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1、 智能化变电站的通信网络可靠性分析 摘要：当前，网络通信等相关技术的快速发展正在持续促进电力自动化与信息化向深层次及更大集成度发展，以更有效的支撑电网的可靠、经济运行。变电站自动化作为电力自动化中的一个重要内容倍受人们的关注，变电站自动化系统将变电站内的控制设备、保护、远动、安全稳定控制、站内监控等部分通过网络连接起来，实现了外设和信息的共享以及控制的自动化。关键词：数字化变电站；通信随着我国智能电网的不断发展，电网的稳定、可靠、安全、信息交互等方面要求不断提高，传统的变电站已经不能满足智能电网未来的发展需求。因此智能化变电站技术是日后变电站技术发展的潮流和方向。1智能化变电站的特点智能化变电
2、站具有以下几个主要特征：1.1一次设备的数字化。智能化变电站内将原有的传统的电磁式互感器使用电子式或光电式互感器替代，它优点是可以向外提供数字式光纤以太网接口，通过与站内可向外进行数字通信的智能断路器、变压器等设备相连，实现一次设备数字化的要求。1.2二次设备网络化。智能化变电站的二次设备与传统变电站信息传输以电缆为媒介不同，它加装了对外光纤网络通信接口，基于光纤以太网实现的二次信号的传输。1.3通信网络系统实现IEC61850标准化。以往传统变电站中由于不同厂家标准不同，因而不同设备的信息描述和网络通信协议标准存在差异，这就导致了设备间信号互操作性差、识别困难。而智能化变电站全站通信网络和系
3、统实现均采用国际IEC61850标准，保证了智能化变电站站内设备可以实现互操作性。2智能化变电站通信网络的要求通信网络的性能要求主要体现在以下几个方面：2.1高可靠性。由于电力生产存在连续性，所以电力系统对可靠性要求很高。通信网络对于可靠性是第一位的，应避免装置损坏迫使站内通信中断事故的发生。2.2实时性。站内要求实时传送的数据量有测量数据、保护信号、控制命令等。这些数据特别是出现故障时，对于电力系统各种继电保护装置动作很重要，所以需要站内通信网络上快速传送各种数据，保证严格的时限要求。2.3良好的开放性。站内通信网络是电力调度自动化的一个子系统，系统在发展中规模会逐渐扩大，因此通信网络的硬件
4、接口应满足国际标准，选用国际标准的通信协议，方便用户的系统集成。3研究现状从20世纪60年代开始，人们已经在通信网络的可靠性指标和可靠性评估方法上取得了一定的成果，因此，积极借鉴通信领域的相关研究成果应用于电力通信网络的可靠性分析中很有必要。3.1可靠性评估指标抗毁性是最早提出的通信网络可靠性评估指标。抗毁性是军用网可靠性评估的一项重要指标，但是对于受人为破坏的可能性较小的民用网络来说，网络抗毁性的地位则显得不是非常突出。考虑到网络部件的随机失效的影响，人们提出了生存性这一网络可靠性指标。网络生存性描述了随机破坏以及网络拓扑结构对通信网络可靠性的影响，它是通信网络最基本的特性，也是通信网络可靠
5、性研究领域内研究最多的课题。网络的有效性是基于网络业务性能（包括网络的服务质量）的可靠性测度，是描述通信网络传输能力的一个重要指标，包括网络理论吞吐量、呼叫成功率、报文传输成功率、报文传输延时等。目前由于其定义和算法还不够成，问题十分复杂，因此对网络有效性的测度可行性较差。3.2可靠性评估方法通信网络的抗毁性研究只是从网络的拓扑结构层面进行分析，应用图论的有关理论和算法能够基本满足抗毁性评估的需要。对于网络的生存性分析，比较简单的通信网络可以利用故障树模型和故障树分析法或建立相应的数学模型进行可靠性分析评估。考虑到部件具有多种工作模式和失效模式时，描述通信网络的模型的状态数将非常巨大，给网络可
