面向智能变电站通信网络可靠性探究获奖科研报告

面向智能变电站通信网络可靠性探究获奖科研报告【摘要】近年来，随着智能变电站建设规模的不断扩大，对其通信网络的可靠性设计也提出了较高的要求，为了实现这一目标，在智能变电站实施建设过程中，相关设计人员就要根据变电站通信网络结构，利用现代传感技术和通信信息技术对其进行全面的优化和完善，以便进一步提高网络的可靠性，进而为保障供电安全打下坚实的基础。本文也会针对这一课题进行着重分析，并提出相应的优化建议，以便有关人士参考借鉴。

【关键词】智能变电站;通信网络;可靠性分析;优化建议

对于智能变电站而言，通信网络的可靠性对其整体供电效率和供电质量等都有着很大的影响。而大多数智能变电站站内通信网络都包括以下三种形式，即星形通信网络结构、双星形通信网络结构合环形通信网络结构，这些通信网络在架构设计过程中，必须严格按照相应的设计标准要求来进行，并采用可靠度及平均无故障运行时（MTBF）的计算公式来对这三种通信网络结构的可靠性进行全面检测分析，这样才能确保其运行的可行性，满足智能变电站高效安全的长期供电需求。

1.变电站通信网络构造设计分析

现今，大部分智能变电站通信网络都是按照三层两网结构模式进行设计，整个通信网络主要包括三大组成部分，即站控层、间隔层和过程层。因此，在对其通信网络进行设计时，就要尽量采取开放的分层分布式设计结构，即以工业以太网结构模式为主要设计标准，但考虑到变电站站控层设备与过程层设备之间一般不需要直接通信，所以按照相应的逻辑理论，相关设计人员就要尽量利用两层以太网来对三层設备进行连接，进而形成拓扑式通信网络结构来实现智能变电站的正常通信功能。

2.智能变电站通信网络拓扑形式与可靠性分析

2.1网络拓扑形式

目前，大部分智能变电站通信网络的组态形式都是以单/双星形或环形网络组态形式为主，两者之间有着较大的区别。其中，单星形通信网络中所有间隔层智能电子设备与站控层智能电子设备及其他设备之间的信息交换都要通过核心交换机才能得以实现。而单环形通信网络中间的间隔层IED设备与站控层和其它层之间的设备之间的信息交换与共享，则依靠快速生成树协议（RSTP）来实现，并且该协议还可以连接备用通道。当假定同一智能变电站内单环网络IEDi与IEDj之间进行信息交换时，需通过m个交换机，而其交换设备网络接口的失效率为λ、单位长度链路失效率为μ、链路总长为L=Lij1+Lij2时，则通信网络可靠度就可按照公式（1）来计算：

而平均无故障工作时间MTBF单环则按照公式（2）进行计算：

单星形网络IED设备之间进行信息交换时，其通过交换设备的台数与其通信网络拓扑结构的层数v有关，即m=2（v-1）+1。基于此，若设IEDi与IEDj之间的链路长度为Lij，则其通信网络的可靠度就可按照公式（3）进行计算：

而平均无故障工作时间MTBF单环则按照公式（4）进行计算：

相对而言，双星形网络的可靠度可以按照公式（5）进行计算：

而平均无故障工作时间MTBF单环则按照公式（6）进行计算：

2.2网络可靠性对比分析

由公式（1）计算结果可以得知，单环路网络的可靠度与其链路长度以及环路中智能设备之间进行信息交换时涉及的交换机台数有关，即链路越长、交换机台数越多、网络可靠度越低;而公式（3）计算结果可以得知，单星形网络的可靠度主要与其链路长度以及网络结构的层数有关，即链路越长、结构层数越多、网络可靠度越低;从公式（4）和（6）计算结果可以得知，双星形网络结构的平均无故障工作时间要高于单星形网络的平均无故障工作时间约2倍左右。因此，建议智能变电站在设计通信网络时，要尽量采用双星形网络拓扑结构形式，这样才能提升其整体通信的可靠性。

3.提升智能变电站通信网络可靠性的相关优化建议分析

首先，要尽量选择性能完备、质量标准工业以太网交换机，确保其供电模式以相互独立的双电源供电模式为主，这样才能进一步提升变电站通信网络的可靠度;其次，要根据智能变电站各IED设备的分布情况来确定工业以太网交换机台数和安装位置，同时，还要按照相应的标准要求对交换机的安全间距、电压等级、信息传输流量以及业务功能等进行科学合理的调整，尽可能确保同一安全间距和同一电压等级的IED设备接入同一网络交换机，这样才能确保链路路径的最优化，使其传输长度达到最短;第三，尽量采用光纤作为变电站IED设备之间的信息传输渠道，并将交换机端口网络设置成静态虚拟局域网（VLAN）模式，并根据智能变电站的实际功能要求对VLAN进行合理划分，以便实现不同业务的隔离，进一步提升通信网络的可靠性，促进整个智能变电站的高效稳定运行;最后，要对以太网设备接口物理故障及网络回路和一些网络病毒等因素所造成的广播风暴进行全面抵制。在实际执行过程中，不仅要采用与STP/RSTP完全兼容的环网冗余协议，还要合理设计各IED设备端口流量。并且要确保交换机具备端口保护功能，这样才能有效规避各类广播风暴的产生，确保变电站通信数据信息的安全交换[2]。

结论分析：

综上所述，通过本文对智能变电站通信网络可靠性的分析和比较，可以得知，环形网络结构的可靠度要优于星形网络结构模式。并且为了进一步提高变电站的应用功能，使其能够达到安全、高效的供电效果，还要选用性能合格的标准工业以太网交换机。另外，还要根据实际需求，合理配置交换机台数和安装