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1.1以太網(wǎng)技術(shù)概述
我們現(xiàn)在所說的以太網(wǎng)通常是指在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)下構(gòu)建的局域網(wǎng)。1975年,美國施樂公司(Xe-rox)成功將其公司的電腦、打印機(jī)等組建成一個局域網(wǎng)絡(luò),后來施樂公司(Xerox)、數(shù)字裝備公司(Dig-ital)、英特爾公司(Intel)三家公司為了推廣這項技術(shù)而合作,并起草了DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn),這就是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的前身。以太網(wǎng)通信具有系統(tǒng)組網(wǎng)方便、信息共享性好、易于互操作等優(yōu)點,所以在變電站綜合自動化系統(tǒng)中得到了很好的推廣與應(yīng)用。與前述總線類通信技術(shù)相比而言,以太網(wǎng)最突出的優(yōu)點就是它的通信傳輸速率高。
1.2以太網(wǎng)構(gòu)建的變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
用以太網(wǎng)組網(wǎng)構(gòu)建的變電站綜合自動化系統(tǒng),由于將全站一次設(shè)備保測裝置的信號均接在了交換機(jī)上,當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺、遠(yuǎn)動機(jī)、工作站如需知道某一斷路器、刀閘、變壓器的遙信或者遙測信息,直接訪問交換機(jī)即可,這樣,數(shù)據(jù)的共享性顯然優(yōu)于現(xiàn)場總線。
1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)采用以太網(wǎng)組網(wǎng)的系統(tǒng)原理
區(qū)別于現(xiàn)場總線,在采用以太網(wǎng)組網(wǎng)的綜合自動化系統(tǒng)中,介質(zhì)采用的是網(wǎng)線而非485線。在圖二中,保測裝置1~n負(fù)責(zé)采集變電站一次設(shè)備的遙信、遙測信息,然后通過網(wǎng)線接至交換機(jī)。變電站主控室的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺通過交換機(jī)了解全站設(shè)備運(yùn)行情況,并根據(jù)需要在監(jiān)控機(jī)上,或者在現(xiàn)場對一次設(shè)備進(jìn)行操作。另外,交換機(jī)采集到的信息通過遠(yuǎn)動機(jī)上送給調(diào)度中心,調(diào)度中心根據(jù)全網(wǎng)的負(fù)荷情況,如果有需要將對這個站實現(xiàn)負(fù)荷切換的話,將會發(fā)送命令給遠(yuǎn)動機(jī),遠(yuǎn)動機(jī)再經(jīng)由交換機(jī)發(fā)送至保測裝置,這叫“遙控選擇”;保測裝置接收到遙控命令后,會回復(fù)調(diào)度中心一個報文,這就是“遙控返校”;當(dāng)調(diào)度中心接收到保測裝置返回的信息后,再對該變電站的一次設(shè)備進(jìn)行操作,這就是“遙控執(zhí)行”。
2綜合自動化系統(tǒng)中兩種通信技術(shù)應(yīng)用的比較
每一項基礎(chǔ)性技術(shù)的誕生,都會推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,變電站綜合自動化系統(tǒng)也不例外。就變電站綜合自動化系統(tǒng)而言,衡量其系統(tǒng)好壞的幾個性能指標(biāo)很重要,那就是快速性、實時性、共享性和信息量。快速性是衡量通信通道傳輸信息速率的一個指標(biāo)。變電站的斷路器有變位信息時,該變位信息要能在現(xiàn)有技術(shù)水平的前提下,在最短時間內(nèi)上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺或者調(diào)度中心。實時性與快速性相關(guān),它是指在監(jiān)控畫面上,監(jiān)控機(jī)上的圖(或者報文)要能及時反映斷路器或刀閘的變位信息。現(xiàn)在中國南方電網(wǎng)的規(guī)范要求實時性要控制在ms級別內(nèi)。由于以太網(wǎng)模式將所有保測裝置的信息都掛在了交換機(jī)上,當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺、遠(yuǎn)動、工作站如需訪問數(shù)據(jù),直接在交換機(jī)上讀取即可,比起現(xiàn)場總線要方便許多,這就是它的共享性。當(dāng)雷雨天氣時,上送的報文量非常大,由于現(xiàn)場總線傳輸速率有限,所以能上傳的信息量有限,有的信息不能上送,導(dǎo)致值班人員不能判斷變電站所有設(shè)備的運(yùn)行工況。具體優(yōu)劣比較如表一所示。表一現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)通信質(zhì)量比較
