基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

王云濤

摘 ?要：在配電終端面向智能化發(fā)展的同時(shí)，配電網(wǎng)逐漸被光纖通道所替代，如通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上主站結(jié)構(gòu)的缺失，將無(wú)法保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。基于此，該文首先分析了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的現(xiàn)狀，其次研究了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求。通過(guò)應(yīng)用IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，在配電數(shù)據(jù)得到安全傳遞的同時(shí)，可以在IP地址設(shè)置的輔助下實(shí)現(xiàn)共享服務(wù)。

關(guān)鍵詞：IPv6 ?配電自動(dòng)化系統(tǒng) ?通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）05（b）-0044-02

配電自動(dòng)化系統(tǒng)具備監(jiān)管配電網(wǎng)的功能，可以調(diào)控配電網(wǎng)，還具有采集配電數(shù)據(jù)和監(jiān)控配電數(shù)據(jù)等功能，通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架包含自動(dòng)化主站、配電子站及配電終端及通信通道等。自動(dòng)化系統(tǒng)只有實(shí)時(shí)掌握配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，讓設(shè)備使用率得以提升，才能發(fā)揮出實(shí)際功能。因此研究自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，有助于保障自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)揮出穩(wěn)定功能，并優(yōu)化功能效果。

1 ?配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架現(xiàn)狀

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量關(guān)系到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在目前系統(tǒng)中包括接入層和骨干層兩種通信網(wǎng)。其中骨干層通信網(wǎng)包括匯聚層和核心層兩部分，使用同步數(shù)字技術(shù)和多業(yè)務(wù)傳送技術(shù)，而接入層通信網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)及電力線載波技術(shù)等。在配電網(wǎng)中含有不同種類(lèi)設(shè)備，節(jié)點(diǎn)相對(duì)分散，且運(yùn)行環(huán)境較為惡劣。配電接入網(wǎng)使用光纖、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)及電力線載波等方式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接入。由于終端接入網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，需要根據(jù)不同環(huán)境和系統(tǒng)功能使用對(duì)應(yīng)的通信技術(shù)。如自動(dòng)化區(qū)域具備遙控功能，要優(yōu)先使用無(wú)線通信方式，使用光纖專(zhuān)網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離[1]。

目前國(guó)家電網(wǎng)部分使用了IPv4網(wǎng)絡(luò)通信，由于通信網(wǎng)絡(luò)不具備IP化，使得缺少開(kāi)放、通用的標(biāo)準(zhǔn)，讓配電網(wǎng)電源、配電運(yùn)行及配電管理等業(yè)務(wù)存在接入困難，并不能和智能系統(tǒng)發(fā)生互動(dòng)。IPv6網(wǎng)絡(luò)有著良好的開(kāi)放性和安全性，可以滿足不同需求。國(guó)外很多電力企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用IPv6技術(shù)于量測(cè)體系中，獲得了良好的反響。同樣，如果我國(guó)在自動(dòng)配電系統(tǒng)中應(yīng)用IPv6技術(shù)，讓量測(cè)信息、干擾信息和報(bào)警信息等信息數(shù)據(jù)互相協(xié)助，會(huì)提高配電網(wǎng)精細(xì)化程度，讓智能配電網(wǎng)同時(shí)向信息化、自動(dòng)化及數(shù)字化多元發(fā)展。

2 ?基于IPv6的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

2.1 整體架構(gòu)

該文研究的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為：自動(dòng)化主站連接骨干通信網(wǎng)，連接自動(dòng)化子站，子站連接接入通信網(wǎng)。接入層通信網(wǎng)連接帶有路由功能作用的配電終端，終端連接智能路由器。智能路由器處于開(kāi)放性IPv6網(wǎng)絡(luò)中，和傳感器、資產(chǎn)管理、設(shè)備監(jiān)測(cè)及配電運(yùn)行相連接，處于IPv6局域網(wǎng)中連接著電源側(cè)。同時(shí)路由器連接分布式電源、響應(yīng)需求、電動(dòng)汽車(chē)及智能電表，在IPv6局域網(wǎng)中連接著配電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)。

在通信網(wǎng)絡(luò)中骨干層通信網(wǎng)絡(luò)可以使用IPv4協(xié)議滿足網(wǎng)絡(luò)功能，接入層通信網(wǎng)將使用IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議取代IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，接入更多新設(shè)備。由于IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有著較大空間，通信網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受到IP空間限制，業(yè)務(wù)需求擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)支持業(yè)務(wù)和服務(wù)的融合。給智能設(shè)備配備多個(gè)IP地址，每個(gè)IP地址可以接受不同部門(mén)的管理。各個(gè)部門(mén)可以在業(yè)務(wù)要求下，設(shè)置IP網(wǎng)絡(luò)的路由策略，將設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)給不同部門(mén)的服務(wù)器上，讓通信網(wǎng)絡(luò)管理能力得到提升[2]。

使用IPv6技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，讓各個(gè)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)相互操作，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)終端的集成提供支持。未來(lái)配電網(wǎng)可能要承載分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)及智能家居等業(yè)務(wù)，IPv6技術(shù)可以提供關(guān)鍵支持。配電設(shè)備由于具備IP地址，讓網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和設(shè)備之間得以連接，業(yè)務(wù)終端之間的連接得以實(shí)現(xiàn)。如果自動(dòng)系統(tǒng)中配電設(shè)備不能支持IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要升級(jí)改造網(wǎng)絡(luò)通信接口，在此過(guò)程中，將耗費(fèi)大量物力、人力。因此無(wú)法升級(jí)的配電設(shè)備將成為構(gòu)建IPv6自動(dòng)化系統(tǒng)的障礙，還需要展開(kāi)進(jìn)一步研究。在通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，終端局域網(wǎng)根據(jù)開(kāi)放性互聯(lián)協(xié)議，可以讓不同物理通信介質(zhì)得到兼容。

