电力调度自动化通道中远动通信网关的应用设计

2018-07-10袁三男

通信电源技术 2018年4期

付亚，袁三男，付都

（1.上海电力学院电子与信息工程学院，上海 200090；2.深圳市一博科技有限公司，广东深圳 518063）

0 引言

电网调度自动化技术已经成为目前我国电力系统升级发展的大方向，且随之进行的各项自动化设备完善、变电站建设等，都是电网调度自动化技术发展的基础条件。但是，在电网调度自动化技术发展的同时也会遇到一些问题，如在无人值守的变电站中一旦出现故障，需要畅通的信息传递。所以，必须通过通信网关进行设备的信息传递和控制工作。

1 电力调动自动化与远动通信网关发展现状

1.1 电力调度自动化技术发展现状

电力系统是社会发展和人类正常生活的关键影响要素。因此，各国的电力产业都是国家的重要产业。电力系统中，调度工作的工作量十分庞大，且操作复杂功能较多，还经常出现突发状况，因此必须不断发展与完善。现阶段，电力系统的调控中已经应用到了包括有数据采集体系、数据传输体系、加工分析和数据决策等多种技术。就目前的电力调度自动化系统来说，仍存在一些影响运作的要素，如硬件设施建设不足、服务及应对各种状况的能力不足等问题。在不同部位之间的信息交换方面也需继续改善，增强数据信息的交流速度和质量。所以，必须保证电力调度自动化系统朝着科学化、技术化和规范化的方向发展。信息工作是电力调度系统工作的重中之重，既全面又科学，可以为电力调动提供准确的参考依据。电力调度的自动化智能化是电力工作与电力网络发展的整体方向。这项工作中需要应用到的技术极多，其中远动通信网关技术是最重要的技术之一，对于快速恢复电力调度自动化通道具有深刻意义。

1.2 远动通信网关技术发展现状

网关又被称作网间连接器，是一种实现网络互连的复杂设备，既可以在广域网中互连也可以在局域网中互连，是在计算机领域广泛应用的一项技术。在我国范围内，随着通信技术的整体发展，远动通信网关技术得到了较大发展。我国的远动通信发展是基于整体信息化和工业化的格局下，在各种全新的应用系统中展现出来的。尤其是在电力企业的发展中，远动网关可以有效地进行自动检查、控制和监测等工作。远动网关具体通道系统，如图1所示。我国的远动通信技术在很多电压等级变电站和开闭所中都已经进行了应用。目前，大部分地区已经在变电站中实现了SCADA系统。

但是，远动通信网关的应用中也存在一些问题。一是经过MODEM形成的模拟信号在经过通信信道的过程中，会程序自动化损坏而产生阻碍，从而使得信息的传递受到阻碍[1]。二是在利用MODEM通信技术的过程中，经常会受到雷电等天气的影响，一旦所设置的地区雷电多发，就会导致通信设备的安全维护很难实现。三是由于在进行信息保护的过程中，调试工作会对信息传递的进度造成一定影响，从而阻碍安装调试的开展速度。

图1 通道系统组成

2 远动通信网关在电力调度自动化通道中的具体设计

2.1 制定设计目标

在进行远动通信网关具体设计时，必须要明确设计的目标和该项工程的整体需求。GPRS、3G和4G由于具有无线方式下进行分组包交换的功能，可以有效满足用户的需求。这项技术下，具有最鲜明的特点是随时在线，可操作性极强，通过时间的长短或是流量具体使用量进行收费，就能够有效满足大部分的用户需求。电力调度自动化的技术需要满足用户对电力系统的各项追求，实现用电的灵活性和便捷性。在我国，目前已经在通信事业上进行了大量的GPRS和3G/4G无线接入技术来进行数据信息采集的工作。所以，将其应用在电力自动化系统的通信方面，也可以极大提升远动通信的便捷性。以广东电网为例，广东省内的电网中应用了远动通信网关的无线公网技术，通过改变通信运行的方式，使得一旦出现电力系统自动化方面的故障可以利用远动通信网关进行主站和故障站点之间的专线通道开启，最大程度缩短故障排除的时间，降低由于紧急故障抢修而耽误的各项电力运输工作和社会运作。

