【導(dǎo)讀】自動化程度差、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱的配電網(wǎng)現(xiàn)狀。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對配電網(wǎng)自動化提出了更高的要求，隨著我國配電網(wǎng)自動化試點(diǎn)工程的逐步。配網(wǎng)自動化逐步發(fā)展成為供電企業(yè)實(shí)用化的、必不可少的一種生產(chǎn)手段。配電網(wǎng)可按照電壓等級分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低。壓配電網(wǎng)，配網(wǎng)自動化特指10kV及以下的中壓配電網(wǎng)自動化。實(shí)施配網(wǎng)自動化的首要。長且難度極大，如何選擇合適的通信技術(shù)將成為配電自動化改造的關(guān)鍵。歐洲已進(jìn)行了大面積推廣。相比較而言，日本、美國自動化系統(tǒng)的覆蓋面積廣，歐洲相對少。的遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制裝置，構(gòu)成網(wǎng)格式配電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)故障后按時限自動順序送電。只有無線通信質(zhì)量得不到保證時，因地制宜的采用光纖或?qū)＞€電話通信。網(wǎng)接入通信協(xié)議多種多樣，使得配電通信網(wǎng)接入更為復(fù)雜。力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。術(shù)能滿足智能電網(wǎng)對于通信的新需求。電力通信業(yè)務(wù)已廣泛應(yīng)用各種通

　　

【正文】 延 ，故有總延時 ?? QT總 。根據(jù)工程中具體對實(shí)時性的要求，設(shè)時延限定值 限T ，則有 限總 TT ? 下面考慮下在實(shí)際工程中如何根據(jù)具體需求對帶寬進(jìn)行分配。設(shè) OLT下接了 N個 ONU，每個 ONU下接 L 個終端，每個終端發(fā)送報文長度最大為 I 字節(jié)，終端報文的優(yōu)先級均設(shè)為最高。由于每次上行幀發(fā)送數(shù)據(jù)時需要發(fā)送下次的請求 REPORT，令 REPORT 長度為 P 字節(jié)，為了保證 在授權(quán)時隙到達(dá)時 ONU 可將每臺終端報文能夠一次發(fā)送，給 ONU 分配的帶寬應(yīng)該不小于 PIL ?? 。故最大帶寬設(shè)定要求為 PILW ???max 綜合考慮以上的時延和帶寬分配要求，需要滿足不等式 ??? ???? PILW TTm ax限總 因 EPON 上行速率 sMBGb ps /1281 ? ，有 N sMBQWax /128m ??帶入上式得到 ???????????PILN sMBQTmsQ/12839。 解不等式得 ? ? 2 ????? 限 進(jìn)一步化簡為 ? ? ? ? sMBmsTPILN / ????? 限 由此，我們得到 ONU 數(shù)量 N，每個 ONU 下終端數(shù)量 L，終端發(fā)送最大報文長度 I，需要滿足的關(guān)系式。根據(jù)這一關(guān)系式，可以由規(guī)定的時延限定值 限T 來計(jì)算終端可接的數(shù)量，根據(jù)不同的要求來進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。例如，一般來說一個 ONU 有 8 個緩沖隊(duì)列，即可接 8 個終端，一般 104 協(xié)議最大幀 4KB。以太網(wǎng)幀長 要求為，遠(yuǎn)動四遙，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)時延小于 10ms， 饋線保護(hù)檢測等小于 10ms。 ? ? 1948 / ??? ??? PK sMBmsmsN ，終端總數(shù) 152 ? ? 5315188 / ??? ??? P sMBmsmsN ，終端總數(shù) 424 IEC61850 是關(guān)于變電站綜合自動化通信體系結(jié)構(gòu)的國際標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定 GOOSE 報文傳輸延時在 4ms 內(nèi)。 ? ? 748 / ??? ??? PK sMBmsmsN ，終端總數(shù) 56 ? ? 1915188 / ??? ??? P sMBmsmsN ，終端總數(shù) 152 通過以上的時延及帶寬計(jì)算我們可以看出 EPON 技術(shù)在實(shí)時性上滿足分布式控制的要求。 滿足基于 IEC61850 的 GOOSE 報文實(shí)時性需求的通信技術(shù) 由于在實(shí)際配電網(wǎng)應(yīng)用中，電力系統(tǒng)自動化功能的實(shí)現(xiàn)是由眾多制造廠商的設(shè)備以及采用不同接口的子系統(tǒng)共同參與配合完成的，歷史上各廠商的設(shè)計(jì)沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所采用的技術(shù)規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范不一致，相互之間很難進(jìn)行信息共享、交互。同時多種通信協(xié)議的采用使得不同廠家的設(shè)備間通信必須通過大量的協(xié)議轉(zhuǎn)換來完成，從而浪費(fèi)了大量的人力物力，并且必然影響系統(tǒng)的實(shí)時性能與可靠性。 