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【摘 要】 本文主要针对变电站通信网络研究、智能变电站的优点、实时性改进措施、通信系统的可靠性研究以及智能变电站通信网络技术的应用进行简要分析，仅供参考。
【关键词】 智能变电站；实时性；VLAN；可靠性
一、变电站通信网络研究
根据IEC61850针对变电站功能分层的思想，数字化变电站分为变电站层、间隔层和过程层，变电站层与远方控制中心之间、变电站层和间隔层之间、间隔层和过程层之间分别通过基于以太网的远动网络、站级网络和过程网络交互信息。因此，有必要对以太网技术及其行为特征进行分析，并作为研究变电站网络通信的起点。
1、网络拓扑结构与组网技术
网络拓扑结构是指传输媒体互连各种设备的物理布局，以太网广泛使用的拓扑形式主要有以下三种：总线、星型和环型。三种结构各有优缺点，在实际的应用中，不可能使用一种拓扑结构就完成所有的设计应用，必须要综合使用各种拓扑结构以满足实际应用的需要。
合理的组网方式是保证以太网高效可靠运行的重要条件。在数字化变电站中，合理的组网方式可以简要概括为：组建的网络在实现承载功能、并满足性能要求的基础上，通过对网络结构和节点分布的优化，提高网络的效能和变电站信息化应用的水平，并达到效能与投入的平衡[4]。
2、以太网交换技术
交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。在网络系统中，交换技术概念的提出是对于共享工作模式的改进。目前主要有端口交换、帧交换和信元交换（ATMswitch）三种交换技术。简单地说，三层交换技术就是二层交换技术加上三层转发技术。
三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网络中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
二、智能变电站的优点
1、设备智能化
简化二次接线，测控/保护装置内部不再需要A/D变换等繁杂的输入/输出回路，缩短安装周期，提高设备可靠性。光电技术在一次设备中的应用，从A/D转换单元到就地控制柜、间隔层测控/保护单元，直至站控层设备，全部采用光纤通信方式。光通信技术的应用，使电缆数目大幅减少，缩短安装周期，提高站内数据传偷的可靠性。因此一次设备智能化、小型化，减小变电站集控室面积却提高了精度测量。
2、智能化高级应用
当前传统的变电站已经实现了自动化，但是相对于电力调度来说也是被动的，而智能变电站可以与调度机构及时便捷地互动。智能变电站采集的数据是全景式的，因而信息量非常大，但是这些数据通过站内的信息一体化平台以及变电站自动化系统高级应用模块，对数据进行初步的挖掘、分析，实现智能告警、顺序控制、设备状态可视化、事故综合分析决策等。
智能变电站强调全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。此外，还具有功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等显著技术特征，易扩展、易升级、易改造、易维护，被认为是变电站发展历史上的一次革命。
三、实时性改进措施
以太网目前发展的最大瓶颈是实时性问题，同样存在于基于IEC61850的变电站通信网络中。通信网络的实时性由网络的带宽、介质访问控制方法、优先级策略等诸多因素共同决定。在实时性要求特别高的环节中，可以采取点对点的传输方式，提高以太网的实时性，应从避免数据冲突和保证实时数据的优先传输入手，主要有以下几种方法。
1、静态虚拟局域网（VLAN）划分
隔离网络广播风暴：通过划分VLAN，可以把广播信息限制在各个VLAN内部，从而大大减少了VLAN中的广播信息，解决了因广播信息的泛滥而造成的网络堵塞，提高了网络传输效率。在实际应用中，将同一工作性质的用户集中在同一VLAN中，可以减少跨VLAN的数据流量，而且由交换机传输数据将比由路由器传输数据具有更短的延迟时间，从而提高网络的实时性能[4]。
