输变电设备物联网在线监测系统通信网络设计研究

喻建兵

【摘 要】为了可以提高输变电设施的物联网感知能力和对大量信息的处理能力，研发出了与输变电设备物联网在线监测和设备资产管理系统相适应的通讯网络结构，并且提出的扁平式网状网结构，对现场信息搜集的点分散和分布式处理起了较大的支持作用，提高了对物联网通信设备和通信流的有效管理和控制。

【关键词】输变电;物联网;监测系统;网络设计

基于设备资产管理、电力系统设备运行参数的在线监测以及信息数据的实时掌握的基础之上，才能实现智能电网。物联网有着十分强大的交互能力和信息采集能力，是实现智能电网、提高其敏感度的最基础部分。网络是物联网的一个组成环节，通过它可以实现数据信息的传递，为物联网数据和终端设施提供一个传输媒介，进而才可以实现有效的网络管理与控制。

1、输变电设备物联网通信系统设计

1.1输变电设备物联网应用体系结构

到目前为止，我国变电站的主流通信规约是IEC61850。由于受到通信宽带的限制，依然在输电线路当中运用ICE101或是ICE104等轻量级的规约。若是从它的体系结构上分，可以分为过程层、间隔层以及站控层。在输电线路和变电站上设置了过程层的各种监测装置和监控单元，使其可以对各种类型的变电设施和变电设备的监测状态进行实时监控，并且接收设备状态信息。间隔层的智能电子设施有状态监测代理和状态接入控制器，对各种智能、高效、集约的信息进行归纳整理和信息安全技术、标准化技术的接入。站控层主要是对各种监测数据信息储存、加工、呈现、剖析、判断和预测等技术进行应用，并依照有关规约，把相关信息传递到控制中心或调度中心。在对输变电设施的在线监测和资产管理上，物联网为其提供了强有力的技术支持{1}。物联网有三个特点：第一，全面的感知特性。也就是利用各种传感技术和识别技术对所有物体的位置、信息进行随时随地的采集。第二，传输的可靠性。利用运营商网络或企业内部的专网，可以把具体信息准确、及时传输到数据终端或目的地。第三，应用便捷。把各种智能计算技术进行有机结合，对大量的信息和数据进行处理和分析，对物体也可以进行智能化管理。

1.2信息对通讯网络的需求

输变电设备物联网监测技术有效应用，可以使得输电线路运行状况的感知、监测能力得到有效地提升，并被广泛的应用在微气象、视频图像、导线温度、现场污秽以及导线的风偏、垂弧舞动的监测当中，实现了对输电设备运行状况的实时监测、对其生产过程的监督控制以及在发生风险时可进行自动报警。状态检修、资产查询是属于全生命周期的资产管理的内容。主要应用的通信网络是智能傳感器、智能电子设备以及主站服务器等，他们相互作用，相互支持。输变电设备物联网在线监测功能需求。IED是一种有能力向外部资源发送数据信息或控制命令和接收外部资源的一种装置，是由一个或者是多个处理器组成的。输变电物联网是由各个系统之间的相互作用来共同完成监测功能，但是，这种层层相连的网络结构使得前端设施与主站设施之间出现脱节，不能对大量的数据信息进行有效的处理。

2、输变电设备物联网在线监测系统通信网络设计

2.1通信架构的进化

终端信息数据的采集功能主要是通过过程层网络当中的传感器网络完成的，通信面积广阔和信息类型的复杂是其独有的特点，而且对通信的安全性、可靠性、时效性等要求相对较低，同时在对资产类的终端进行管理时，还要具有较强的可移动性。每一个间隔层都要对本间隔层当中过程层的数据信息进行归纳和整理，并有着承上启下的作用，也就是要把过程层和站控层的网络通信功能同时高速地完成{2}。站控层是一个核心网络，连接着本地的变电站控制中心和终端的变电站控制中心，同时也是公司设备管理当中的关键组成部分，利用光传输网或是数据网来实现信息的传递和接收。过程层、间隔层以及站控层组成了逻辑上的树状拓扑，其结构较为简单，主要的信息流向也是以终端到主站纵行方向为主。