2.2 组网方式设计

远动通信网关在电力系统自动化应用中还需要设计组网方式。首先，GPRS组网模式。这种模式下，整体通信网关就是一台主设备和一台二级设备。通过主设备进行与二级设备的连接后，二级设备向主设备发出身份确认请求，进行准确验证身份信息后构建出两个设备之间专属的安全信息交流通道。3G/4G组网的模式与GPRS设备组网模式十分相似，也是通过建立双方的传输隧道进行通信工作。还有一种组网设计方式是GPRS+四线组网的模式，这种方式下的技术原理是在GPRS技术和四线MODEM的技术支持下，构建出一个完整的远动通信信息通道系统。通道系统中主要有主站的安全网关设备、子站的安全网关设备和四线MODEM。将这些设备分别布置于电力自动化调度系统的主站机房和故障发生的变电站内部。

2.3 数据测试工作

在远动通信网关使用过程中，需要对整体信息进行数据测试，了解各个要素的特点与状况。进行数据测试工作的流程包括以下内容。在远动通信终端设备中利用串口或者网络，建立与子站安全网的联系，以有效地进行信息的获取。通信网关在子站的网关中利用电力调度的数字证书作为一切工作开展的基础和凭证，从而继续远动设备数据信息传输与处理工作。同时，利用GPRS和3G/4G的公用网络进行与主站之间的传输。在对数据进行确认的过程中，需要进行确认的要点包括身份、协议封装解密和安全隔离等，保障串口与主站之间信息通信的安全性。测试过程中选取共线测试的模式，即在主站的前置机和主站的安全网关都采用一个串口进行多个终端设备的介入。这种方式下，最多一个主站可以进行不超过200台的RTU设备接入。

2.4 分析测试结果

在本次的方案设计应用中，测试结果如下。利用GPRS和3G/4G的组网方式在现场进行为期一周的运行测试，且这两种方式与之相连的都是4线MODEM组网。经过观测，这两种方式得到了有价值的结果。首先，期间GPRS网络发生了一次断线情况，而3G/4G网络出现了2次短路情况。GPRS网络相较于3G/4G网络来说，拥有更高的网络稳定性。在电网自动化系统中，一旦出现故障需要远动通信网关进行信息交流与控制时，利用GPRS和3G/4G技术改变通信运行，都可以实现电力自动调度的紧急恢复。在主站和子站之间的各项运行数据对接工作、紧急恢复电力调动业务中，远动通信网关可以为组织调度的工作人员在尽可能短的时间内提供各项信息传输。在对不同的断路器进行遥控指令实施的过程中，可以记录其响应时间，可以明显发现其反应速度均较快，并受到带值的一定影响，如表1所示，但总体反应速度是较快的。

表1 控制报文平均响应时间

2.5 设计项目具体实践

快速恢复电力调度自动化通道工作时，必须要首先进行工作人员个人能力的提升。作为电力系统的工作人员，学习相关电力调度自动化技术至关紧要[2]。自动化技术在电力事业中的应用已经成为不可避免的发展趋势，且可以有效地对各项工作的协调调度、安排整理做出重要贡献，也有益于提升工作效率[3]。在电力系统自动化进程中，采用远动通信网关技术是实际生产形成的必然要求，也为解决故障出现时有线通信通道受到中断无法连接的现象做出了保障。在GPRS和3G/4G技术手段下进行的数据传输速度质量都较为可靠，数据传输速度甚至能够达到150 Mb/s。虽然目前无线的远动通信网关技术仍然不能完全取代有线的通信技术，但是可以为通信通道的抢修提供有效的时间，并为其分担工作量[4]。在电力公司内部，结合实用的技术，提前做好应对突发事件准备，使调度工作相关员工能够迅速掌握远动应急通道的开通，从而促进整体电力系统自动化方向的建设。具体地，可将其从理论和技术两个角度进行结合，不断对应急措施进行创新和完善。