王海勇
（中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 210000）
0 引 言
智能變電站可以為當地居民提供高質量的供電，為各行業的可持續健康發展提供切實保障。高效率、低延時的通信網絡是實現智能變電站的基礎。因此，為確保智能變電站的運行安全性與穩定性，文章分析與研究了智能變電站通信網絡及監測技術。
1 智能變電站通信網絡特點
采用三層兩網架構所建立的智能變電站通信網絡結構中，三層結構分別表示站控層、間隔層以及過程層，而兩網結構則表示站控網絡層與過程網絡層。三層兩網的通信網絡結構示意如圖1 所示。與以往的數據通信網絡相比，智能變電站通信網絡結構具有以下幾方面特點。
圖1 三層兩網的通信網絡結構示意
1.1 結構優化
對于傳統的變電站通信網絡結構而言，其使用單星型結構構建網絡，該通信網絡類型在實際架構與安裝期間存在一定的不便性，同時基于網絡結構的單一化特點，導致其后期的可擴展性弱、實際應用靈活性差，無法切實有效根據各類智能終端特點為其開放相應的數據通道、數據格式，弱化了變電站的智能效果。為增強變電站的智能化特點，需要根據實際情況盡可能提升通信網絡結構的可擴展性、靈活性、兼容性。例如，使用雙星型組網方式或環網組網方式構建智能變電站的通信網絡架構[1]。
部分變電站中通信網絡的設計存在過程層網絡與站控層網絡不統一、不兼容情況，無法切實發揮智能變電站通信網絡的整體性、宏觀調控性特點。為有效解決以上問題，可以采用人工蛛網拓撲的通信網絡結構，基于內、外兩層的蛛網拓撲結構構建智能變電站通信網絡中的“兩網”結構。即站控層網絡為“兩網”結構中的外層網絡。其中，以m表示交換機實際使用數量；過程層網絡為“兩網”結構中的內層網絡，以n表示交換機實際應用數量。人工蛛網的拓撲結構示意如圖2 所示。
圖2 人工蛛網拓的撲結構示意
1.2 通信方式特點
在人工蛛網拓撲結構背景下，存在添加新鏈路或鏈路拓展需求時，智能變電站通過智能優化算法自動搜索最佳的鏈路連接方式實現該需求。同時，可以結合實際情況在合理范圍內使用雙機熱備方式、多協議標簽交換（Multi Protocol Label Switching，MPLS）技術實現添加和拓展鏈路的需求，確保數據流在傳輸期間能夠通過2 條數據鏈路實現數據交互。另外，雙機熱備能夠保證當某交換機出現故障時自動切換數據傳輸路徑，以此為通信網絡的運行穩定性提供切實保障，為技術人員、維修人員提供足量的維修處理時間[2]。
2 智能變電站通信網絡應用分析
2.1 中低壓接入網
對于中低壓接入網絡來說，要結合實際情況分別從技術、組網方案2 種角度分析中低壓接入通信網絡。
一方面，接入網通信技術。目前的通信技術主要包括無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）、電力載波通信（Power Line Communication，PLC）以及移動通信等相關通信技術。其中，PON 技術是當前各大電信公網架構中的主要組網技術。在互聯網時代背景下，各類先進的網絡技術、電子技術、信息技術不斷成熟和完善，無源光纖網絡技術的應用領域也更加寬泛且逐漸民用化，該項技術在電網配電自動化、電力光纖入戶等相關項目中被廣泛應用。根據市場發展趨勢與受眾需求，現階段的無源光纖網絡產品主要分為2 種，分別是千兆比特無源光網絡（Gigabit Capable Passive Optical Network，GPON）、以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）[3]。此外，在基于5G 技術和物聯網發展趨勢的時代背景下，PLC 技術屬于電力系統特有的通信方式，即以電力線纜為媒介實現數據流傳輸，在電力系統建設中逐漸被淘汰，當前主要用于配電網自動化、遠程集中抄表等相關系統的數據傳輸網架構，以此在滿足此類系統正常用電需求的前提下實現小型數據交互。
另一方面，接入網的組網方案。在智能變電站建設方面，自動化技術主要體現在配電網通信方面，包括柱上開關、開閉所、智能配電室以及環網柜等相關自動化設備。此類設備在實際應用期間能夠有效實現對變電站電力數據的遠程遙控、遙測、遙信等相關功能。以高寬帶速度和質量為基礎實現低延時的自動化控制效果，這對智能變電站通信網絡的帶寬提出了更高的要求。因此，在現階段的智能變電站通信網絡建設期間，需要充分結合實際情況，以變電站對數據交互效率、傳輸質量等要求為導向，以無源光纖網絡技術為核心，構建相應的通信網絡，這樣不僅能夠有效幫助智能變電站通信網絡提質增效，加強數據信息傳輸期間的質量并減少丟包率，而且可以增強通信網絡實際運行期間的可靠性、穩定性、安全性。
2.2 骨干通信網
骨干通信網絡是保證通信網絡穩定、高效運行的基礎和關鍵，因此在智能變電站通信網絡設計與架構期間，需要相關技術人員、設計人員結合實際情況選取科學合理的骨干通信網絡技術提升骨干通信網絡的數據傳輸質效。在分析骨干通信網絡時，同樣需要從技術和組網方案2 個方面開展。