2、动态组播过滤
目前基于IEC61850的数字化变电站多采用发布/订阅（Publish/Subscribe，P/S）模型。P/S模型具有異步、多点通信等优点，能使通信的参与者在空间、时间和控制流上完全解耦，符合变电站中数据流量大、实时性要求高、多点传输的要求。随着网络设备技术的发展和IED设备功能的不断完善，动态组播报文过滤已经出现在智能变电站中，GMRP协议就是一个实例，所有支持GMRP的交换机都能够接收来自其他交换机的组播注册信息，并动态更新本地的组播注册信息，同时也能将本地的组播注册信息向其他交换机传播。
3、基于优先级标签的报文传输
如前文对报文传输延时的讨论中能够看出，交流机的交换延时是报文传输时延的一个主要组成部分。为区分各类报文的重要程度，满足不一样报文的传输要求，根据IEEE802.1p标准，本文提出选用根据优先级标签的报文传输办法。根据优先级标签的报文传输办法是建立在交流机构成的网络上，充分利用了交换式以太网的长处。通过这个办法，能够确保重要报文在交换机内的优先交换和传输，能够加强报文的可靠性和实时性，是对根据多VLAN的节点分布计划的一种有效弥补[4]。
4、改进以太网介质控制方法
修改以太网介质访问操控MAC（MediaAccessControl）层协议，当检测到冲突时，实时信息不退避、或者选用与非实时信急不一样的退避算法、或者等候较小的帧间隔时间，然后确保实时信息的优先传送。这种办法不能防止冲突，但可以明确实时信息的最坏端到端时延，即达到硬实时系统的要求。在以太网的传输层与MAC层之间添加流量整形器、通信过滤器或实时操控层来操控非实时信息的传输，以削减对实时信息传输的影响，确保实时信息的优先处置[5]。 四、通信系统的可靠性研究
智能变电站乃至整个电力系统稳定运行的可靠性都受其通信系统可靠性的制约，智能电网环境下数字、图像、视频等多媒体信息的集成与应用对网络可靠性提出了更高的要求。对SAS通信网络可靠性的研究大致分为两个方面：一是通信系统的可靠性评估；二是提高通信系统可靠性的方法。常用的可靠性評估方法有：
1、网络法
建立系统的可靠性方框图，通过元件故障组合分析系统事故。特点是结构简单，计算容易，但只适用于单调结构、元件为双值状态的情况。
2、状态空间法
用系统的运行状态和可能发生的状态转移来表示并求得系统可靠性指标。适用于元件多状态，元件故障和修复不独立。该方法需要假设各种故障时间，维修持续时间为指数分布，保证是马尔柯夫（Markov）过程。
3、故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）
FTA是对引起系统故障的事件、子系统及元件故障的综合分析，分析的结果即构成故障树。据故障树的结构可很快地推出计算系统事故概率的算法。其特点是阐明各子系统级故障间的因果关系，以及识别系统中最重要的故障和薄弱环节。但该方法只适于系统元件为双值状态的情况。
五、智能变电站通信网络技术的应用研究
1、中低压接入网通信技术
从当前我国中低压接入网通信技术的运用现状来看，主要有PON技术、TD-LTE技术以及PLC技术三种，在实际工作中，PLC技术被得到广泛地推广和运用。在电力系统中，PLC技术作为特有的一种通信方式，主要是将电力线缆作为中间媒介，运用载波方式，对数据和语音信号进行传输。由于PLC技术具有性能高、操作简单的特点，所以在智能电网建设中被得到大量应用。对于中低压电力线载波而言，在电网运行的过程中，主要负责提供相应地传输数据通道，确保数据传输的畅通无阻。从当前我国宽带电力线通信的应用现状来看，主要运用信道估计、卷积编码以及交频分复用等诸多技术，可以满足电力线信道的基本要求，在一定程度上可以为通信宽带的合理性和可靠性提供有效的保障。
2、骨干网通信技术
