2 遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

網(wǎng)關(guān)又被稱作網(wǎng)間連接器，是一種實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的復(fù)雜設(shè)備，既可以在廣域網(wǎng)中互連也可以在局域網(wǎng)中互連，是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)。在我國(guó)范圍內(nèi)，隨著通信技術(shù)的整體發(fā)展，遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)技術(shù)得到了較大發(fā)展。我國(guó)的遠(yuǎn)動(dòng)通信發(fā)展是基于整體信息化和工業(yè)化的格局下，在各種全新的應(yīng)用系統(tǒng)中展現(xiàn)出來(lái)的。尤其是在電力企業(yè)的發(fā)展中，遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)可以有效地進(jìn)行自動(dòng)檢查、控制和監(jiān)測(cè)等工作。遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)具體通道系統(tǒng)，如圖1所示。我國(guó)的遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù)在很多電壓等級(jí)變電站和開(kāi)閉所中都已經(jīng)進(jìn)行了應(yīng)用。目前，大部分地區(qū)已經(jīng)在變電站中實(shí)現(xiàn)了SCADA系統(tǒng)。

但是，遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題。一是經(jīng)過(guò)MODEM形成的模擬信號(hào)在經(jīng)過(guò)通信信道的過(guò)程中，會(huì)程序自動(dòng)化損壞而產(chǎn)生阻礙，從而使得信息的傳遞受到阻礙[1]。二是在利用MODEM通信技術(shù)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到雷電等天氣的影響，一旦所設(shè)置的地區(qū)雷電多發(fā)，就會(huì)導(dǎo)致通信設(shè)備的安全維護(hù)很難實(shí)現(xiàn)。三是由于在進(jìn)行信息保護(hù)的過(guò)程中，調(diào)試工作會(huì)對(duì)信息傳遞的進(jìn)度造成一定影響，從而阻礙安裝調(diào)試的開(kāi)展速度。

圖1 通道系統(tǒng)組成

2 遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)在電力調(diào)度自動(dòng)化通道中的具體設(shè)計(jì)

2.1 制定設(shè)計(jì)目標(biāo)

在進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)具體設(shè)計(jì)時(shí)，必須要明確設(shè)計(jì)的目標(biāo)和該項(xiàng)工程的整體需求。GPRS、3G和4G由于具有無(wú)線方式下進(jìn)行分組包交換的功能，可以有效滿足用戶的需求。這項(xiàng)技術(shù)下，具有最鮮明的特點(diǎn)是隨時(shí)在線，可操作性極強(qiáng)，通過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)短或是流量具體使用量進(jìn)行收費(fèi)，就能夠有效滿足大部分的用戶需求。電力調(diào)度自動(dòng)化的技術(shù)需要滿足用戶對(duì)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)追求，實(shí)現(xiàn)用電的靈活性和便捷性。在我國(guó)，目前已經(jīng)在通信事業(yè)上進(jìn)行了大量的GPRS和3G/4G無(wú)線接入技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集的工作。所以，將其應(yīng)用在電力自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方面，也可以極大提升遠(yuǎn)動(dòng)通信的便捷性。以廣東電網(wǎng)為例，廣東省內(nèi)的電網(wǎng)中應(yīng)用了遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)的無(wú)線公網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)改變通信運(yùn)行的方式，使得一旦出現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化方面的故障可以利用遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行主站和故障站點(diǎn)之間的專線通道開(kāi)啟，最大程度縮短故障排除的時(shí)間，降低由于緊急故障搶修而耽誤的各項(xiàng)電力運(yùn)輸工作和社會(huì)運(yùn)作。

2.2 組網(wǎng)方式設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用中還需要設(shè)計(jì)組網(wǎng)方式。首先，GPRS組網(wǎng)模式。這種模式下，整體通信網(wǎng)關(guān)就是一臺(tái)主設(shè)備和一臺(tái)二級(jí)設(shè)備。通過(guò)主設(shè)備進(jìn)行與二級(jí)設(shè)備的連接后，二級(jí)設(shè)備向主設(shè)備發(fā)出身份確認(rèn)請(qǐng)求，進(jìn)行準(zhǔn)確驗(yàn)證身份信息后構(gòu)建出兩個(gè)設(shè)備之間專屬的安全信息交流通道。3G/4G組網(wǎng)的模式與GPRS設(shè)備組網(wǎng)模式十分相似，也是通過(guò)建立雙方的傳輸隧道進(jìn)行通信工作。還有一種組網(wǎng)設(shè)計(jì)方式是GPRS+四線組網(wǎng)的模式，這種方式下的技術(shù)原理是在GPRS技術(shù)和四線MODEM的技術(shù)支持下，構(gòu)建出一個(gè)完整的遠(yuǎn)動(dòng)通信信息通道系統(tǒng)。通道系統(tǒng)中主要有主站的安全網(wǎng)關(guān)設(shè)備、子站的安全網(wǎng)關(guān)設(shè)備和四線MODEM。將這些設(shè)備分別布置于電力自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)的主站機(jī)房和故障發(fā)生的變電站內(nèi)部。