3結(jié)束語
加密技術(shù)通過密鑰體現(xiàn)出來,是確保電力通信安全的基礎(chǔ)。電力自動化系統(tǒng)在實際運(yùn)行中,必須要加強(qiáng)對密鑰進(jìn)行管理,防止發(fā)生信息泄露。對密鑰進(jìn)行管理時,要延伸到其使用的所有范圍和周期內(nèi),嚴(yán)格管理,層層把關(guān),防止受到外界攻擊。根據(jù)電力環(huán)境、使用頻率、網(wǎng)絡(luò)特征等因素綜合分析,建立科學(xué)的管理機(jī)制,通過維護(hù)和管理,保證電力通信的安全。通常管理機(jī)制包含以下幾種:密鑰分配模式、與之所有共享密鑰、密鑰產(chǎn)生及應(yīng)用、密鑰啟動機(jī)制、隨機(jī)數(shù)的生成。電力通信加密技術(shù)屬于比較復(fù)雜的過程,涉及的知識廣、學(xué)科多,因此必須要加強(qiáng)對密鑰的管理,才能提高系統(tǒng)的安全性。
2電力自動化通信技術(shù)中信息安全對策
2.1采用多層次加密的方式實現(xiàn)信息保護(hù)
隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的推廣應(yīng)用,在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸中,為了保障所傳輸數(shù)據(jù)的安全性,多采用加密方式進(jìn)行保障,其中,通過網(wǎng)絡(luò)鏈路加密、信息傳輸端口加密、混合加密等三種加密方式是比較常見的網(wǎng)絡(luò)信息加密方式。
2.2采用合適的加密算法實現(xiàn)信息保護(hù)
在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息安全保護(hù)中,通過使用合適的加密算法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的安全保護(hù)也是一種常見的網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù),它主要是通過在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層之間,進(jìn)行SSL層設(shè)置,并通過對數(shù)據(jù)流的完全加密,以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的安全保護(hù)。值得注意的是,在SSL層進(jìn)行完全加密的數(shù)據(jù)流中,加密的內(nèi)容只包括應(yīng)用數(shù)據(jù)和傳輸協(xié)議內(nèi)容。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息加密保護(hù)過程中,通過將數(shù)據(jù)流分割成數(shù)據(jù)段進(jìn)行加密,并在加密后數(shù)據(jù)由明文變成密文,以此來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的安全保護(hù)。
2.3以摘要算法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息安全保護(hù)
在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息安全保護(hù)中,以摘要算法的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息的安全保護(hù),也就是通過對于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進(jìn)行分段,并通過摘要計算后,將摘要附注在信息明文之后,以進(jìn)行傳輸信息完整性的校驗,從而來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息的完整性與安全性。
2.4加強(qiáng)應(yīng)用管控,杜絕違規(guī)外聯(lián)
對所有用戶終端、網(wǎng)管終端加裝防違規(guī)外聯(lián)程序,發(fā)現(xiàn)違規(guī)外聯(lián)第一時間進(jìn)行阻斷。嚴(yán)格維護(hù)用戶準(zhǔn)入制度,加強(qiáng)用戶口令管理,強(qiáng)制口令定期更新,控制遠(yuǎn)程維護(hù)授權(quán)管理。