IEC61850 與以往變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議不同，除了定義變電站自動化系統(tǒng)的對整個系統(tǒng)的功能模型、通信網(wǎng)絡(luò)和體系結(jié)構(gòu)、對 象模型、測試方法等進(jìn)行了全面詳盡的通信要求和數(shù)據(jù)交換外，并考慮延伸到配電自動化系統(tǒng)，把配電自動化系統(tǒng)中的各個終端設(shè)備作為一個新型的 IEC61850 智能電子設(shè)備（ IED）來設(shè)計(jì)，基于 IEC61850 來完成 IED 之間、 IED 與主站系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)化通信。 要保證 GOOSE 報文實(shí)時性需求，首先必須了解 GOOSE 報文端對端發(fā)送接收時，所產(chǎn)生的時延構(gòu)成，通過分析其特點(diǎn)和組成要素，找出盡量降低延時的措施。 GOOSE報文延時構(gòu)成結(jié)構(gòu)為：發(fā)送端處理延時 t網(wǎng)絡(luò)傳輸延時 t接收端處理延時 t3，總的時延 t 總是從發(fā)送端 IEDA的 GOOSE 報文發(fā)送到接收端 IEDB 處理的全部時間，即 t 總 =t1+t2+t3。 (1)IEDA發(fā)送端處理延時 t1：包括 GOOSE 報文發(fā)送端的數(shù)據(jù)分段、報文封裝以及報文排隊(duì)到達(dá) GOOSE 處理發(fā)送器的所有時間。 (2)IEDB接收端處理延時 t3：包括 GOOSE 報文接收端的報文解析（拆封裝、解析報文頭）、數(shù)據(jù)連接拼裝以及 GOOSE 報文到達(dá)通知和數(shù)據(jù)復(fù)制給 GOOSE 應(yīng)用端。 (3)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延 t2： GOOSE 報文從 IEDA GOOSE處理發(fā)送器到 IEDB 的 GOOSE報文處理接收器的所需全部時間。 t2由三部分組成， t2=tx+ty+tz（ tx為排隊(duì)延時、 ty為傳輸延時、tz 為傳播延時）。 tx為開始傳輸前的所有網(wǎng)絡(luò)排隊(duì)時間，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路方法決定了 tx的時延， 因?yàn)樵谝蕴W(wǎng)中一般采用載波監(jiān)聽多路訪問 /沖突檢測方法，所以排隊(duì)時間為不確定的。傳輸時延 ty 是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸鏈路上開始發(fā)送報文的第 1 個比特至發(fā)送完該報文的最后一個比特所需要的時間，傳輸時延取決于報文的長度和數(shù)據(jù)傳輸波特率，若記報文長度為 L（單位為字節(jié)），數(shù)據(jù)傳輸速率為 V（單位為 bit/s），則傳輸時延 ty=8L/V。傳播時延 tz是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸鏈路上發(fā)送第 1個比特 時刻至該比特到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的時延，傳播時延取決于傳輸距離和傳播速度，若記傳輸距離為 d（單位為 m），傳播速度為 v（單位為 m/s），則傳播時延為： tz＝ d/v。 為了達(dá)到 GOOSE 報文 4ms延時要求即 t總 =t1+t2+t34ms，必須應(yīng)用一系列 GOOSE 報文實(shí)時技術(shù)來降低 t t t3 的時延。處理時延 t t3 與發(fā)送接收處理器、操作系統(tǒng)處理機(jī)制、協(xié)議棧有關(guān)，所以本章采用優(yōu)先級的處理機(jī)制和強(qiáng)實(shí)時內(nèi)核處理機(jī)制來實(shí)現(xiàn)處理時延的 最小化。網(wǎng)絡(luò)通信時延，如果報文長度和傳輸距離為定值時，又因傳播速度為光速級的 ty、tz 可以 忽略，主要是網(wǎng)絡(luò)的排隊(duì)延時影響了總的通信時延，所以要降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸負(fù)荷，降低排隊(duì)時間。為了減少網(wǎng)絡(luò)流量本章采用虛擬局域網(wǎng) VLAN 技術(shù)、組播技術(shù)。所以為了保證基于以太網(wǎng) GOOSE 報文通信的實(shí)時性，本章后續(xù)幾節(jié)分別研究 VLAN 技術(shù)、 IEEE 、組播及 GMRP 技術(shù)、強(qiáng)實(shí)時內(nèi)核處理機(jī)制等實(shí)時技術(shù)。 ? VLAN 技術(shù)虛擬局域網(wǎng)即 VLAN 是把物理上分開的用戶設(shè)備按服務(wù)性質(zhì)劃分成不同的 工作組。 VLAN 的本質(zhì)是就是劃分子網(wǎng)絡(luò)，只能在同一 VLANID（ VID）中的結(jié)點(diǎn)才能接收到幀，能有效防止網(wǎng)絡(luò) 廣播風(fēng)暴和降低整個網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。圖 為 VLAN 和組播減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的原理圖，當(dāng)節(jié)點(diǎn) 1 向節(jié)點(diǎn) 2 和節(jié)點(diǎn) 5 分別發(fā)送消息時， VALN 和組播減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的區(qū)別如下： 圖 VLAN 和組播減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷原理 (1)廣播：結(jié)點(diǎn) 1 2， 1 5，總流量：（ a+b+c+d+e+f+g） *2。 (2)VLAN：結(jié)點(diǎn) 1 2， 1 5（假設(shè) 4 為 VLAN1。 7 為 VLAN2）總流量：（ a+b+c+d） +(a+e+f+g）。 (3)組播：結(jié)點(diǎn) 1 2， 1 5(如果這條兩消息的 內(nèi)容相同 )，總流量 （ a+b+c+d+e+f+g）。 從上面的分析可以看出 VLAN 和組播都比廣播方式網(wǎng)絡(luò)流量要少，組播技術(shù)后文將詳細(xì)介紹， VLAN 技術(shù)減少不同 VID 之間的數(shù)據(jù)交換，把數(shù)據(jù)交換限制在同一個 VID 中。根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)原理 VLAN 有以下幾種劃分方法： (1)基于交換機(jī)端口的 VLAN。這種劃分直觀、簡單、方便，直接把交換機(jī)的某些端口定義 為同一個 VLAN，在同一個 VLAN 的端口構(gòu)成一個子網(wǎng)通信?；诙丝诘?VLAN 劃分又包括單交換機(jī)端口定義 VLAN 和多交換機(jī)定義 VLAN。 (2)基于 MAC 地址的 VLAN。根據(jù)各 IED 的網(wǎng)卡地址進(jìn)行劃分，這種基于用戶物理地址的方式可以任意移動物理設(shè)備而不需要重新配置，此 MAC 地址的物理設(shè)備還是在劃分好的VLAN 中。 (3)基于網(wǎng)絡(luò)層的 VLAN。是由每個設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層地址如 IP 地址或 IP 協(xié)議進(jìn)行 VLAN 的劃分。 采用 VLAN 技術(shù)的全交換局域網(wǎng)與傳統(tǒng)的局域網(wǎng)相比，有下面三個方面的 優(yōu)點(diǎn) : (1)隔離網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴。通過 VLAN 技術(shù)，把傳統(tǒng)的局域網(wǎng)廣播消息發(fā)送到相應(yīng)的 VLAN 中，不在這個 VLAN 中的其他設(shè)備不會收到廣播消息，從而有效減少了廣播消息的流量，解決了因大量廣播 消息而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)堵塞。 (2)增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。各 VLAN 之間是相互隔離的不能直接通信，每個 VLAN 就像一個獨(dú)立的局域網(wǎng)， VLAN 之間也像局域網(wǎng)一樣有安全防火墻，從而實(shí)現(xiàn)了 VLAN 的安全訪問控制，保證了 VLAN 中的數(shù)據(jù)和資源的安全性。 (3)優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能。在同一 VLAN 中的各設(shè)備之間的通信，可以直接連接，不需要通過過多的交換機(jī)和路由器等設(shè)備，大大減少了網(wǎng)絡(luò)延時。一般情況把同一類工作劃分在同一個VLAN 中，減少不同 VLAN 之間的通信，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。 ? 基于 IEEE 論與展望 配電自動化是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、用戶以及地理圖形等信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及治理的自動化、信息化。 通信系統(tǒng)作為配電自動化系統(tǒng)正常運(yùn)作的前提，是至關(guān)重要的。配電網(wǎng)的通信與變電網(wǎng)的通信具有很大的差異，它具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布分散、通信點(diǎn)多、通信設(shè)備工作環(huán)境較差的特征，單個通信點(diǎn)信息量少但基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的信息量非常龐大。 在國內(nèi)上次大規(guī)模建設(shè)配網(wǎng)的時候，通信技術(shù)大部分采用電纜傳輸技術(shù)，而電纜傳輸?shù)馁|(zhì)量較差，采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果無法使用 。無線通信技術(shù)可分為無線專網(wǎng)和無線公網(wǎng)，無線專網(wǎng)的建設(shè)受制于頻段申請等原因，無線公網(wǎng)使用移動運(yùn)營商已有的 ，存在 上線率低，租用費(fèi)用高等問題。要建設(shè)一個高品質(zhì)的智能配電網(wǎng)，必須采用可靠的通信技術(shù)。光纖通信是不二的選擇，它具有抗強(qiáng)電磁干擾，誤碼率低，速率高，保密性好等特點(diǎn)。 在前幾年的小規(guī)模配電網(wǎng)試點(diǎn)中，普遍采用了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和 EPON 無源光網(wǎng)絡(luò)兩種光纖通信技術(shù)。這兩種技術(shù)都以以太網(wǎng)技術(shù)為基層，但在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層有顯著的差異。 在物理層，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)類似于 SDH 同步數(shù)字序列，一束 光完成一條線路的信號傳送。 EPON 無源光網(wǎng)絡(luò)在下行時，采用無源分光器件，將一束光分為多束光，同時完成主節(jié)點(diǎn) OLT 到各分支節(jié)點(diǎn) ONU 的信號傳送。