6、靠性的计算带来了很多困难。Chiou等提出了一种减少计算量的方法，克服了模型规模的限制。在采用数学建模法来评估网络的可靠性时，通常会遇到难以对系统进行精确的建模，或者虽然能够建立相应的数学模型，但是模型过于庞大复杂难以进行求解的情况。利用计算机对通信网络进行仿真，可以模拟和处理网络运行中的一些模糊因素和不可知因素，弥补了单纯的数学建模法的不足。计算机仿真是通信网络可靠性评估的一种重要方法。3.3变电站自动化系统通信网络可靠性在电力领域，很多学者针对变电站自动化系统通信网络的可靠性进行了研究。何卫等针对高电压等级的变电站通信系统信息交换量大和数据实时性高的特点，建议采用双网结构以实现冗余备用。除
7、此之外，也有研究认为根据变电站自动化系统通信的特点，选用某种通信结构和网络形式能够有效提高通信的可靠性。4研究的方向目前，人们对于通信网络的可靠性还缺乏一个统一的概念。因此，有必要对通信网络的可靠性概念进行深入地研究。在对现有通信网络可靠性分析的研究基础之上，可以大致总结出分析的一般途径：选择一个合适的网络可靠性指标，以此指标作为评估的基础；对具体的网络进行分析，结合数学理论建立模型，并由此模型计算出网络的可靠性测度，或者对网络进行仿真从而求出网络的可靠性指标。对于变电站综合自动化系统通信网络的可靠性研究也应该遵循这样一条思路。结构复杂的变电站自动化系统通信网络的可靠性评估，可以采用仿真的方法
8、进行分析，这基于两方面的判断：其一，当网络结构趋于复杂时，难以对系统做出精确的数学描述，而且即使能够建立起数学模型，其计算也相当困难。其二，对于涉及变电站通信网络性能的一些数据，目前还比较缺乏，无法对通信网络进行完整的描述。通常网络可靠性的仿真分析可以按如下方式进行：首先确立网络性能的某种评估指标，此种指标应该能够反映网络的功能有效性，例如，网络部件失效时对网络吞吐量的影响，传输延时引起网络性能的变化等。然后依据上述过程对网络的行为进行编程模拟，在考虑网络部件失效引起网络性能下降的情况下，得到与指标相关的网络性能数据，并对这些数据进行数理统计，根据统计结果计算出网络的功能有效性。谷米等选择了在
9、变电站自动化系统中较多应用的LonWorks网络进行仿真，编程模拟了报文在网络中的传输过程，从而得到不同发送节点数目情况下网络的性能参数，并依此对网络的性能做出大致的评定。变电站自动化系统的通信网络具有较强的随机性，根据概率论的相关原理，当抽样次数足够多时，抽样的均值与期望的均值比较一致。在仿真过程中，有必要选择合理的时间长度，以满足精度要求。另外，在电力系统发生故障情况下，网络的信息量激增，在正常运行情况下满足可靠性要求的网络此时的表现也需要重新评估。此种情况在网络可靠性仿真中必须有所考虑，从某种意义上来说，故障时网络的性能更具有评估的价值。对网络的所有状态进行仿真分析在理论上显然不可行，此
10、时可以考虑选取一定的精度，对满足此精度要求的网络状态进行分析，进而得到需要的结果。5结语随着信息技术和计算机技术的发展，变电站自动化技术的应用更加深入，作为变电站自动化实现关键的通信网络技术，地位更加突出。结合网络的有效性指标对网络进行仿真，可以得到网络的功能评估结果。如何对变电站自动化系统中的通信网络的信息传输过程进行准确的模拟，使得仿真结果能够真实反映网络的实际状况；如何在仿真时考虑电网故障情况下网络性能的变化。这些都是接下来的研究工作中所应该解决的问题。参考文献：1吴潮辉，胡玉兰，黄传荣.变电站自动化通信技术现状及发展J.华北电力技术，2002，（8）：52-54.2JacquesPhilippeSauv，FlviaEstliaSilvaCoelho.AvailabilityConsiderationsinNetworkDesignA.PacificRimInternationalSymposium，DependableComputingC，2001：119-126. -全文完-