2.2通信网络结构设计

在物理设备之间运用树状拓扑的稳定结构，可以在很大程度上防止广播风暴，同时还有利于网络较强的延展性，很容易的对故障进行隔离，具有较高的安全性和可靠性，这就是现在的网络结构设计。现代的逻辑网络摒弃了传统的树形点对多层的层级结构设计，采用了互联的网状网、扁平式的结构，并以IED设备为中心分布设置，为存储和计算提供了多点对多点的网状通信支持。

2.3输变电设备传感网的通信网络拓扑结构

过程层在输变电设备传感网络的通信网络拓扑结构当中，主要任务是对数据信息进行采集;间隔层的主要功能是对本间隔层的实时数据信息进行归纳和总结，有着承上启下的作用，同时还会与过程层和站控层进行对接，使其互通{3}。站控层的主要功能是利用光传输网或者是数据网来使得信息进行互换。

2.4在线监测通讯网络设备的选择

在对在线监测通讯网络设备进行选择的过程当中，可以对OSI七层体系当中的交换设备、路由设备以及传输设备进行选择。交换设备在数据转发上具有较高的效率、简单的通信协议以及较高的宽带利用率。然而，在交换设备组成的二层协议网络当中，要依靠地址的解析协议来对广播地址进行寻找，这样就很容易导致广播风暴，对网络失去控制性，这时就需要快速生成树协议进行补充。路由设备包括路由器等，具有较好的稳定性、安全性和可靠性，但却有着较为复杂的网络协议，数据的转发率也相对较低，相关配置缺乏灵敏性，需要DHCP等服务器进行辅助才能进行数据的传输。传输设备指的是类似于同步数字体系网络、多业务传送平台等，并且有着安全性能较高、宽带利用率高、延时较低、资源利用率较低的特点，但通常不适宜用在本地网的接入当中。要结合输变电设备物联网的业务特点来对变电物联网通信组网的方案进行构建。在过程层和间隔层当中可以利用设备的简单交换来建立接入和汇聚功能的二级网络{4}。对于变电站的控制中心到终端的调度控制中心，可以运用路由器组成的三层协议网络。对于本地的通信网可以在接入网络之后来对过程层中的传感器、综合监测单元节点的汇聚、通信协议的转换和不同业务逻辑通道的划分和隔离等进行完成。汇聚网的主要功能是实现对流量的汇聚、监管以及对终端设施的识别和认证进行互相关联，把数据网络连接到终端的变电站控制中心或公司的资产管理中心，组成核心网络。其中，它的传送渠道可以是SDH或者是MSTP，又或者是具有划分能力更强的分组传送网络。在确保输变电设备物联网中的监控、语音、视频等被安全隔离之后，对信息的存储、处理以及采集设备进行标识、区分和进行更好的网络管理。

结束语：

综上所述，通过对在线监测系统的有效运用，可以对设备的实施，运作状况有一个全面地了解，同时还可以对实时数据进行在线监测和诊断，实现实时监控和实时警告的功能。通过对实时数据的分析，可以对设备进行更加准确的监测，提高系统的可靠性和可用性，使得监控业务的需求得到满足，促进调控监控业务的快速发展。

参考文献：

[1]胡致远，杨炳炉，朱咏梅，吕玉祥，成云梅，杨家全.输变电设备物联网在线监测系统通信网络设计[J].高电压技术，2015，41（07）：2252-2258.

[2]朱咏梅. 输变电设备物联网系统现场监控平台的设计与实现[D]. 重庆大学.

[3]黄天聪，邓礼力，薛武，等. 输变电设备物联网通信网络结构及拓扑分析[J]. 高电压技术，2015，41（012）：3922-3928.

[4]何燕. 基于物联网的输变电设备状态监测关键技术研究[D]. 湖南大学，2019.

（作者单位：江西省邮电建设工程有限公司）