2.2 主站系統(tǒng)

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，包括計(jì)算機(jī)軟件、平臺(tái)軟件、操作系統(tǒng)及配電網(wǎng)的應(yīng)用軟件，功能結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用層、硬件層、操作系統(tǒng)層及平臺(tái)層等。IPv6自動(dòng)化主站在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上，要將部署管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)部署在應(yīng)用層上，為通信網(wǎng)絡(luò)提供安全運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)中使用帶有IP端點(diǎn)的智能設(shè)備，部署管理系統(tǒng)監(jiān)控智能設(shè)備，給通信網(wǎng)絡(luò)提供故障診斷、系統(tǒng)監(jiān)視及賬戶(hù)管理等服務(wù)，從而讓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的綜合管理[3]。安全管理系統(tǒng)針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)故障管理、配置管理及安全管理功能。如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)配置，讓配電終端間和設(shè)備間實(shí)現(xiàn)通信。

2.3 配電終端

配電終端具有路由功能，讓其在原有功能上發(fā)展為通訊路由網(wǎng)關(guān)，在配電網(wǎng)和用戶(hù)之間承載更多業(yè)務(wù)，并發(fā)揮出強(qiáng)大的路由功能。具有路由功能的終端可以?xún)?chǔ)存數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)配電自動(dòng)化和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入，完成系統(tǒng)和業(yè)務(wù)之間的通信。系統(tǒng)支持路由報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的管理，從而建立IPv6局域網(wǎng)。配電終端可以當(dāng)作是承載業(yè)務(wù)的連接點(diǎn)，根據(jù)不同部門(mén)的需要，加工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)路由到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)中心，讓服務(wù)質(zhì)量得到控制。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)

自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)在資產(chǎn)管理、設(shè)備監(jiān)測(cè)及傳感器上承載業(yè)務(wù)，在用戶(hù)側(cè)承載智能電表，接入分布式電源等。使用全新通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)要給智能設(shè)備配置一個(gè)或多個(gè)IPv6地址，才能保證系統(tǒng)可以承載新業(yè)務(wù)，將智能設(shè)備接入到主站系統(tǒng)中得到一體化管理，讓系統(tǒng)可以對(duì)通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)共享。

2.5 通信技術(shù)要求

（1）在IP網(wǎng)絡(luò)中，智能設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)元的管理。自動(dòng)化系統(tǒng)使用開(kāi)放的IP架構(gòu)，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)性能管理、配置管理及安全管理等功能?？梢詫?duì)IP端點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，讓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到可視化管理，電力設(shè)備獲得實(shí)時(shí)監(jiān)控。通信網(wǎng)絡(luò)可以完成在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)視圖中融入主站系統(tǒng)，讓主站系統(tǒng)接受自動(dòng)管理，其工作運(yùn)行狀態(tài)受到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)的管理能力。

（2）由于公用網(wǎng)絡(luò)對(duì)于帶寬和數(shù)據(jù)延時(shí)有著不同要求，電力各個(gè)部門(mén)對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、帶寬及時(shí)延有著不同需求。報(bào)頭結(jié)構(gòu)可以定義優(yōu)先級(jí)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求為業(yè)務(wù)和設(shè)備設(shè)定優(yōu)先級(jí)，讓通信網(wǎng)絡(luò)得到有序運(yùn)行。例如：在傳統(tǒng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)中，數(shù)據(jù)和報(bào)文要得到實(shí)時(shí)傳輸，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中設(shè)定為最高優(yōu)先級(jí)別。在共享網(wǎng)絡(luò)中，自動(dòng)化系統(tǒng)要更快速準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)，如電表讀取數(shù)據(jù)等一般業(yè)務(wù)要設(shè)定低優(yōu)先級(jí)。使用IP網(wǎng)絡(luò)要加密網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，同時(shí)校驗(yàn)IP報(bào)文，加密流程提高了數(shù)據(jù)保密性和完整度。在網(wǎng)絡(luò)層可以抵擋服務(wù)攻擊，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)偷聽(tīng)的情況。

（3）由于IPv6網(wǎng)絡(luò)中地址空間十分大，向智能設(shè)備提供IP地址，每個(gè)不同的IP地址出現(xiàn)在不同網(wǎng)段上，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以和路由策略相配置，根據(jù)業(yè)務(wù)需求將網(wǎng)段信息發(fā)送給服務(wù)器，自動(dòng)化系統(tǒng)才能同時(shí)滿足不同業(yè)務(wù)需要。這樣不需要調(diào)整業(yè)務(wù)部門(mén)，可以讓智能設(shè)備滿足共享業(yè)務(wù)服務(wù)。例如：如果運(yùn)檢、調(diào)度及營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)同時(shí)需要智能終端的數(shù)據(jù)，要向智能終端分發(fā)3個(gè)IP地址，每個(gè)IP地址都對(duì)應(yīng)調(diào)度管理網(wǎng)段，3個(gè)部門(mén)根據(jù)業(yè)務(wù)需要利用數(shù)據(jù)服務(wù)器，在配電終端中調(diào)取任意數(shù)據(jù)，讓智能傳感器實(shí)現(xiàn)多個(gè)部門(mén)的實(shí)時(shí)服務(wù)。

3 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文研究了在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包括主站系統(tǒng)、配電終端、配電子站及通信通道4個(gè)主要部分。使用IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效提高配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，讓配電數(shù)據(jù)信息更加安全準(zhǔn)確地傳遞，同時(shí)路由功能和IP地址的設(shè)置，讓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多部門(mén)共享服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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