2.5對通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化
實施分層、分級管理,核心業(yè)務(wù)必須通過嚴(yán)格的物理隔離措施經(jīng)交換平臺連接用戶。
3電力自動化通信技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用
3.1電力通信網(wǎng)絡(luò)及其特征分析
在電力系統(tǒng)中,電力通信網(wǎng)絡(luò),顧名思義是借助電力光纜線路或者載波等實現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)通信與傳輸方式,現(xiàn)實中,比較常見的電力通信網(wǎng)絡(luò)有電纜線路、無線等多種通信手段與形式構(gòu)成的通信方式。而比較常見的電力通信方式主要有電力線路載波通信、電力光纖通信和其他電力通信。首先,電力載波通信主要是借助電力線路進(jìn)行工頻載波電流輸送的一種通信方式,它主要是將音頻或者是其他數(shù)據(jù)信息由載波機(jī)轉(zhuǎn)換成一種高頻弱電流形式,然后通過電力線路完成通信傳輸,實現(xiàn)電力線路的載波通信。與其他電力通信方式相比,電力線路載波通信具有通信傳輸可靠性、成本低、通信傳輸效率高等特征,并且電力線路載波通信與電網(wǎng)建設(shè)能夠保持一致,具有較為突出的特征優(yōu)勢。此外,在電力通信系統(tǒng)中,電力線路載波通信還具有通過電力架設(shè)線路實現(xiàn)載波信號傳播等形式,這種電力載波通信線路與普通線路相比,具有較高的絕緣性,并且通信傳輸過程中造成的電能損耗比較小。最后,比較常見的電力通信形式還有明顯電話、音頻電纜以及擴(kuò)頻通信等多種形式,對于電力通信的發(fā)展都有著舉足輕重的作用和影響。
3.2電力通信特征與自動化通信技術(shù)的應(yīng)用
根據(jù)地理氣候條件,構(gòu)建無線寬帶專網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)、中壓PLC載波、短距離無線通信共同交互耦合的通信網(wǎng),是當(dāng)前較為有利的組網(wǎng)方案。多種通信方式共同交互耦合,符合電力通信專網(wǎng)的演進(jìn)策略。在建設(shè)初期,通信的業(yè)務(wù)量相對較小,覆蓋面大,而光纖的造價較高,全光纖網(wǎng)不滿足經(jīng)濟(jì)性組網(wǎng)需求,采用此種組網(wǎng)方案可在建設(shè)初期減少投資,同時便于日后通信業(yè)務(wù)量增加時的通信網(wǎng)絡(luò)改造升級。同時,現(xiàn)有的GPRS公網(wǎng)并不可靠,屬于非實時和安全性很低的網(wǎng)絡(luò),難以滿足配電自動化需求。而無線專網(wǎng)具有可靠性高、實現(xiàn)性和安全性高的特點,可滿足集抄業(yè)務(wù)安全性以及配電自動化業(yè)務(wù)實時性的要求。在使用上,無線專網(wǎng)將逐步作為稀疏地區(qū)光纖通信盲點的補(bǔ)充,且進(jìn)一步將其作為光纖網(wǎng)絡(luò)的備份系統(tǒng)和應(yīng)急系統(tǒng),從而提高電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
2自動化通信系統(tǒng)的主要功能及可行性分析
配電終端互相間的通信,就是指各FTU能夠?qū)崿F(xiàn)與所屬TTU互相間的通信。因為各FTU與其所屬TTU距離比較小,電纜通信方式作為一種性價比很高的通信手段,具有高度的穩(wěn)定性,所以可在各FTU與所屬TTU間設(shè)立電纜,并應(yīng)用RS-485的通信方式。對于通信系統(tǒng)的介質(zhì),應(yīng)選用具有屏蔽功能的普通通信電纜及雙絞線。各FTU將從所屬TTU收集到的信息、數(shù)據(jù)不予任何加工、處理,直接傳送到主站系統(tǒng),統(tǒng)一由主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工、處理。相反,來自配電網(wǎng)中心主站的指令下達(dá)到對應(yīng)的FTU,經(jīng)過FTU的判斷,當(dāng)為FTU指令時,將由FTU作出回應(yīng);經(jīng)過FTU的判斷,如果為TTU指令時,則FTU需要把指令傳送給TTU,這是應(yīng)由TTU作出回應(yīng)。原因是FTU不會對屬于TTU的指令做出任何回應(yīng),因此,針對FTU及TTU的應(yīng)用類型不會受到任何限制。