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配电自动化大规模无线公网通信运维技术研究与应用

北极星输配电网  来源:供用电杂志    2016/11/15 15:48:14  我要投稿  

北极星输配电网讯:随着配电自动化的全面建设,无线公网通信以投资少、运维简单等优点被广泛应用,但其容易长期、频繁掉线的缺点影响了其在配电自动化的应用。文章通过分析配电自动化无线公网通信过程和无线通信原理,提出五段式缺陷分析方法,通过在现场实践应用,解决了无线公网大规模应用中的不稳定问题,有效提升了配电自动化终端在线率,推动了配电自动化实用化应用。

0引言

随着社会经济的发展,客户对供电可靠性的要求越来越高,配电自动化作为配电网监测、控制、信息集成等的技术手段在配电网运维、调控及运营中得到越来越广泛的应用。配电通信网络是实现配电自动化和智能化电网的重要信息基础设施,受到配电网结构、环境和经济等条件的约束,要与配电网络特点、规模及业务发展相适应。按照通信范围的不同,配电通信网络可分为骨干网和接入网两层,根据国家电网公司企业标准Q/GDW382—2009《配电自动化技术导则》要求,骨干层通信网原则上应采用光纤传输网,在条件不具备的特殊情况下,也可采用其他通信方式作为补充;接入层通信网应因地制宜,可综合采用光纤专网、配电线载波、无线等多种方式。

无线公网通信在数据流量较少、数据实时性要求不太高(秒级)的情况下,能满足配电网运行需求,其具有投资小、施工速度快、能快速建立通信等优点,近年在配电自动化试点建造中得到了广泛的应用。山东枣庄供电公司于2011年全面开展配电自动化建设,经过3年时间已实现城乡全覆盖,无线公网通信广泛应用于农村等C、D类供电区域,规模达到5600余点。面对无线公网通信技术的大规模应用,保证其正常通信已成为枣庄公司配电自动化系统正常运行的关键。

本文在分析无线公网通信原理的基础上,针对其长期、频繁掉线等影响配电自动化应用的难题进行研究分析,提出了无线通信缺陷判定和处理方法。

1配电自动化无线通信原理

根据《电力二次系统安全防护总体方案》要求,配电自动化系统无线公网通信在配电终端、通信网络、配电主站系统、应用环境4个层次上进行安全防护设计,确保系统安全稳定运行,保证配电网数据的生成、存储、传输和使用过程的安全,以及配电自动化系统和配电终端操作的安全性。其中基于GPRS的配电自动化结构如图1所示。

图1基于GPRS的配电自动化结构图

1.1无线公网通信安全防护

采用(GPRS/CDMA/TD-SCDMA等)公网方式通信,将致使配电自动化系统面临来自公网网络攻击的风险,影响电力系统对用户的安全可靠供电。因此为了保障电网安全稳定运行,需要建立安全防护体系。

(1)应用无线公网自身提供的链路接入安全措施APN+VPN或VPDN技术,实现无线虚拟专有通道,保证网络接入的安全防护。

(2)在安全接入区部署的公网采集服务器中,采用经国家指定部门认证的安全加固操作系统,采用用户名/强口令措施,实现用户身份认证及账号管理。在安全接入区的边界处部署配电安全接入网关,采用国产商用密码算法实现通信链路的双向身份认证和数据加密,保证链路通信安全。

(3)在安全接入区与生产控制大区之间部署电力专用横向单向安全隔离装置(部署正、反向隔离装置),保证数据传输安全。

1.2终端无线通信过程

(1)终端无线通信路径建立过程。

在终端上电后,下载终端和无线模块参数,通过无线模块登录无线公网,发送心跳包与主站无线服务器进行通信连接,主站无线服务器收到无线模块发送的心跳报文,识别无线模块上线,并发送确认心跳报文给无线模块,无线模块收到主站无线服务器回复的心跳报文,建立无线通道,进行通信。

当主站无线服务器判定无线模块在线时,前置服务器通过无线服务器向配电终端发送链路报文进行链路建立,前置服务器收到配电终端回复的确认链路报文后,完成配电终端与前置服务器的链路建立。当配电终端与前置服务器完成链路建立后,前置服务器向配电终端发送初始化报文、总召报文,配电终端回复确认报文及遥信遥测信息,主站与配电终端开始正常通信。

(2)无线模块与无线服务器间的通信连接。

1)无线模块与无线服务器间通过相互发送心跳报文确立两者是否正常在线,配电自动化无线模块与无线服务器间心跳报文的时间间隔设定为60s。

2)无线模块每间隔60s发送一个心跳报文到无线服务器,若无线服务器收到心跳报文后应答无线模块,则无线服务器识别无线模块在线;如果无线模块60s内未收到无线服务器返回心跳报文,则间隔60s后继续发送心跳报文,若连续5次都未收到无线服务器的应答,无线模块判定网络异常,断开连接,并进行重新连接,继续向无线服务器发送心跳包。

3)若无线模块连续20次都未收到无线服务器下行应答数据,无线模块自动进行断电重启,重新开始建立连接。

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