从当前我国骨干网通信技术的应用现状来看，主要有两种技术，分别是PTN技术和ONT技术，一般来说，在实际的工作中，ONT技术被得到广泛地推广和运用。所谓ONT技术，主要指的是光传送网的一种技术，将WDN技术作为基本前提，在电力通信网运行的过程中，采用开销处理的方式，为SDH的维护管理能力和保护能力提供了有效地保障。对于ONT技术而言，主要构成因素是电层和光层，并且电层和光层网络自身都具备较好的管理、监控能力，相比较其它网络因素而言，具有较好的生存性，并且随着现代科学技术的不断发展，ONT技术已经具备一定的OAM功能，在电力通信网运行的过程中，ONT技术可以进行实时监测，一旦发生故障，就可以启动相应地自动报警机制，从而确保整个电力通信网的正常稳定运行。除此之外，ONT作为新型的一种组网技术，相比较DWDM、MSTP以及SDH技术而言，具有诸多的优势，比如管理维护能力较强、传输快以及信号强等，在一定程度上可以有效提高电力通信网的保护和组网能力。
六、结束语
电力作为我国支柱能源之一，智能电网的建设在一定程度上与我国经济发展和社会进步有着密不可分的联系。因此，在进行智能电网建设时，一定要进一步加强变电站通信网络技术的应用研究，积极引进先进的技术，不断对技术进行改进和创新，严格按照要求，认真做好各个环节的建设工作，只有这样，才能有效提高智能变电站通信网络服务水平，从而推动电网智能化的早日实现。
参考文献：
[1]辛培哲，李隽，王玉东等.智能配、用电网通信技术及组网方案[J].电力建设，2013（1）：22-26.
[2]王强，贺洲强.智能变电站运行维护管理探讨[J].电力安全技术，2013（5）.
[3]毕艳冰，蒋林，张大海，等.基于实时数据分发服务的智能变电站IEC61850的实现方法[J].中国电机工程学报，2013，33（7）：149-155.
[4]黄智宇.基于IEC61850的变电站网络通信及装置的研究：[博士学位论文].大连：大连理工大学，2008.
[5]李强，窦晓波，吴在军，等.数字化变电站通信网络规划与实时特性改进[J].电力自动化设备，2007，27（5）：73-76.
【关键词】 智能变电站；实时性；VLAN；可靠性
一、变电站通信网络研究
根据IEC61850针对变电站功能分层的思想，数字化变电站分为变电站层、间隔层和过程层，变电站层与远方控制中心之间、变电站层和间隔层之间、间隔层和过程层之间分别通过基于以太网的远动网络、站级网络和过程网络交互信息。因此，有必要对以太网技术及其行为特征进行分析，并作为研究变电站网络通信的起点。
1、网络拓扑结构与组网技术
网络拓扑结构是指传输媒体互连各种设备的物理布局，以太网广泛使用的拓扑形式主要有以下三种：总线、星型和环型。三种结构各有优缺点，在实际的应用中，不可能使用一种拓扑结构就完成所有的设计应用，必须要综合使用各种拓扑结构以满足实际应用的需要。
合理的组网方式是保证以太网高效可靠运行的重要条件。在数字化变电站中，合理的组网方式可以简要概括为：组建的网络在实现承载功能、并满足性能要求的基础上，通过对网络结构和节点分布的优化，提高网络的效能和变电站信息化应用的水平，并达到效能与投入的平衡[4]。
2、以太网交换技术
交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。在网络系统中，交换技术概念的提出是对于共享工作模式的改进。目前主要有端口交换、帧交换和信元交换（ATMswitch）三种交换技术。简单地说，三层交换技术就是二层交换技术加上三层转发技术。
三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网络中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
二、智能变电站的优点
1、设备智能化