到2010年,國內(nèi)供電企業(yè)基本已建成覆蓋全部變電站的光纖通信網(wǎng)。以此為基礎(chǔ),以變電站為起點建設(shè)10kV線路段的電力通信網(wǎng),即可完成配網(wǎng)段的電力專網(wǎng)。配電自動化通信系統(tǒng)的可行性主要體現(xiàn)在技術(shù)方面,即光纖、PON技術(shù)已經(jīng)成熟,供應(yīng)廠商有華為、中興等知名企業(yè),在電力行業(yè)中已有很多應(yīng)用實例,是國網(wǎng)公司電力光纖、配電自動化、調(diào)度通信系統(tǒng)等項目的推薦技術(shù)。無線寬帶方面,國內(nèi)有自主知識產(chǎn)權(quán)的Mcwill、LT800產(chǎn)品,也有Wimax等國際標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,且已在少數(shù)省網(wǎng)公司的用電信息采集系統(tǒng)以及鐵路、機(jī)場等工業(yè)專網(wǎng)中有所應(yīng)用。
3通信系統(tǒng)自動化技術(shù)規(guī)約
因為饋線自動化系統(tǒng)中具有多個通信點,然而通信的數(shù)據(jù)信息量太少,所以這種在調(diào)度自動化過程中選用相對較多的循環(huán)式CDT規(guī)約以及查詢式的POLLING花費(fèi)時間過長的辦法并不適合實際問題的解決。當(dāng)前,世界電工委員會確定的IEC870-5-101規(guī)約是目前來說較為適合配電自動化系統(tǒng)的通信規(guī)約。
3.1IEC870-5-101規(guī)約用戶數(shù)據(jù)分類
在自動化的配電系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸中,對于很多信息數(shù)據(jù)極為重要,必須立刻進(jìn)行傳輸,它們擁有很高的傳輸優(yōu)先性;而對于一些數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膬?yōu)先性很低,可以進(jìn)行比較慢的傳輸。從以上原則的角度考慮,在實際配電自動化系統(tǒng)中,為了確保優(yōu)先、迅速傳輸事故狀態(tài)數(shù)據(jù)信息以及迅速實現(xiàn)事故識別,并迅速完成事故狀態(tài)的隔離及恢復(fù)供電,把負(fù)荷開關(guān)的變更狀態(tài)及電力系統(tǒng)的事故信號等關(guān)鍵信息作為優(yōu)先數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行解決;而電流、電壓以及功率等其它的測量量則作為二級的用戶數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行解決;對于有關(guān)脈沖量及統(tǒng)計量都為視為慢數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行處理。
3.2通信系統(tǒng)規(guī)約程序流程
對于主站向終端的指令時有初始化、對時、總召喚、一級數(shù)據(jù)信息查詢、二級數(shù)據(jù)信息查詢、刀閘(或為開關(guān))以及全站總復(fù)歸等等,而對于終端的回應(yīng)報文則有遙測量、遙信量以及確認(rèn)等。通過初始化等相關(guān)步驟,主站方面就可針對終端進(jìn)行常規(guī)的報文詢問,此后將依據(jù)回答報文以及標(biāo)志位的不同,發(fā)射出不同的報文,以此得到所需要的數(shù)據(jù)信息。IEC870-5-101規(guī)約在平衡傳輸過程中,詢問呼喚二級用戶信息數(shù)據(jù)變化以及定點呼喚每組返送的信息數(shù)據(jù)有沒有FT1.2幀長樣式操控中的要求訪問位ACD-1。當(dāng)出現(xiàn)上述情況,主站則利用“請求一級用戶信息數(shù)據(jù)”來向終端實施請求。IEC870-5-101規(guī)約處在非不平衡的傳輸過程中時,將會應(yīng)用快速-校對、驗證-過程采集一級用戶的數(shù)據(jù)信息。
4配電自動化通信技術(shù)優(yōu)勢
綜合運(yùn)用EPON、寬帶無線、PLC、WSN等技術(shù)率先建立基于復(fù)合通信的電力用電信息實時采集系統(tǒng),建設(shè)跨業(yè)務(wù)“配用電一體化通信網(wǎng)絡(luò)平臺”,開展配網(wǎng)自動化建設(shè),可有效促進(jìn)電網(wǎng)安全、可靠、高效供電,提高服務(wù)水平。從技術(shù)與實踐兩方面研究電力通信網(wǎng)建設(shè)方式和運(yùn)維模式,對建設(shè)具備系統(tǒng)自愈、用戶互動、高效運(yùn)行和分布式能源靈活接入等功能的智能電網(wǎng)具有決定性作用。
5結(jié)束語