一方面，骨干通信網絡技術。目前，在架構骨干通信網絡期間較為常用的技術有分組傳送網技術（Packet Transport Network，PTN）以及光傳送網技術（Optical Transport Network，OTN）[4]。PTN 技術在實際應用期間可以基于點對點的通信形式為分組業務交換提供通信信道，從而加強智能變電站通信網絡在處理大體量數據流時的承載能力與交互能力，為相關業務的規范化、標準化、合理化開展提供保障。同時，PNT 技術具有一定的穩定性、擴展性、靈活性特點，通過端到端偽線仿真兼容異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）與時分復用技術（Time-Division Multiplexing，TDM）；對于OTN 技術而言，其核心是波分復用技術（Wavelength Division Multiplexing，WDM），以OTN 技術為基礎的通信網絡結構可以分為光層和電層，兩者在實際應用與運行期間具有較強的監控能力及管理效果，可以有效兼容絕大多數的網絡環境。同時，OTN 技術有效加強運維人員的管理便捷性，通過自身的管理模塊完善維護管理功能，也可以實現對故障、運行狀態的監控，當出現故障或數據異常時向運維人員發出提示，從而提高運維人員發現問題的效率。
另一方面，骨干通信網絡的組網方案。相關設計人員與網絡架構人員可以結合實際情況，以同步數字體系光傳輸設備為骨干通信網絡組網的基礎，同時利用PTN 技術增強通信網絡的復合性、多樣性特點，形成分層聯合組網結構，以此提升骨干通信網絡與底層網絡互聯協議的兼容效果，加強底層業務的匯聚效率與匯聚質量。該方法不僅能夠提升骨干通信網絡對復雜多變IP 業務的承載力與處理靈活度，也可以保持大容量數據傳輸優勢[5]。
3 智能變電站監測技術應用分析
3.1 數據處理
為進一步提高智能變電站監測技術的現代化、數字化、智能化特點，需要結合實際情況深化大數據、云計算、數據庫等相關先進技術的應用，提高監測系統的自動化建設，以此有效降低人工處理需求。對于部分簡單且重復性強的監測工作可以移交至監測系統執行，避因人工處理而出現的失誤，進一步增強數據信息處理效率與精準性。利用大數據采集、分析智能變電站中各類終端設備實際運行期間所產生的各類數據信息，并利用數據庫存儲與分類此類數據信息，以此形成針對當前變電站運行狀態的歷史數據集，這樣不僅可以實現現有數據信息與以往數據信息的對比，判斷當前各類終端設備的運行狀態以及是否存在運行異常，而且可以基于現有數據信息預測未來終端設備的運行狀態，實現早發現、早預防、早解決的監測效果，大幅提升智能變電站的監測質量與監測可控性。如果存在異常，則可以根據具體異常類型、異常參數形成故障報告，為運維人員提供精準、可靠的異常數據，以此切實提升運維質效。
3.2 精準控制
在智能變電站中，相關工作人員可以通過監測中控系統實現對各類終端設備的遠程監控與測試，不僅能夠有效減少相關工作人員日常巡檢的頻率與所需消耗的時間，而且能夠進一步加強變電站監測的精準性與可靠性。當智能變電站中某類終端設備出現異常或故障時，設備中的故障模組便會根據設定的故障報警程序向監測中控系統發出警報，并將其具體故障參數、故障信息、故障時間等上傳至指定管理人員的移動端。如果故障類型處于遠程處理范圍內，則監測管理人員通過監測中控系統遠程維修處理故障終端；如果故障類型處于遠程處理范圍外，則可以及時呼叫相關技術人員前往故障現場對故障設備進行針對性、專業性的維修與檢查。該方法不僅可以有效解決傳統故障應對策略中的不確定性缺陷，而且可以為運維人員提供精準、全面、完整的故障信息，切實提升故障解決效率。
3.3 圖像監控
在智能變電站監測方面，不僅需要對各類終端設備的實際運行狀態進行監測，還需要對終端設備所處環境、所在位置等進行監測。在此方面，智能變電站監測管理人員可以結合實際情況，如各類終端設備的安裝位置、環境需求、設備特點以及設備重要性等因素合理設計環境監測方案。一般情況下，在環境監測中的主要監測對象分別是環境中的人員狀態、物體狀態、設備本身狀態、溫度、濕度以及風速等。可以在終端設備附近安裝監控攝像頭、溫濕度檢測器、風速檢測器以及紅外監控終端等設備，同時利用無線網絡技術、線上平臺系統等將各類監測終端連接，實時查看智能變電站內的物理環境情況，實現對智能變電站內部狀態的動態化、實時化、全面化監測。另外，由于視頻、高分辨率圖像、音頻等相關數據的存儲量較大，為保障監測數據的長期可用性，可以利用數據庫存儲所采集的監測資料，當后續工作中存在對某一時間點或位置的調查需求時，可以及時查閱不同格式的監測數據[6]。
4 結 論
為充分保障變電站的長期穩定運行，有必要提高智能變電站通信網絡架構的合理性，并科學利用現代化監測技術和監測措施，確保智能變電站的運行穩定性與安全性，促進電網智能化的發展與進步。