简化二次接线，测控/保护装置内部不再需要A/D变换等繁杂的输入/输出回路，缩短安装周期，提高设备可靠性。光电技术在一次设备中的应用，从A/D转换单元到就地控制柜、间隔层测控/保护单元，直至站控层设备，全部采用光纤通信方式。光通信技术的应用，使电缆数目大幅减少，缩短安装周期，提高站内数据传偷的可靠性。因此一次设备智能化、小型化，减小变电站集控室面积却提高了精度测量。
2、智能化高级应用
当前传统的变电站已经实现了自动化，但是相对于电力调度来说也是被动的，而智能变电站可以与调度机构及时便捷地互动。智能变电站采集的数据是全景式的，因而信息量非常大，但是这些数据通过站内的信息一体化平台以及变电站自动化系统高级应用模块，对数据进行初步的挖掘、分析，实现智能告警、顺序控制、设备状态可视化、事故综合分析决策等。
智能变电站强调全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。此外，还具有功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等显著技术特征，易扩展、易升级、易改造、易维护，被认为是变电站发展历史上的一次革命。
三、实时性改进措施
以太网目前发展的最大瓶颈是实时性问题，同样存在于基于IEC61850的变电站通信网络中。通信网络的实时性由网络的带宽、介质访问控制方法、优先级策略等诸多因素共同决定。在实时性要求特别高的环节中，可以采取点对点的传输方式，提高以太网的实时性，应从避免数据冲突和保证实时数据的优先传输入手，主要有以下几种方法。
1、静态虚拟局域网（VLAN）划分
隔离网络广播风暴：通过划分VLAN，可以把广播信息限制在各个VLAN内部，从而大大减少了VLAN中的广播信息，解决了因广播信息的泛滥而造成的网络堵塞，提高了网络传输效率。在实际应用中，将同一工作性质的用户集中在同一VLAN中，可以减少跨VLAN的数据流量，而且由交换机传输数据将比由路由器传输数据具有更短的延迟时间，从而提高网络的实时性能[4]。
2、动态组播过滤
目前基于IEC61850的数字化变电站多采用发布/订阅（Publish/Subscribe，P/S）模型。P/S模型具有異步、多点通信等优点，能使通信的参与者在空间、时间和控制流上完全解耦，符合变电站中数据流量大、实时性要求高、多点传输的要求。随着网络设备技术的发展和IED设备功能的不断完善，动态组播报文过滤已经出现在智能变电站中，GMRP协议就是一个实例，所有支持GMRP的交换机都能够接收来自其他交换机的组播注册信息，并动态更新本地的组播注册信息，同时也能将本地的组播注册信息向其他交换机传播。
3、基于优先级标签的报文传输
如前文对报文传输延时的讨论中能够看出，交流机的交换延时是报文传输时延的一个主要组成部分。为区分各类报文的重要程度，满足不一样报文的传输要求，根据IEEE802.1p标准，本文提出选用根据优先级标签的报文传输办法。根据优先级标签的报文传输办法是建立在交流机构成的网络上，充分利用了交换式以太网的长处。通过这个办法，能够确保重要报文在交换机内的优先交换和传输，能够加强报文的可靠性和实时性，是对根据多VLAN的节点分布计划的一种有效弥补[4]。
4、改进以太网介质控制方法
修改以太网介质访问操控MAC（MediaAccessControl）层协议，当检测到冲突时，实时信息不退避、或者选用与非实时信急不一样的退避算法、或者等候较小的帧间隔时间，然后确保实时信息的优先传送。这种办法不能防止冲突，但可以明确实时信息的最坏端到端时延，即达到硬实时系统的要求。在以太网的传输层与MAC层之间添加流量整形器、通信过滤器或实时操控层来操控非实时信息的传输，以削减对实时信息传输的影响，确保实时信息的优先处置[5]。 四、通信系统的可靠性研究
智能变电站乃至整个电力系统稳定运行的可靠性都受其通信系统可靠性的制约，智能电网环境下数字、图像、视频等多媒体信息的集成与应用对网络可靠性提出了更高的要求。对SAS通信网络可靠性的研究大致分为两个方面：一是通信系统的可靠性评估；二是提高通信系统可靠性的方法。常用的可靠性評估方法有：
