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针对智能变电站通信系统中出现的网络时间同步、传输时延以及抖动较大的问题,对智能变电站通信网络复用方式进行了研究,提出了波分复用网络架构模式。新一代智能变电站波分复用无源光通信网络架构基于无源光网络和虚拟的点对点双向传输链路,采用业务隔离等技术,保证整个网络的稳定和可靠。通过仿真得到波分复用无源光网络的通信业务的性能指标并加以分析,证实了变电站业务对通信网络的要求均能够通过波分复用通信网络实现,该通信网络可用于变电站通信网。
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第 39 卷 第 2 期
2019 年 2 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.39 No.2
Feb. 2019
新一代智能变电站波分复用无源光通信网络性能研究
余 萍,王 宁
(华北电力大学 电气与电子工程学院,河北 保定 071003)
摘要:针对智能变电站通信系统中出现的网络时间同步、传输时延以及抖动较大的问题,对智能变电站通信
网络复用方式进行了研究,提出了波分复用网络架构模式。 新一代智能变电站波分复用无源光通信网络架
构基于无源光网络和虚拟的点对点双向传输链路,采用业务隔离等技术,保证整个网络的稳定和可靠。 通过
仿真得到波分复用无源光网络的通信业务的性能指标并加以分析,证实了变电站业务对通信网络的要求均
能够通过波分复用通信网络实现,该通信网络可用于变电站通信网。
关键词:智能变电站;通信;波分复用;无源光网络;业务隔离;可靠性
中图分类号:TM 73 文献标识码:A DOI:10.16081 / j.issn.1006
-
6047.2019.02.022
收稿日期:2018
-
02
-
02;修回日期:2018
-
11
-
23
0 引言
通信网络是智能变电站重要的组成部分,承担
着智能变电站的电网实时数据和设备状态数据的采
集、传输、实时控制以及时钟同步等关键信息的交
换,以实现继电保护等重要的实时控制,如断路器分
合状态、跳闸命令等。 目前,智能变电站通信平台有
2 种结构。
a. 基于工业以太网交换机技术的智能变电站通
信网络
[1⁃2]
。 该网络采用多个交换机级联结构,以满
足数量众多、功能不同的各类设备的接入与互联;这
类通信网络结构需要更多的资源冗余
[3⁃ 4]
来满足排
队、时延的要求,对广播风暴等问题的处理比较简单
粗放,在某些情况下,数据传输的可靠性变差,甚至
会出现严重的丢包现象
[5]
。
b. 基于 时分 复用 ( TDM) 的 无源 光 网 络 PON
(Passive Optical Network)结构的新一代智能变电站
通信网络
[6⁃7]
。 这种网络结构节省了大量的级联交
换机,极大地简化了网络连接,其只需要 1 台中心交
换机,并 且采 用 分 组 传 送 网 PTN ( Packet Transport
Network)交换技术即可完成核心交换,对解决拥塞
问题的效果良好;该网络结构基于 PON 技术,需要
精确定时,各设备只能在规定的时隙工作,等待时间
较长;为了满足实时业务要求,该网络结构增加了优
先级控制,以保障如采样值 SV(Sampled Value)报文
的优先传送。
智能变电站按照“ 三层两网” 通信架构进行通
信,其中,“三层”指站控层、间隔层、过程层,“两网”
指站控层和间隔层间的站控层网络,以及间隔层和
过程层间的过程层网络。 新一代智能电网的规划对
网络的性能提出了更高要求,需要实现业务报文间
相互独立互不干扰,即业务隔离
[8]
。 文献[9] 中设
计了一种新型波分隔离交换机,应用于智能变电站
过程层,其利用波分复用技术实现了 SV、面向通用
对象的 变 电站 事 件 ( GOOSE) 和 IEC61588 三 网隔
离,在提高网络的可靠性和安全性方面具有一定的
优势。 文献[10] 提出了智能变电站中 PON 结构网
络的时间同步安全性问题,给出了防范中间人攻击
的建议。 文献[11] 介绍了一种变电站通信网络中
基于波分复用的全光交换的共网共口传输方法。 文
献[12] 介绍了在变电站通信网络中几种虚拟局域
网(VLAN)的划分方式并提出了新的优化方法。
数据传输时,GOOSE 报文、SV 报文、制造消息
规范 MMS ( Manufacturing Message Specification) 报
文、地址解析协议 ARP( Address Resolution Protocol)
报文和对时报文等均在同一通信网络中传输,增加
了网络负荷。 交换设备的传输时延不固定、网络数
据更加复杂,都可能带来新的问题。 在智能变电站
通信网络网采网跳应用方式下,采样数据同步需要
依赖外部同步源实现,采样数据的不同步可能导致
保护闭锁或误跳。 在某些情况下存在的问题将影响
变电站的安全运行
[13⁃14]
。
本文针 对 智 能变 电 站 业 务 的 需 求, 采 用 文 献
[7]中的 PON 结构及 PTN 交换技术,提出了基于波
分复用无源光网络 WDM⁃PON(Wavelength Division
Multiplexing⁃Passive Optical Network) 的智能变电站
通信网络,其综合考虑了通信系统的网络结构、虚拟
局域网在通信网络的隔离性能,以及同步时钟的安
全性和可靠性。 本文提出的 WDM⁃PON 可以同时应
用于站控层网络和过程层网络。 以实际智能变电站
为例,采用 WDM⁃PON 结构对通信系统的网络性能
及指标进行了仿真研究,验证了本文所提方法的可
靠性和实用性。
1 变电站波分复用通信网络架构
本文将波分复用技术和 PON 技术相结合,构建
一种新型的智能变电站通信网络———WDM⁃PON,该
网络基于虚拟的点对点双向传输链路,兼具波分复
用技术和 PON 技术的优点,在解决变电站通信中存
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weixin_38593823
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