2.3 數(shù)據(jù)測(cè)試工作

在遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)使用過(guò)程中，需要對(duì)整體信息進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，了解各個(gè)要素的特點(diǎn)與狀況。進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試工作的流程包括以下內(nèi)容。在遠(yuǎn)動(dòng)通信終端設(shè)備中利用串口或者網(wǎng)絡(luò)，建立與子站安全網(wǎng)的聯(lián)系，以有效地進(jìn)行信息的獲取。通信網(wǎng)關(guān)在子站的網(wǎng)關(guān)中利用電力調(diào)度的數(shù)字證書(shū)作為一切工作開(kāi)展的基礎(chǔ)和憑證，從而繼續(xù)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息傳輸與處理工作。同時(shí)，利用GPRS和3G/4G的公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行與主站之間的傳輸。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)的過(guò)程中，需要進(jìn)行確認(rèn)的要點(diǎn)包括身份、協(xié)議封裝解密和安全隔離等，保障串口與主站之間信息通信的安全性。測(cè)試過(guò)程中選取共線測(cè)試的模式，即在主站的前置機(jī)和主站的安全網(wǎng)關(guān)都采用一個(gè)串口進(jìn)行多個(gè)終端設(shè)備的介入。這種方式下，最多一個(gè)主站可以進(jìn)行不超過(guò)200臺(tái)的RTU設(shè)備接入。

2.4 分析測(cè)試結(jié)果

在本次的方案設(shè)計(jì)應(yīng)用中，測(cè)試結(jié)果如下。利用GPRS和3G/4G的組網(wǎng)方式在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行為期一周的運(yùn)行測(cè)試，且這兩種方式與之相連的都是4線MODEM組網(wǎng)。經(jīng)過(guò)觀測(cè)，這兩種方式得到了有價(jià)值的結(jié)果。首先，期間GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了一次斷線情況，而3G/4G網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了2次短路情況。GPRS網(wǎng)絡(luò)相較于3G/4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，擁有更高的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)故障需要遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息交流與控制時(shí)，利用GPRS和3G/4G技術(shù)改變通信運(yùn)行，都可以實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)調(diào)度的緊急恢復(fù)。在主站和子站之間的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)接工作、緊急恢復(fù)電力調(diào)動(dòng)業(yè)務(wù)中，遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)可以為組織調(diào)度的工作人員在盡可能短的時(shí)間內(nèi)提供各項(xiàng)信息傳輸。在對(duì)不同的斷路器進(jìn)行遙控指令實(shí)施的過(guò)程中，可以記錄其響應(yīng)時(shí)間，可以明顯發(fā)現(xiàn)其反應(yīng)速度均較快，并受到帶值的一定影響，如表1所示，但總體反應(yīng)速度是較快的。

表1 控制報(bào)文平均響應(yīng)時(shí)間

2.5 設(shè)計(jì)項(xiàng)目具體實(shí)踐

快速恢復(fù)電力調(diào)度自動(dòng)化通道工作時(shí)，必須要首先進(jìn)行工作人員個(gè)人能力的提升。作為電力系統(tǒng)的工作人員，學(xué)習(xí)相關(guān)電力調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)至關(guān)緊要[2]。自動(dòng)化技術(shù)在電力事業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)成為不可避免的發(fā)展趨勢(shì)，且可以有效地對(duì)各項(xiàng)工作的協(xié)調(diào)調(diào)度、安排整理做出重要貢獻(xiàn)，也有益于提升工作效率[3]。在電力系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)程中，采用遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)技術(shù)是實(shí)際生產(chǎn)形成的必然要求，也為解決故障出現(xiàn)時(shí)有線通信通道受到中斷無(wú)法連接的現(xiàn)象做出了保障。在GPRS和3G/4G技術(shù)手段下進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸速度質(zhì)量都較為可靠，數(shù)據(jù)傳輸速度甚至能夠達(dá)到150 Mb/s。雖然目前無(wú)線的遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)技術(shù)仍然不能完全取代有線的通信技術(shù)，但是可以為通信通道的搶修提供有效的時(shí)間，并為其分擔(dān)工作量[4]。在電力公司內(nèi)部，結(jié)合實(shí)用的技術(shù)，提前做好應(yīng)對(duì)突發(fā)事件準(zhǔn)備，使調(diào)度工作相關(guān)員工能夠迅速掌握遠(yuǎn)動(dòng)應(yīng)急通道的開(kāi)通，從而促進(jìn)整體電力系統(tǒng)自動(dòng)化方向的建設(shè)。具體地，可將其從理論和技術(shù)兩個(gè)角度進(jìn)行結(jié)合，不斷對(duì)應(yīng)急措施進(jìn)行創(chuàng)新和完善。

3 結(jié) 論

在電力調(diào)度自動(dòng)化建設(shè)中設(shè)計(jì)應(yīng)用遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)時(shí)，必須完善掌握兩種技術(shù)的原理與特點(diǎn)，才能進(jìn)行有效的應(yīng)用。目前，我國(guó)遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)和電力調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)取得了一定成就，并不斷投入實(shí)踐，需要不斷發(fā)展新技術(shù)，促進(jìn)其更好地發(fā)展。

[1] 江 江.關(guān)于電力調(diào)度自動(dòng)化中的一體化技術(shù)分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2016，81（6）：44-45.

[2] 郭大可.自動(dòng)化系統(tǒng)在電力調(diào)度中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017，（22）：143.

[3] 趙瑞君.電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的人工智能技術(shù)應(yīng)用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017，7（21）：38-39.

[4] 焦 偉.電力調(diào)度自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.