1、网络法
建立系统的可靠性方框图，通过元件故障组合分析系统事故。特点是结构简单，计算容易，但只适用于单调结构、元件为双值状态的情况。
2、状态空间法
用系统的运行状态和可能发生的状态转移来表示并求得系统可靠性指标。适用于元件多状态，元件故障和修复不独立。该方法需要假设各种故障时间，维修持续时间为指数分布，保证是马尔柯夫（Markov）过程。
3、故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）
FTA是对引起系统故障的事件、子系统及元件故障的综合分析，分析的结果即构成故障树。据故障树的结构可很快地推出计算系统事故概率的算法。其特点是阐明各子系统级故障间的因果关系，以及识别系统中最重要的故障和薄弱环节。但该方法只适于系统元件为双值状态的情况。
五、智能变电站通信网络技术的应用研究
1、中低压接入网通信技术
从当前我国中低压接入网通信技术的运用现状来看，主要有PON技术、TD-LTE技术以及PLC技术三种，在实际工作中，PLC技术被得到广泛地推广和运用。在电力系统中，PLC技术作为特有的一种通信方式，主要是将电力线缆作为中间媒介，运用载波方式，对数据和语音信号进行传输。由于PLC技术具有性能高、操作简单的特点，所以在智能电网建设中被得到大量应用。对于中低压电力线载波而言，在电网运行的过程中，主要负责提供相应地传输数据通道，确保数据传输的畅通无阻。从当前我国宽带电力线通信的应用现状来看，主要运用信道估计、卷积编码以及交频分复用等诸多技术，可以满足电力线信道的基本要求，在一定程度上可以为通信宽带的合理性和可靠性提供有效的保障。
2、骨干网通信技术
从当前我国骨干网通信技术的应用现状来看，主要有两种技术，分别是PTN技术和ONT技术，一般来说，在实际的工作中，ONT技术被得到广泛地推广和运用。所谓ONT技术，主要指的是光传送网的一种技术，将WDN技术作为基本前提，在电力通信网运行的过程中，采用开销处理的方式，为SDH的维护管理能力和保护能力提供了有效地保障。对于ONT技术而言，主要构成因素是电层和光层，并且电层和光层网络自身都具备较好的管理、监控能力，相比较其它网络因素而言，具有较好的生存性，并且随着现代科学技术的不断发展，ONT技术已经具备一定的OAM功能，在电力通信网运行的过程中，ONT技术可以进行实时监测，一旦发生故障，就可以启动相应地自动报警机制，从而确保整个电力通信网的正常稳定运行。除此之外，ONT作为新型的一种组网技术，相比较DWDM、MSTP以及SDH技术而言，具有诸多的优势，比如管理维护能力较强、传输快以及信号强等，在一定程度上可以有效提高电力通信网的保护和组网能力。
六、结束语
电力作为我国支柱能源之一，智能电网的建设在一定程度上与我国经济发展和社会进步有着密不可分的联系。因此，在进行智能电网建设时，一定要进一步加强变电站通信网络技术的应用研究，积极引进先进的技术，不断对技术进行改进和创新，严格按照要求，认真做好各个环节的建设工作，只有这样，才能有效提高智能变电站通信网络服务水平，从而推动电网智能化的早日实现。
参考文献：
[1]辛培哲，李隽，王玉东等.智能配、用电网通信技术及组网方案[J].电力建设，2013（1）：22-26.
[2]王强，贺洲强.智能变电站运行维护管理探讨[J].电力安全技术，2013（5）.
[3]毕艳冰，蒋林，张大海，等.基于实时数据分发服务的智能变电站IEC61850的实现方法[J].中国电机工程学报，2013，33（7）：149-155.
[4]黄智宇.基于IEC61850的变电站网络通信及装置的研究：[博士学位论文].大连：大连理工大学，2008.
[5]李强，窦晓波，吴在军，等.数字化变电站通信网络规划与实时特性改进[J].电力自动化设备，2007，27（5）：73-76.